一种特殊性土路基结构及其施工方法

摘要

本发明公开了一种特殊性土路基结构及其施工方法。路基结构由特殊性土、添加竹丝的三合土、黏性土、碎石垫层和三合土底层构成。本发明不仅可提高特殊性土路基结构承载力及稳定性，而且还能有效阻断边坡渗水、地表水、地下水等外界水对特殊性土的影响，能使膨胀性土、湿陷性黄土、红粘土、盐渍土等对水敏感的特殊性土直接用于路基的铺设，可充分利用建筑填料，避免挖方弃土、填方借料及转运；再者采用新型竹材作为加筋及护坡材料，适应土木建筑行业朝着低碳、节能、环保以及可持续性方向发展的需求；因此本路基结构可实现既节省工程投资又节能环保的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种特殊性土路基结构及其施工方法，尤其是一种涉及公路、 铁路通过膨胀性土、湿陷性黄土、红粘土、盐渍土等特殊性土区域时的路基 结构及其施工方法。

背景技术

随着我国交通设施建设的迅速发展，公路、铁路基础建设项目与日俱增， 许多公路需要穿越特殊性土地区，与之相伴的则是日益突出的特殊性土地区 公路路基建设方法与灾害问题。

特殊性土是指具有特殊的成分、状态、结构特征及工程性质的土，常见 的有膨胀性土、湿陷性黄土、红粘土、盐渍土等。如膨胀性土具有失水收缩 开裂，吸水膨胀软化的特性，吸水后膨胀性土的强度会大幅度降低，在路堤 自重及交通荷载作用下可使基础下沉甚至失稳破坏；又如湿陷性黄土，当未 受水浸湿时，其强度较高，压缩性较小，但在一定压力下受水浸湿，土结构 会迅速破坏，强度迅速降低，从而产生较大附加变形。所以特殊性土路基结 构失稳破坏与“水因素”有非常大的关联。

对于在特殊性土地区建设的路基结构，目前其处理方法可归纳为三类， 其一是采用换填法，所谓换填法是指将基础地面以下一定范围内的特殊性土 挖除，然后回填强度高、压缩性低、并且没有侵蚀性的填料；其二是采用改 良特殊性土的加固方案，改良特殊性土分为物理改良和化学改良，物理改良 是通过掺入碎石等改变土的粒径大小，化学改良是通过掺入水泥、石灰等固 化剂材料以提高其工程性能；其三是以复合土工膜加砂垫层进行加固处理， 采用复合土工膜包裹特殊性土达到隔水的目的。

上述三种处理方法分别存在以下的不足，第一种方法需要大量性质良好 的土体来替换特殊性土，这样大大增加了土方的运输量，必然导致投资加大， 施工安全环境恶化；第二种方法施工工期长、工艺也较为复杂；第三种方法 由于复合土工膜宽度不足，难以完全封闭基床，且在施工过程中复合土工膜 易遭到施工机械的破坏，从而降低了防水效果。

对于路基的加筋及护坡，在传统的处理方法中常采用土工合成材料，土 工合成材料能提高路基结构的稳定性，但其原材料是高分子聚合物，生产需 要消耗大量能源，同时也会产生大量的污染物，这样会导致能源的耗费以及 环境的污染，为此，在大力提倡可持续发展的今天，我们需寻找低碳环保的 材料来替代。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、施工方便、造价低廉、 施工材料环保、同时能满足使用功能和耐久性要求的特殊性土路基结构及其 施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种特殊性土路基结构，特殊性土填筑层包含特殊性土1、添加竹丝的三 合土2、黏性土3、碎石垫层4和三合土底层5，所述的三合土底层5设于路 基结构的最底部，所述的碎石垫层4铺设于三合土底层5上，所述的特殊性 土1设于碎石垫层4上，并由添加竹丝的三合土2完全包裹，所述的黏性土3 覆盖于由添加竹丝的三合土2包裹的特殊性土1的侧面及顶部并形成路基形 状，黏性土3的顶部铺设路面。

所述的一种特殊性土路基结构，路面与特殊性土之间的黏性土内自上而 下设有三层路基内竹筋格网61，黏性土所形成路基的边坡两侧表面均设有一 层边坡外竹筋格网62。

所述的一种特殊性土路基结构，边坡外竹筋格网62通过竹筋U型锚钉7 锚固在边坡上，边坡外竹筋格网62的网格中种植植物8。

所述的一种特殊性土路基结构，特殊性土1是指受水浸泡后其土体体积 或土体承载力的变化大于10％的土。如膨胀性土、湿陷性黄土、红粘土、盐 渍土等。

所述的一种特殊性土路基结构，三合土5由黏性土、熟石灰及天然细砂 组成，其质量比为2:3:5。

所述的一种特殊性土路基结构，添加竹丝的三合土2内所使用的竹丝是 用龄期不低于3年的毛竹加工而成，先将毛竹劈成竹片并剁碎，然后反复碾 压，使竹片制成竹丝，最后裁剪成长为5cm～20cm的竹丝。

