一种湿度自主调控土质路基 |
|||||||
| 申请号 | CN202311659684.1 | 申请日 | 2023-12-06 | 公开(公告)号 | CN117646363A | 公开(公告)日 | 2024-03-05 |
| 申请人 | 浙江工业大学; | 发明人 | 刘萌成; 毛佳慧; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种湿度自主调控土质路基，该路基的填料为：工程弃土、 土壤 固化 剂、疏 水 剂和废弃 纤维 材料组成的混合物，具有湿度可调节的功能；由湿度可调节路基填料、边坡吸排水 覆盖 层 和边坡 毛细屏障 阻水带在路基边坡上形成水分迁移循环系统，实现服役期内土质路基湿度自我调控与平衡；本发明具有节约自然资源，降低施工成本，减少环境污染的优势，产生了良好的经济、社会与环保效益。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种湿度自主调控土质路基，其特征在于，路基填料由工程弃土、废弃纤维材料、土壤固化剂和疏水剂组成；湿度可调控路基填料的制备方法如下：首先取工程弃土与土壤固化剂在强制搅拌机中搅拌均匀，而后掺入疏水剂甲基硅酸钠，以封闭土中孔隙，降低渗透性，对土进行疏水性改良，最后掺入废弃纤维材料，使其在路基填料中相互搭接，形成持排水空间网络结构；以含水率12～20％为最佳含水量，形成最佳含水量状态的路基填料；其中，土壤固化剂的掺量为工程弃土和土壤固化剂二者总质量的4～12％；疏水剂甲基硅酸钠的掺量为填料总质量的0.5～2.0％；废弃纤维材料与工程弃土的体积比为1：3～2：5； |
||||||
| 说明书全文 | 一种湿度自主调控土质路基技术领域[0001] 本发明属于路基工程技术领域，尤其涉及一种湿度自主调控土质路基。 背景技术[0002] 土的含水量对其工程性质具有显著影响。在施工阶段，当填料处于最佳含水量时，进行路基填筑，可以获得最佳压实效果。在竣工之后，要求路基土处于干燥或中湿状态，以利于路基保持长期稳定。然而，在服役期间，由于环境因素(例如，路基水汽迁移、降雨入渗和地下水入侵等)作用，路基湿度会发生(显著)变化，尤其在含水量不断增加的情况下，容易诱发路基沉陷、不均匀沉降、边坡失稳以及路面开裂和唧泥唧浆等病害。因此，在服役期内路基湿度保持平衡对于路基路面正常工作具有重要意义。 发明内容[0004] 为了克服现有技术之不足，本发明提供了一种湿度自主调控土质路基。本发明将废弃纤维材料(例如：轻纺废弃织物和农作物秸秆)掺入工程弃土(包括脱水后的疏浚淤泥、钻渣泥浆干化土和工程弃置土等)中，制备湿度可调节的路基填料。由湿度可调节路基填料，边坡吸排水覆盖层和边坡毛细屏障阻水带在路基边坡上形成水汽迁移循环系统，实现服役期内土质路基湿度自主调控与平衡。 [0005] 本发明的创新点体现在： [0006] (1)湿度可调控路基填料制备：首先取工程弃土与固化剂在强制搅拌机中搅拌均匀，而后掺入疏水剂甲基硅酸钠，进一步封闭土中孔隙，降低渗透性，对土进行疏水性改良，最后掺入废弃纤维材料，使其在路基填料中相互搭接，形成持排水空间网络结构，以含水率12～20％为最佳含水量，如此制备湿度可调控路基填料。 [0007] (2)在现场施工时，采用插播机，在填筑好的路基边坡坡面上，以2～5cm间距将预先裁切好的长度为3～4cm以及直径5～10mm的废弃纤维插入边坡，入土2cm，外露1～2cm；然后在其上铺设采用相同的废弃纤材料维编织而成的边坡吸排水覆盖层，并使边坡上出露的废弃纤维插入边坡吸排水覆盖层1～2cm，从而形成路基填料内废弃纤维与边坡插播废弃纤维与边坡吸排水覆盖层的相互连通，基于毛细作用实现对路基的补水与排水循环。 [0008] (3)路基湿度自主调控。 [0009] 本发明的技术方案如下： [0010] 一种湿度自主调控土质路基，其填料为：工程弃土、土壤固化剂、疏水剂和废弃纤维材料组成的混合物； [0011] 其中， [0012] 工程弃土选自：高含水率的疏浚淤泥和钻渣泥浆等经初步脱水或干化后所获得的淤泥质土、盾构渣土、建筑渣土和各类废弃土方； [0013] 疏水剂选用：甲基硅酸钠； [0014] 废弃纤维材料例如：农作物秸秆和/或轻纺废弃织物； [0015] 对于农作物秸秆，选择直径为5～10mm的较粗大的麦、玉米或水稻等植物秸秆，首先将其烘干，然后裁切成为10～20mm长度，最后浸于聚乙烯醇中≥24h进行防腐处理； [0016] 对于轻纺废弃织物，选择棉、麻或亚麻类植物纤维纺织品的废弃物，首先将其烘干，然后进行粉碎，接着将其碎屑通过直径为5～10mm的钢管挤压成型，并裁切为10～20mm长度的织物纤维束，最后浸于聚乙烯醇中≥24h进行防腐处理； [0017] 土壤固化剂采用最常用且价格低廉的生石灰、二灰或其他工业废渣作为土壤固化剂；其中，工业废渣的组成例如：磷石膏12～30％、碱渣20～50％、矿渣0～30％、粉煤灰0～20％、外加剂0～5％(各组分合计100％)。 [0018] 本发明中，路基填料的制备方法如下： [0019] 首先，将工程弃土和土壤固化剂在强制搅拌机中搅拌均匀，而后掺入疏水剂甲基硅酸钠，对土进行疏水性改良，最后掺入废弃纤维材料，使其在路基填料中相互搭接、形成持排水空间网络结构；以含水率12～20％为最佳含水量，对于含水率较高的疏浚淤泥、钻渣泥浆和盾构渣土，不需掺水搅拌，而其他含水率较低的建筑渣土和弃置土方，则需加水搅拌，最终形成最佳含水量状态的路基填料； [0020] 其中，土壤固化剂的掺量为工程弃土和土壤固化剂二者总质量的4～12％；疏水剂甲基硅酸钠的掺量为填料总质量的0.5～2.0％；废弃纤维材料与工程弃土的体积比为1：3～2：5。 [0021] 在该路基填料中，工程弃土为骨架；废弃纤维材料为持排水介质，兼有加筋作用和毛细吸力(防止“锅盖效应”)；土壤固化剂起到减水、稳定和胶结作用，增强整体强度和刚度并降低土的渗透性；疏水剂甲基硅酸钠进一步封闭土中孔隙，降低渗透性，增强路基土的防渗抗渗能力。 [0022] 土壤固化剂掺量按照其与工程弃土的质量比计算。针对不同类型工程弃土，采用动态可调掺量(4～12％)，对于含水率相对较高的淤泥质土，取上限掺量；对于含水率相对较低的废弃土方，取下限掺量；中间含水量的各类渣土，取中间值。 [0023] 废弃纤维材料按其与工程弃土的体积比进行配制。废弃纤维材料与工程弃土的体积比为1：3～2：5。在此情况下，在路基填料内部，废弃纤维材料均匀分布，相互搭接，形成网络，构成连通的持水保湿和渗透排水微通道，减小渗流路径长度，改善路基填料的持水与排水性能。对于粉粒含量高(>50％)的土，体积比取上限；对于粉土含量低(<25％)的土，体积比取下限；粉粒含量介于两者之间的，取中间值。 [0024] 本发明湿度自主调控土质路基的填筑方法参照①《公路路基设计规范》(JTG D30－2004)、②《公路路基施工技术规范》(JTJ F10－2006)和③《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1－2004)进行路基施工，包括施工准备、材料拌和、摊铺、碾压、质检、养生和边坡防护等。 [0025] 在本发明中，与常规的路基施工方法有所不同的关键工艺为边坡防水和排水措施，相关的施工过程如下： [0026] (1)路基填筑完毕后，采用插播机，在填筑好的路基边坡坡面上，以2～5cm间距将预先裁切好的长度为3～4cm以及直径5～10mm的废弃纤维插入边坡，入土2cm，外露1～2cm； [0027] (2)在边沟下设置窨井，且窨井中常年保持有水；在路基填料填筑完毕后，于路基边坡上，自边坡坡顶至坡脚再至边沟窨井内，铺设一层厚3～5mm的吸排水覆盖层，该吸排水覆盖层由与路基填料中相同类型的废弃纤维编织而成；同时，在铺设吸排水覆盖层时，使边坡上出露的废弃纤维插入边坡吸排水覆盖层1～2cm；如此，吸排水覆盖层与路基填料中的废弃纤维在边坡上对接，从而形成路基填料内废弃纤维与边坡插播废弃纤维与边坡吸排水覆盖层的相互连通系统； [0028] 在干旱季节，在毛细作用下，浸入窨井中的吸排水覆盖层从中吸水，并经边坡吸排水覆盖层进入路基填料中的废弃纤维中，而后渗入周围土，从而保持路基湿度平衡； [0029] (3)在边坡吸排水覆盖层上先铺设一层厚5～8cm的陶粒，在陶粒之上再铺设一层厚8～10cm细砂，形成毛细屏障阻水带，以此阻滞雨水入渗； [0030] 在多雨季节，雨水不断落于边坡，首先受到边坡毛细屏障阻水带(砂+陶粒)的阻滞，在中到大雨及以下雨量时，无雨水突破毛细屏障阻水带；反之，部分雨水渗入路基，当水量小于废弃纤维吸水饱和量时，渗入的雨水全部进入废弃纤维中储存；当超出其吸水饱和量时，废弃纤维会阻止水的渗入，雨水通过毛细屏障阻水带反向排出； [0031] (4)在细砂层上铺设一层5～8cm厚壤土，植草植灌，形成边坡绿化带； [0032] 在高地下水位或毛细水上升高度较大地区，在路基与地基交界处，设置隔水层及电渗自动化排水装置，以便阻断地下水侵入路基土体。 [0033] 本发明的基本原理包括： [0034] 湿度可调节路基填料、边坡吸排水覆盖层和边坡毛细屏障阻水带在路基边坡上形成水汽迁移与循环系统(模拟人体血液循环系统)。路基填料中的废弃纤维(例如秸秆和轻纺废弃织物纤维束)所形成的水汽迁移网络控制着路基土中水的吸入与排出，从而实现服役期内路基湿度的动态平衡。在通常条件下，路基中水汽具有向边界迁移的趋势，但由于土中水汽被废弃纤维吸着，在其毛细作用下，水汽向外迁移与毛细吸力达到平衡，阻滞“锅盖效应”。 [0035] 本发明的有益效果包括： [0036] 本发明提供一种湿度自平衡路基，在技术上有效抑制路基病害。在服役期内，通过湿度可调节路基填料、边坡吸排水覆盖层和边坡毛细屏障阻水带组成的水分迁移与循环系统，使路基湿度保持平衡，不出现过度浸水失稳和过度干燥沉陷，在干湿循环下土质路基病害防治方面取得技术进步。 [0037] 经济、社会与环保效益良好。本发明中的湿度可调节路基填料由工程弃土、废弃纤维和疏水剂以及价格低廉的工业固废混合拌制而成，可以大量消耗多种工业和农业固体废弃物。废弃物再利用，具有节约自然资源，降低施工成本，减少环境污染的优势，产生了良好的经济、社会与环保效益。附图说明 [0038] 图1：本发明“湿度可调控路基填料”；其中，1‑工程弃土、2‑废弃纤维。 [0039] 图2：本发明“路基边坡结构”；其中，1‑工程弃土、2‑废弃纤维、3‑吸排水覆盖层、4‑陶粒、5‑细砂、6‑种植土，7‑边沟、8‑水位、9‑窨井。 具体实施方式[0040] 下面通过具体实施例进一步描述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此。 [0041] 实施例1 [0042] 在云贵高原地区建造一条省道(一级公路)，双向6车道，路基宽度24m，路基填方高度4.5～6.0m。该地区全年潮湿多雨。为此，设计采用湿度自主调控路基，以期防止路基发生浸水、冲刷破坏。以农作物秸秆作为持水/排水介质，以生石灰作为土壤固化剂。所述的秸秆选择直径在5～10mm的较粗大的麦或玉米秸秆，首先对其烘干，其次裁切成为10～20mm长度，最后浸于聚乙烯醇中不小于24h进行防腐处理。秸秆与疏浚淤泥干化土的体积比为1：3，生石灰掺量6±2％(基于其与疏浚淤泥干化土的质量总和计)，疏水剂选用甲基硅酸钠，掺量0.5％，四者混合并强制搅拌制备成湿度可调节路基填料，以含水率15％为最佳含水量。按照《公路路基施工技术规范》(JTJ F10－2006)进行路基填筑施工。 [0043] 在湿度可调节路基填料填筑完毕后，采用插播机，在填筑好的路基边坡坡面上，以2～5cm间距将预先裁切好的长度为3～4cm以及直径5～10mm的废弃纤维插入边坡，入土 2cm，外露1～2cm。首先，于路基边坡上，自边坡坡顶至坡脚再至边沟窨井内，铺设一层厚3mm的麦或玉米秸秆编制的吸排水覆盖层，与路基填料中的麦或玉米秸秆废弃纤维在边坡上对接。其次，边坡吸排水覆盖层上先铺设一层厚约5cm的陶粒，在陶粒之上再铺设一层厚约8cm细砂，以此阻滞雨水入渗。最后，在细砂层上铺设一层5cm厚壤土，植草植灌，形成边坡绿化带。 [0044] 实施例2 [0045] 在中东部地区建造一条高速公路，双向6车道，路基宽度28m，路基填方高度3.0～4.5m。该地区春夏季雨水充沛，而秋冬季雨水相对较少。为此，设计采用湿度自主调控路基，以期防止路基发生干湿循环破坏。以轻纺废弃织物(亚麻纤维)作为持水/排水介质，以工业废渣作为土壤固化剂。首先对亚麻纤维轻纺废弃织物烘干，其次进行粉碎，再次将其碎屑通过直径为5～10mm的钢管挤压成型，并裁切为10～20mm长度的织物纤维束，最后浸于聚乙烯醇中不小于24h进行防腐处理。织物纤维束与钻渣泥浆干化土的体积比为2：5，工业废渣掺量为8±2％(基于其与钻渣泥浆干化土的质量计)，疏水剂选用甲基硅酸钠，掺量1.0％，四者混合并强制搅拌制备成湿度可调节路基填料，以含水率15％为最佳含水量。按照《公路路基施工技术规范》(JTJ F10－2006)进行路基填筑施工。 [0046] 在湿度可调节路基填料填筑完毕后，采用插播机，在填筑好的路基边坡坡面上，以2～5cm间距将预先裁切好的长度为3～4cm以及直径5～10mm的废弃纤维插入边坡，入土 2cm，外露1～2cm。首先，于路基边坡上，自边坡坡顶至坡脚再至边沟窨井内，铺设一层厚5mm的由废弃棉麻织物纤维束编织而成的吸排水覆盖层，与路基填料中的废弃棉麻织物纤维束在边坡上对接。其次，边坡吸排水覆盖层上先铺设一层厚约6cm的陶粒，在陶粒之上再铺设一层厚约10cm细砂，以此阻滞雨水入渗。最后，在细砂层上铺设一层6cm厚壤土，植草植灌，形成边坡绿化带。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