一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构及其施工方法 |
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| 申请号 | CN202410106614.1 | 申请日 | 2024-01-25 | 公开(公告)号 | CN117888414A | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 石河子大学; | 发明人 | 刘星炎; 白渝祥; 刘恩龙; 王番; 汪伟; 段涛; 何亚坤; 王宁; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构及其施工方法，该季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构包括蓄 水 池、主 排水管 、压 力 注水 泵 、隔离板、 支架 、套筒、上部注水管、次排水管、 底板 、支座、盖板、支腿、浸水坑、套筒、下部注水管、流速 控制器 、卡槽和卡座；本发明的注水系统采用新型套筒和注水管；在预浸水的时候，注水管很容易发生堵塞，用套筒加上注水管的方法，双重防护，使注水时不容易堵塞注水管；本发明的支架、盖板、套筒、底板以及隔离板形成一个整体的结构，当土体发生预浸失陷时，根据工程情况，可在底板上堆载，加快失陷效率，同时处理浅层土体的湿陷性，套筒上的盖板可防止杂物进入套筒内影响施工。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构，其特征在于，包括位于地表(7)上的浸水坑(16)和蓄水池(1)，所述浸水坑(16)底部设置有底板(9)，所述浸水坑(16)周围布设隔离板(4)，且所述隔离板(4)与底板(9)固定连接形成一个可进行堆载的整体；所述浸水坑(16)里面设置有多个注水孔； |
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| 说明书全文 | 一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构及其施工方法技术领域[0001] 本发明属于湿陷性黄土技术领域，特别涉及一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构及其施工方法。 背景技术[0002] 湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔隙和垂直节理，在天然湿度下，其压缩性较低，强度较高，但遇水浸湿时，土的强度显著降低，引起的湿陷变形是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形，对工程建设危害性大。 [0003] 季节性冻土区，简称季冻区，季冻区的土壤表层会在季节变化中产生周期性的冻融现象。由于水结冰后会膨胀，而道路的路基直接铺筑在土层上，含有大量的水分，当路基内部的水分过多时，容易造成路基内部结冰发生冻胀的现象，造成路基开裂损坏，当路基底部的冻土熔化时，容易造成路基塌陷。因此季冻区的道路经常会在周期性的冻融中产生损坏，使用寿命急剧下降。目前季节性冻土区绝大多数路基除水能力不足，且冷季地下水向上补给，在冷季容易造成冻胀现象的发生，在暖季，表层冰融化后无法下渗，导致翻浆现象的发生，两种情况对路基路面造成的损害都非常大。在现有的应对措施中，常规路基中铺设的多为防水材料，少数采用排水材料，并且采用排水材料的路基也不能充分排出路基水分，其耐久性也相对不足，因此一种有效且耐久性好的排水材料和路基构筑方法就显得尤为重要。 [0004] 大厚度自重湿陷性黄土场地，泛指湿陷性黄土层厚度大于15m、自重湿陷性强烈的黄土场区。近些年来，随着我国湿陷性黄土地区基本建设事业的发展，建设用地日趋紧张，许多大型工程建设项目不得不建在大厚度自重湿陷性黄土场地上。现有成熟的湿陷性黄土地基处理方法一般只能消除基底下10～15m地基土的湿陷性，为使处理后的地基技术先进、经济合理，尚应研究行之有效的处理大厚度自重湿陷性黄土地基的新方法。 [0005] [0006] 常用的湿陷性黄土地基处理方法包括有强夯法、垫层法、挤密桩法、化学加固法、预浸水法等；化学加固法进行处理，利用硅酸钠化学溶液注入地基土中，通过化学反应生成胶凝物质或使土颗粒表面活化，在接触处胶结固化，以增强土颗粒间的连结，提高土体的力学强度。