一种寒区软土复合地基排水防冻结构的制作方法

本技术属于道路工程领域，具体涉及一种寒区软土复合地基排水防冻结构。

背景技术：

1、大多数寒冷地区广泛分布软土，这种寒区软土主要是由淤泥质土以及少量腐殖质土组成，因此天然含水量大、透水性差、固结所需时间长、抗剪强度小、压缩模量小、基础沉降量大。在季节性冻融环境下，由于软土地基本身承载力很低，在寒冷时期，随着气温、地温和湿度的变化，路基填土和下层软土可能产生冰冻现象，其力学性质和冻土一样，但随季节变换，温度一旦升高，路基填土和下层软土可能融化，从而产生过大的沉降变形，给工程造成严重损失。因此在高寒软土地基上修建公路、铁路等构筑物，会面临路基变形沉降、地基失稳、路面开裂、冻胀、翻浆等不可忽视的严峻问题。现有研究表明：地基冻壳层形成会造成坡脚处的土压力增大，使得竖向沉降增大，并且由坡脚冻胀延伸到路基内部的冻害会严重影响路基使用。

2、现有设计方法的不足点是：

3、1.寒区软土地基内部含水量大，承载能力低，排水固结困难，仅靠排桩加固地基不利于软土地基承载，并且桩位于软土内会随软土沉降变形发生位移，若发生桩体位移严重可能导致路基失稳破坏。

4、2.沿公路在路基内铺设pvc管进行排水，这种方式造价高不利于经济，且寒区管道涌水冻胀易开裂。

5、3.坡脚外采用混凝土边沟进行地表横向排水，由于混凝土抗冻性差，在寒区会导致边沟易开裂，造成地表水渗流，对地基危害极大。

6、4.在寒区坡脚处使用粘性土进行隔离保温，粘性土冻结线以上会发生冻胀，并且道路两旁坡脚处铺设粘性土不美观，若遇到雨季冲刷易流失使保温效果下降且不利生态。

7、由此可见，由于寒区的冻融作用导致软土发生沉降会对地基产生位移，使地基承载能力降低，容易发生沉陷，从而对地基和路面产生严重危害。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种寒区软土复合地基排水防冻结构，采用本结构不会发生沉降，提高了承载能力，降低冻融作用对路面的破坏作用，有效防治道路冻害。

2、为了达到以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

3、一种寒区软土复合地基排水防冻结构，包括土工格室；

4、所述土工格室设置在寒区的路基底部；所述土工格室内填充有碎石垫层；

5、所述碎石垫层底部铺设有砂砾石层；所述砂砾石层在路肩和坡脚处依次增厚，形成阶梯状结构；

6、所述坡脚表面铺设有坡脚保温结构；

7、所述砂砾石层连接有用于排除路基外侧积水的防冻生态边沟；所述防冻生态边沟设在所述坡脚的外侧。

8、进一步地，所述砂砾石层包括第一砂砾石层、第二砂砾石层和第三砂砾石层，三者厚度依次增加，并且相连通。

9、进一步地，所述第一砂砾石层填充厚度为40cm的砂砾石；所述第二砂砾石层填充厚度为60cm的砂砾石；第三砂砾石层填充厚度为80cm的砂砾石。

10、进一步地，所述坡脚保温结构包括坡脚表面上由上至下铺设的草甸土层a和碎石层；所述碎石层铺设在所述砂砾石层的表面。

11、进一步地，所述碎石层的表面包裹有反滤土工布。

12、进一步地，所述草甸土层a上移植有寒区草甸a。

13、进一步地，所述防冻生态边沟包括由上至下依次铺设的草甸土层b、粗颗粒级配碎石透水层和细颗粒级配碎石透水层。

14、进一步地，所述草甸土层b上移植有寒区草甸b。

15、进一步地，所述草甸土层b和所述粗颗粒级配碎石透水层之间设置有反滤土工布a；所述粗颗粒级配碎石透水层和所述细颗粒级配碎石透水层之间设置有反滤土工布b；所述防冻生态边沟表面由防水土工布包裹。

16、进一步地，所述防冻生态边沟的背离路基一侧设置有呈表面凸起的柔性挡水结构。

17、相比与现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

18、本实用新型提供一种寒区软土复合地基排水防冻结构，采用在土工格室内填充碎石垫层，在碎石垫层底部铺设砂砾石层，在路肩和坡脚处依次增厚，形成阶梯状结构，利用砂砾石换填可以促进软土地基排水及提高承载能力，防止桩发生位移以及促进软土排水固结，路基排水固结的提高可以有效地减少冻胀而引起的路基变形开裂，降低冻融作用对路面的破坏作用，有效防治道路冻害，同时又可通过阶梯状结构进行地表横向排水；在坡脚表面铺设了坡脚保温结构，还设置了防冻生态边沟，不但对坡脚进行了保温，同时，还能排除路基外侧积水；本实用新型结构简单，可有效降低路基的湿度，加快地基排水固结，提高路基的整体承载力，降低寒区的道路病害，采用防冻生态边沟替换寒区排水管以及混凝土边沟的使用，是一种经济有效又利于原始生态环境的措施，具有推广前景。