所述的一种特殊性土路基结构，碎石垫层4所用填料为碎石或砂石，其 粒径为1cm～6cm。

所述的一种特殊性土路基结构，路基内竹筋格网61和边坡外竹筋格网62 是将龄期为3年的毛竹加工成宽度为8mm～10mm，厚度为5mm～8mm的竹 片并晾干，然后在竹片表面涂膜一层沥青，待沥青干燥后编织成竹筋格网， 其中路基内竹筋格网61每一格网片尺寸为：(15～20)cm×(15～20)cm，边坡外 竹筋格网62每一格网片尺寸为：(20～25)cm×(20～25)cm，竹筋U型锚钉7 用龄期不低于3年的毛竹加工而成，包括两段竖直的钉尖和连接钉尖的钉身， 其中钉尖长为40cm～50cm，钉身长为3cm～4cm。

所述的一种特殊性土路基结构，在路基底部两侧均设置了排水沟，排水 沟10对接碎石垫层4的底部。

一种特殊性土路基结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤①、平整场地，清除树根草皮，基层平整度局部高差不大于10cm；

步骤②、将黏性土、熟石灰及天然细砂按照2:3:5的质量比拌制三合土， 然后在基础层上部铺设一层三合土底层5作为防水层，三合土层由路基中间 向两侧形成2％～3％的排水坡度，三合土层厚30cm～35cm，其两侧超出路基 边坡宽度2m～3m，以阻止地表水与地基接触影响地基的稳定性；

步骤③、三合土层的上部铺设一层碎石垫层4，碎石垫层4完全覆盖三合 土层，碎石垫层4厚20cm～30cm；

步骤④、制作添加竹丝的三合土2，将黏性土、熟石灰及天然细砂按照 2:3:5的质量比拌制三合土，在搅拌过程中，每1000kg三合土中添加10kg～ 12kg竹丝，将添加竹丝的三合土2铺设在碎石垫层4的中间位置，两侧各留 3m～5m填筑黏性土3，采用振捣或碾压设备使添加竹丝的三合土2及黏性土 3填料密实度均达到90％以上，填筑厚度均为30cm～40cm；

步骤⑤、在添加竹丝的三合土2上部填筑特殊性土，两侧分别预留30cm～ 40cm填筑添加竹丝的三合土2，黏性土层上部继续填筑黏性土，每层填筑厚 度为30cm～40cm，采用振捣或碾压设备使特殊性土1、添加竹丝的三合土2 及黏性土3的密实度达到90％以上；

步骤⑥、重复步骤⑤，每层填筑的路基层厚度均为30cm～40cm，直至距 设计路面9标高2m～3m时，包裹层上部用添加竹丝的三合土2覆盖，形成 一个密闭的保护圈，使特殊性土1包裹在添加竹丝的三合土层里面；

步骤⑦、在添加竹丝的三合土包裹层上继续填筑黏性土，每层填筑厚度 为30cm～40cm，并且在添加竹丝的三合土包裹层上部0.5m、1.0m、1.5m处 分别铺设一层内竹筋格网61，用以提高路基结构的整体性；

步骤⑧、路基两侧铺设外竹筋格网62，利用竹筋U型锚钉7将外竹筋格 网62固定在边坡上，U型锚钉7插入路基边坡的粘性土3中，然后在路基表 面播种植物。

步骤⑨、在路基结构的上部施工路面9，在路基结构的底部两侧浇筑排水 沟10。

本发明的技术效果在于：

⑴采用隔水效果良好的三合土有效阻断了外界水对特殊性土工程性质 的影响，能使水敏感性强的膨胀性土、湿陷性黄土、红粘土、盐渍土等特殊 性土直接用于路基的铺设，可充分合理利用当地填料，避免挖方弃土、填方 借料及转运等导致的生态破坏及提高工程造价；

⑵拌制三合土的原料可就地取材，施工方便；三合土与路基填料(特殊 性土及黏性土)弹性模量比较接近，所以路基结构能协调变形，不易产生裂 缝及不均匀沉降；

⑶竹筋原材料来源广、可再生、制作简单、施工简便，而且竹子被公认 为是自然界中效能最高的材料之一(龄期为3年的毛竹其顺纹抗拉强度为150 MPa～250MPa，而常用的土工合成材料其抗拉强度为100MPa～200MPa)，完 全符合路基加筋材料的力学要求，采用竹筋材料对路基进行加筋及护坡，符 合建筑行业朝着低碳、节能、环保以及可持续性方向发展的要求；

⑷采用竹筋格网护坡，并在竹筋格网中喷草籽或铺草皮，可实现竹筋格 网的短期护坡向植被长期护坡的可靠转化。

附图说明

图1为本发明竹筋格网示意图；

图2为本发明竹筋U型锚钉示意图；

图3为本发明路基结构示意图；

其中1为特殊性土，2为添加竹丝的三合土，3为黏性土，4为碎石垫层， 5为三合土底层，61为内竹筋格网，62为外竹筋格网，7竹筋U型锚钉，8 为植物，9路面，10为排水沟，11为竹筋U型锚钉钉尖，12为竹筋U型锚 钉钉身。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明