目前对于硅酸钠化学溶液的注入大多根据以往的经验对加注量进行调整，对于加注量的判断不够准确，加注量过多时，因为饱和作用并不能进一步提高土体的力学强度，会造成化学溶液的浪费，造成处理成本的大大提高，当加注量过少时，又会造成土体力学强度的不足，影响对湿陷性黄土路基的改良质量，使得在对湿陷性黄土路基的改良工作中造成了很大的不便，改良质量难以保证。强夯法是通过重锤对湿陷性黄土区域进行重锤夯实，增加湿陷性黄土自身的强度和稳定性，但是该方法并没有改善湿陷性黄土的特性，时间长后依然存在陷落、流动等问题，破坏路面。灰土挤密桩法在使用过程中灰土挤密桩存在着强度低、粘结性差以及防水性不好等问题。垫层法一般针对面积较小的建筑，如果建筑面积过大，会增加建筑成本。采用预浸水法处理湿陷性黄土地基时效果明显，但是其施工的周期性长，浸水速率慢，在预注水的环节中，需要预先对黄土深处进行钻孔，以便于注水管插入至黄土的深处，可传统的夯土设备无法实现钻孔的效果，因而不满足黄土地基处理的需要，并且预浸水法在季冻区无法开展。 [0007] 目前路基冻害防治的方法主要有：换填法和隔水法。换填法是将冻胀土换填为非冻胀土进行路基填筑。该法虽然是一种可靠的路基冻害治理措施，但是施工周期长，另外，换填法所需的非冻胀土的量巨大，很难保证路基沿线有足够的土源，在实际工程应用存在较大的局限性，同时换填法也会造成大量的弃土，导致巨大的环境破坏。隔水法是在路基中设置隔水层，隔水层主要由各种防水材料制成，如：防渗土工膜、防渗土工布等。实际施工过程中，无论是防渗膜还是防渗土工布，都不可避免地遭受各种各样的破坏，从而导致整个路基隔水实效，工程应用效果不佳。 [0008] 现有土工格室存在以下问题：1、现有的土工格室在对内部进行填料时，相邻格室受力会发生偏移，产生形变，影响土工格室的填料质量。2、土工格室在使用时需要将其尽量展开以最大化利用，所以就需要用很大的力去拉扯，这就使得处于连接扣处的地条带十分容易断裂。3、格室片产生的拉力几乎全部集中在销轴部分，单一组件受力过大的问题。 [0009] 鉴于以上原因，需要提出一种新的季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构及其施工方法，以解决季冻区大厚度湿陷性黄土路基路面产生周期性的冻融现象的问题。 发明内容[0010] 本发明提供一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基路面结构及其施工方法，能够解决季冻区大厚度湿陷性黄土路基路面产生周期性的冻融现象的问题。 [0011] 为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下： [0012] 本发明实施例提出了一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构，其包括位于地表(7)上的浸水坑(16)和蓄水池(1)，所述浸水坑(16)底部设置有底板(9)，所述浸水坑(16)周围布设隔离板(4)，且所述隔离板(4)与底板(9)固定连接形成一个可进行堆载的整体；所述浸水坑(16)里面设置有多个注水孔； [0013] 所述蓄水池(1)右边连接有主排水管(2)，所述主排水管(2)上安装有压力注水泵(3)，且所述主排水管(2)位于浸水坑(16)的中间位置上，所述主排水管(2)两侧交替设置有多条次排水管，每个次排水管下方连接有一个上部注水管(7)；每个上部注水管(7)对应底板(9)位置安装有一个支架(5)，所述上部注水管(7)上安装有流速控制器(7‑2)，所述上部注水管(7)连接有下部注水管(7‑4)，所述下部注水管(7‑4)上套设有套筒(6)，所述套筒(6)上设置有盖板(12)；每个下部注水管(7‑4)和其上的套筒(6)位于一个注水孔内，该注水孔的直径大于套筒(6)的直径，且所述套筒(6)穿过底板(9)设置； [0014] 所述套筒(6)侧边开设有排水孔(6‑2)，所述排水孔(6‑2)上安装有滤网(6‑3)，所述套筒(6)下部安装有钻头(6‑4)，所述下部注水管(7‑4)表面上设置有与所述套筒(6)表面相同的排水孔(6‑2)和滤网(6‑3)；所述套筒(6)内侧安装有卡槽(6‑6)以及卡座(6‑7)，所述卡座(6‑7)连接有电热管(6‑1)，所述套筒(6)上端开设有第一圆孔(6‑5)，支架(5)的侧面螺栓(5‑1)穿过第一圆孔(6‑5)和盖板(12)下部的支腿(13)上的第二圆孔(14)，以使套筒(6)与支架(5)固定连接； [0015] 所述盖板(12)表面开设有注水孔(7‑3)和供电热管(6‑1)和卡座(6‑7)通过的固定孔(7‑5)，所述固定孔(7‑5)的形状与电热管(6‑1)和卡座(6‑7)的轮廓相同，支架(5)的侧面螺栓(5‑1)通过底板(9)上的第三圆孔(15)，以使隔离板(4)、底板(9)、支架(5)、盖板(12)固定连接。 [0016] 根据本发明一可选实施例，多条次排水管包括间隔交替设置有的第一次排水管(8)和第二排水管(10)，每条第一次排水管(8)上连接有3个上部注水管(7)，每条第二次排水管(10)上连接有2个上部注水管(7)，所述第一次排水管(8)的用水量大于所述第二次排水管(10)的用水量。 [0018] 根据本发明一可选实施例，所述浸水坑(16)远离所述蓄水池(1)一侧设置有支座(11)，所述支座(11)用于支撑主排水管(2)。 [0020] 根据本发明一可选实施例，所述浸水坑(16)内设置有预浸水处理层(18)，所述预浸水处理层(18)左右两侧设置有防水帷幕(19)，所述预浸水处理层(18)上面铺设有木质素纤维处理层(20)、改性沥青面层(24)和三维土工格室(25)；其中，所述三维土工格室(25)由格室(28)与带肋钢筋(29)组成，所述格室(28)中部前后两侧带有透水孔(30)，所述透水孔(30)左右两边的连接部分有卡环(31)，所述卡环(31)和所述带肋钢筋(29)搭配使用； [0021] 所述木质素纤维处理层(20)上方铺设有大砂石层(21)，所述大砂石层(21)上方铺设有碎石层(22)，所述木质素纤维处理层(20)、所述大砂石层(21)和所述碎石层(22)连接处均铺设三七灰土连接层(26)，所述三七灰土连接层(26)的作用是进行多层保温和防渗，避免了内部出现积水现象和冬天出现冻融现象；所述防水帷幕(19)左右两侧设置有排水沟(27)，所述预浸水处理层(18)的两层护坡均设置有防水土工布处理层(32)。 [0022] 本发明还提供一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的施工方法，采用如上述实施例中的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构实现的，其特征在于，所述施工方法包括： [0023] 步骤S1，依据勘察资料和设计要求，确定全部或部分消除黄土地基湿陷量的处理深度和处理范围，进而确认浸水深度和浸水试坑尺寸，底板厚度根据粗略计算确定，对于不同的工况，采用不同的构件尺寸，规模大的工程选取大直径的套筒，规模小的工程选取小直径的套筒，具体情况根据施工场地需要确定。首先将套筒，支架，盖板的重量计算出，化简为面荷载，再根据钢板厚度计算公式即可估算出钢板厚度，以避免造成钢材浪费，降低造价。 [0024] 步骤S2，确定注水孔的布设形式，根据要求处理的深度和半径，计算浸湿黄土的体积以及浸水量，确定浸水孔的孔位； [0025] 步骤S3，根据现有工艺进行注水孔成孔；注水孔成孔完毕后，将套筒放入注水孔内，注水孔直径略大于套筒，套筒能够提供支护作用，防止孔壁坍塌，套筒下端设置有钻头，所述套筒周围设置有排水孔，排水孔上设置有滤网，套筒内侧上安装有卡槽和卡座，卡座跟电热管连接，电热管与蓄水池电连接，蓄水池可用发电机或太阳能电板供电；完成以上步骤后，将底板放置于套筒上，支架下端的圆孔与木板上开设的圆孔对齐，用螺栓进行连接，支架上端开设的圆孔与套筒上端开设的圆孔进行螺栓连接，螺栓穿过支架上端的圆孔，套筒上端的第一圆孔，以及盖板上支腿的第二圆孔，之后在浸水坑周围设置隔水板，避免影响道路两侧的土体，该方式能够提高处理范围内的浸水效率，隔水板与地面上的板用螺栓连接，使得隔水板、底板、套筒、支架、盖板固定连接，上述结构均需进行防腐抗锈蚀处理，达到钢构件循环使用的效果。采用水性防腐涂料施工：首先进行表面处理，清洁和处理钢结构表面，去除灰尘、油脂、锈迹和其他污染物。可以使用喷砂、抛光或刷洗等方法进行表面处理，确保表面干净、平整，并提供良好的附着性。然后进行底漆涂覆，选择适合水性防腐涂料的底漆产品。通常情况下，需要在表面准备完成后迅速涂覆底漆，以防止新的污染物附着。之后进行中间涂层涂覆，底漆完全干燥后，涂覆一层或多层水性防腐涂料的中间涂层。最后进行面涂层涂覆，涂覆水性防腐涂料的面涂层，它提供最终的防腐保护和装饰效果； [0026] 步骤S4，连接注水管，通过蓄水池进行注水，运行注水装置，地基开始连续浸水，观测湿陷变形，直至地基饱和，湿陷性消除，停止浸水时间以湿陷变形稳定为准，湿陷变形稳定标准为最后5天的平均湿陷量小于1mm/d，当处理湿陷性黄土层的厚度大于20m时，沉降稳定标准为最后5天的平均湿陷量小于2mm/d；将下部注水管从盖板上的注水孔放入套筒内，下部注水管与上部注水管之间用螺纹连接，上部注水管又与上部排水管螺纹连接，其中注水管上安装有流速控制器，当进行注水时，由于孔道深浅不同，所计算的用水量不同，可用流速控制器调整不同速率，进而达到预估用水量，减少水资源的浪费；所述下部注水管内有与套筒相似的排水孔和滤网，下部注水管伸出盖板上的注水孔，便于与上部注水管连接； [0027] 