19、优选地，本实用新型采用砂砾石层包括第一砂砾石层、第二砂砾石层和第三砂砾石层，并且厚度分别为40cm、60cm和80cm，具有如下优点：(1)排水固结作用，砂砾石透水性好，阶梯状换填砂砾石利用水压变化可以加速横向排水，有利于桩顶附近软土的排水固结作用；(2)位移约束作用，约束桩顶随软土变形沉降发生位移，尤其是水平向位移；(3)承载作用，由于砂砾石承载能力强，用其换填软土地基，可防止坡脚上部结构层施加后竖向荷载过大造成坡脚沉降破坏。

20、优选地，本实用新型的坡脚保温结构包括坡脚表面由上至下铺设的草甸土层a和碎石层，并且在草甸土层a上移植了寒区草甸a，这样，通过寒区草甸a和草甸土层a可对坡脚进行保温，草甸土层a下部用反滤土工布包裹碎石进行排水，提升了排水效果。

21、优选地，本实用新型的防冻生态边沟，采用移植寒区草甸铺设边沟顶部，草甸土层b下部铺设反滤土工布截流土颗粒促进地表排水，草甸土层b下部设置粗颗粒级配碎石透水层以及细颗粒级配透水层促进排水，防冻生态边沟周围用防水土工布包裹，防止地表水回流至路基内，边沟外侧利用草甸土层制造凸起做柔性结构挡水；这样，采用防冻生态边沟替换混凝土边沟，利用寒区草甸b对坡脚保温及边沟排水挡水，充分发挥生态自调节能力，阻断地基和路面结构中水分进入路基本体，降低了路基冻害，从而提高了寒区路基的抗冻能力、提高了路基强度，解决了寒区混凝土边沟抗冻性差易开裂问题。

技术特征：

1.一种寒区软土复合地基排水防冻结构，其特征在于，包括土工格室(1)；

2.根据权利要求1所述的一种寒区软土复合地基排水防冻结构，其特征在于，所述砂砾石层包括第一砂砾石层(3)、第二砂砾石层(4)和第三砂砾石层(9)，三者厚度依次增加，并且相连通。

3.根据权利要求2所述的一种寒区软土复合地基排水防冻结构，其特征在于，所述第一砂砾石层(3)填充厚度为40cm的砂砾石；所述第二砂砾石层(4)填充厚度为60cm的砂砾石；第三砂砾石层(9)填充厚度为80cm的砂砾石。

4.根据权利要求1所述的一种寒区软土复合地基排水防冻结构，其特征在于，所述坡脚保温结构包括坡脚表面上由上至下铺设的草甸土层a(6)和碎石层(7)；所述碎石层(7)铺设在所述砂砾石层的表面。

5.根据权利要求4所述的一种寒区软土复合地基排水防冻结构，其特征在于，所述碎石层(7)的表面包裹有反滤土工布。

6.根据权利要求4所述的一种寒区软土复合地基排水防冻结构，其特征在于，所述草甸土层a(6)上移植有寒区草甸a(5)。

7.根据权利要求1所述的一种寒区软土复合地基排水防冻结构，其特征在于，所述防冻生态边沟(8)包括由上至下依次铺设的草甸土层b(8b)、粗颗粒级配碎石透水层(8d)和细颗粒级配碎石透水层(8f)。

8.根据权利要求7所述的一种寒区软土复合地基排水防冻结构，其特征在于，所述草甸土层b(8b)上移植有寒区草甸b(8a)。

9.根据权利要求7所述的一种寒区软土复合地基排水防冻结构，其特征在于，所述草甸土层b(8b)和所述粗颗粒级配碎石透水层(8d)之间设置有反滤土工布a(8c)；所述粗颗粒级配碎石透水层(8d)和所述细颗粒级配碎石透水层(8f)之间设置有反滤土工布b(8e)；所述防冻生态边沟表面由防水土工布(8g)包裹。

10.根据权利要求1所述的一种寒区软土复合地基排水防冻结构，其特征在于，所述防冻生态边沟(8)的背离路基一侧设置有呈表面凸起的柔性挡水结构(10)。

技术总结
本技术公开了一种寒区软土复合地基排水防冻结构，属于道路工程领域，利用砂砾石换填促进软土地基排水及提高承载能力，防止桩发生位移以及促进软土排水固结，路基排水固结的提高可有效地减少冻胀而引起的路基变形开裂，降低冻融作用对路面的破坏作用，有效防治道路冻害；在坡脚表面铺设了坡脚保温结构，并设置了排水的防冻生态边沟，不但对坡脚进行了保温，同时也能排出路基外侧的积水；本技术结构简单，可有效降低路基的湿度，加快地基排水固结，提高路基的整体承载力，降低寒区的道路病害，采用防冻生态边沟替换寒区排水管以及混凝土边沟的使用，是一种经济有效又利于原始生态环境的措施，具有推广前景。

技术研发人员：方仁义,李哲,郑斌,彭丽欣,马环宇,陈炳帆,马季,吴佳洁,吕世鑫
受保护的技术使用者：四川久马高速公路有限责任公司
技术研发日：20230712
技术公布日：2024/1/22