参见图1，一种膨胀性土路基结构，膨胀性土填筑层包含膨胀性土1、添 加竹丝的三合土2、黏性土3、碎石垫层4和三合土底层5，所述的三合土底 层5设于路基结构的最底部，所述的碎石垫层4铺设于三合土底层5上，所 述的膨胀性土1设于碎石垫层4上，并由添加竹丝的三合土2完全包裹，所 述的黏性土3覆盖于由添加竹丝的三合土2包裹的膨胀性土1的侧面及顶部 并形成路基形状，黏性土3的顶部铺设路面。

为了加强路基结构的稳定性，路面与膨胀性土之间的黏性土内自上而下 设有三层路基内竹筋格网61，黏性土所形成路基的边坡两侧表面均设有一层 边坡外竹筋格网62。

为了使边坡外竹筋格网62稳固于边坡上，边坡外竹筋格网62通过竹筋U 型锚钉7锚固在边坡上，边坡外竹筋格网62的网格中种植植物8。

进一步的，本实施例中采用的特殊性土1是指受水浸泡后其土体体积或 土体承载力的变化大于10％的土。包括但不限于膨胀性土、湿陷性黄土、红 粘土、盐渍土等。

进一步的，本实施例采用的三合土5由黏性土、熟石灰及天然细砂组成， 其质量比为2:3:5。

进一步的，添加竹丝的三合土2内所使用的竹丝是用龄期为3年的毛竹 加工而成，先将毛竹劈成竹片并剁碎，然后反复碾压，使竹片制成竹丝，最 后裁剪成长为5cm～20cm的竹丝。

为了保证底层的稳固及透水性能，碎石垫层4所用填料为碎石或砂石， 其粒径为1cm～6cm。

进一步的，路基内竹筋格网61和边坡外竹筋格网62是将龄期不低于3 年的毛竹加工成宽度为8mm，厚度为6mm的竹片并晾干，然后在竹片表面涂 膜一层沥青，待沥青干燥后编织成竹筋格网，其中路基内竹筋格网61每一格 网片尺寸为：15cm×15cm，边坡外竹筋格网62每一格网片尺寸为：20cm×20cm， 竹筋U型锚钉7用龄期为3年的毛竹加工而成，包括两段竖直的钉尖和连接 钉尖的钉身，其中钉尖长为50cm，钉身长为3cm。

为了保证路基的排水性能，在路基底部两侧均设置了排水沟，排水沟10 对接碎石垫层4的底部。

为实现上述路基结构，本发明提供的一种膨胀性土路基结构施工方法， 包括如下步骤：

步骤①、平整场地，清除树根草皮，基层平整度局部高差不大于10cm；

步骤②、将黏性土、熟石灰及天然细砂按照2:3:5的质量比拌制三合土， 然后在基础层上部铺设一层三合土底层5作为防水层，三合土层由路基中间 向两侧形成3％的排水坡度，三合土层厚30cm，其两侧超出路基边坡宽度3m， 以阻止地表水与地基接触影响地基的稳定性；

步骤③、三合土层的上部铺设一层碎石垫层4，碎石垫层4完全覆盖三合 土层，碎石垫层4厚30cm；

步骤④、制作添加竹丝的三合土2，将黏性土、熟石灰及天然细砂按照 2:3:5的质量比拌制三合土，在搅拌过程中，每1000kg三合土中添加15kg竹 丝，将添加竹丝的三合土2铺设在碎石垫层4的中间位置，两侧各留3m填筑 黏性土3，采用振捣或碾压设备使添加竹丝的三合土2及黏性土3填料密实度 均达到92％，填筑厚度均为30cm；

步骤⑤、在添加竹丝的三合土2上部填筑特殊性土，两侧分别预留30cm 填筑添加竹丝的三合土2，黏性土层上部继续填筑黏性土，每层填筑厚度为 30cm，采用振捣或碾压设备使膨胀性土1、添加竹丝的三合土2及黏性土3 的密实度达到92％；

步骤⑥、重复步骤⑤，每层填筑的路基层厚度均为30cm，直至距设计路 面9标高2m时，包裹层上部用添加竹丝的三合土2覆盖，形成一密闭的保护 圈，使膨胀性土1包裹在添加竹丝的三合土层里面；

步骤⑦、在添加竹丝的三合土包裹层上继续填筑黏性土，每层填筑厚度 为30cm，并且在添加竹丝的三合土包裹层上部0.5m、1.0m、1.5m处分别铺 设一层内竹筋格网61，用以提高路基结构的整体性；

步骤⑧、路基两侧铺设外竹筋格网62，利用竹筋U型锚钉7将外竹筋格 网62固定在边坡上，U型锚钉7插入路基边坡的粘性土3中，然后在路基表 面播种植物。

步骤⑨、在路基结构的上部施工路面9，在路基结构的底部两侧浇筑排水 沟10。