步骤S5，停水后可将注水管进行拆解，抽出下部注水管，用抽水泵进行抽水，即开始降水，并观测排水固结沉降；待沉降稳定后进行下一步骤； [0028] 步骤S6，将排水管拆除，如进行了堆载，则先将堆载移除，依次拆除电热管、套筒、支架、底板、隔离板、排水装置；预浸水完成后，根据施工要求，检测地基承载力，判断是否需要进行桩基施工，如若经预浸水处理后承载力较高，则将孔道用碎石，砂石等进行填充压实即可，如若承载力较低，则进行桩基施工；由于浅层和深层的湿陷性完全消除，现对路基做隔水排水措施即可；对现场进行放线、抄平，放出水泥垫层的填筑范围，在路基两边确定止水帷幕的位置，按现有施工工艺，沿路基的两个坡脚外侧建造止水帷幕：建造旋喷桩止水帷幕； [0029] 步骤S7，止水帷幕完成施工后，整平地基，分层浇筑混凝土，厚度1米以上，每层浇筑前先放入土工格室，再用带肋钢筋穿过卡环固定格室；分层厚度20～50cm，每层浇筑时需清除浇筑表面的浮浆、软弱混凝土层及松动的石子，并均匀露出粗骨料；在上层混凝土浇筑前，应用压力水冲洗混凝土表面的污物，充分湿润，但不得有水；对非泵送及低流动度混凝土，在浇筑上层混凝土时，应采取接浆措施； [0030] 步骤S8，路基铺设完成后，在护坡上铺设防水土工布，再用土体夯实，进行阻水坡面防渗，并在路基两侧设置排水沟； [0031] 步骤S9，竣工验收。 [0032] 根据本发明一可选实施例，步骤S4还包括：如若在冬季施工，注水时在水中加入抗冻液，乙二醇作为抗冻剂。 [0033] 根据本发明一可选实施例，步骤S6建造止水帷幕包括：首先建造3～4排旋喷桩，所有的旋喷桩采用梅花形布置，即处于中间排中的一根旋喷桩，周围有四根其他排中的旋喷桩，相邻旋喷桩相切设置，然后在旋喷桩间填充桩间土，旋喷桩止水帷幕的渗透系数小于7 10cm/s；或者，建造挤密桩止水帷幕，首先建造3～4排挤密桩，所有的挤密桩采用梅花桩布置，即处于中间排中的一根挤密桩，周围有四根其他排中的挤密桩，相邻挤密桩相切设置，然后在挤密桩间填充桩间土；挤密桩止水帷幕的下端穿透湿陷性黄土下限，挤密桩止水帷 7 幕的渗透系数小于10cm/s。 [0034] 根据本发明一可选实施例，步骤S7还包括：混凝土加入抗冻剂合成改性混凝土，抗冻剂包括引气剂、多孔材料和憎水材料，引气剂包括聚硅氧烷：多孔材料包括沸石、硅藻土中一种或两种的组合，憎水材料包括硬脂酸、硬脂酸钙、石蜡中一种或两种以上的组合。 [0035] 有益效果： [0036] (1)、在使用预浸水法的时候，本发明采用一种新型套筒，套筒上开设有排水孔，排水孔上设有滤网，套筒下设置有钻头，套筒能够提供支护作用，防止孔壁坍塌，并在预浸水沉降时，套筒能够提供重量，借助钻头更好将地基自重失陷。 [0037] (2)、本发明中的套筒里面设置有上部注水管和下部注水管，下部注水管上也有类似于套筒的孔洞和滤网。在预浸水的时候，现有的注水管很容易发生堵塞，本发明用套筒加上注水管的方法，双重防护，使注水时不容易堵塞注水管，即使发生堵塞时外部套筒先发生堵塞，便于观察到该种现象，这时工人及时关闭注水，采取相应措施。 [0038] (3)、本发明中的套筒、底板以及隔离板用螺栓固定连接，形成成一个整体。当土体发生预浸失陷时，套筒的钻头可减小土体的摩阻力，让连接成整体的结构产生的自重加速土体的自重失陷，整体结构产生的自重可对浅层土进行处理，并且，根据工程情况，可在底板上堆载，加快失陷效率，同时处理浅层土体的湿陷性，套筒上的盖板可防止杂物进入套筒内影响施工。由于浸水速率，或者其他因素导致失陷量不均匀，孔道可能会发生歪斜，影响浸水效率，影响计算用水量等，采用整体式的结构能够有效避免该种情况发生。该整体结构能够拆卸循环使用，节约资源。在堆载的选择中实现多样化，例如，可选择土体，也可选择机械或其他物品，只需均匀放置在底板上即可。 [0039] (4)、本发明的套筒上布设有卡槽和卡座，卡座和电热管相连，该结构配合抗冻液使用，能够实现在冬季施工，施工时，先用电热管将土层冻土融化，然后运用抗冻液进行预浸水，当使用完电热管后，可通过卡槽将电热管抽出，达到循环利用的效果。 [0040] (5)、本发明的注水孔的孔位布设采用深浅孔，由于每个孔浸水后会产生水滴状分布的浸水效率，插入该浅孔的作用能够加速注水后土体浸水的效率，也能够将两个深孔的距离增加，从而减少孔洞的个数，降低施工造价，并且对于后续施工方案的选择可多样化，例如浅孔可以采用浅层的挤密桩施工方法或者碎石桩施工方法，深层可用旋挖或旋喷等方式施工桩基，这样不必重新进行打孔操作，节省资源。在预浸水完成后，进行路基施工，根据对地基承载力的检测，决定是否桩基施工，如果需要桩基施工则可参考上述方法，如果不需要，则直接用碎石填充压实即可。 [0041] (6)、本发明的注水管上设置有流速控制器，便于控制排水量，即使对水资源进行调整，达到节约水资源的目的。 [0042] (7)、本发明的路基结构采用两层改性混凝土结构，布设位置为面层下布设一层，地基上布设一层，两改性混凝土层位置和厚度不同，上层混凝土层主要用于支撑和抵抗剪力和推移变形，下层混凝土层与木质素纤维处理层作为抗冻垫层，混凝土和抗冻剂融合，能提供良好的抗冻胀性能、强度、稳定性，能够有效减少路基变形。 [0043] (8)、本发明的改性混凝土内部采用一种新型的土工格室，土工格室上开设有孔道，用于透水，孔道两侧有卡环，卡环和带肋钢筋搭配使用，现有的土工格室在对内部进行填料时，相邻格室受力会发生偏移，产生形变，影响土工格室的填料质量，用带肋钢筋调整格室大小，固定格室能有效避免该情况。土工格室在使用时需要将其尽量展开以最大化利用，所以就需要用很大的力去拉扯，这就使得处于连接扣处的地条带十分容易断裂，使用时先不必拉开到最大，拉到一定程度后，用带肋钢筋穿管卡环进行格室的固定和调整，除此之外，钢筋的穿入还解决了格室片产生的拉力几乎全部集中在销轴部分，单一组件受力过大的问题，并且该结构操作简单。 [0044] (9)、本发明的黄土路基结构有多层保温防渗措施，在每层交界面处铺设一层三七灰土连接层，起到防渗和保温的措施，降低了路基在冬季情况下冻融的影响，并且多层连接层的设置能够提高界面抗剪强度以及推移变形能力。多层抗冻措施，抗冻垫层和木质素纤维处理层，以及改性混凝土，均对抗冻有良好作用，减少路基在冬季的损害。附图说明 [0045] 为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0046] 图1为本申请实施例提供的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的俯视图。 [0047] 图2为本申请实施例提供的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的截面示意图。 [0048] 图3为本申请实施例提供的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的套筒立体结构示意图。 [0049] 图4为本申请实施例提供的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的套筒俯视结构示意图。 [0050] 图5为本申请实施例提供的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的支架结构示意图。 [0051] 图6为本申请实施例提供的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的底板结构示意图。 [0052] 图7为本申请实施例提供的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的盖板结构示意图。 [0053] 图8为本申请实施例提供的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的上部注水管结构示意图。 [0054] 图9为本申请实施例提供的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的预浸水处理层内的结构示意图。 [0055] 图10为本申请实施例提供的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的预浸水后路基结构示意图。 [0056] 图11为本申请实施例提供的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的土工格室细部图。 [0057] 图12为本申请实施例提供的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的套筒底板厚度粗略估计参数。 具体实施方式[0058] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。 [0059] 如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构。该季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构包括位于地表7上的浸水坑16和蓄水池1，浸水坑16大小依据现场条件开挖。浸水坑16底部设置有底板9，浸水坑16周围布设隔离板4，且隔离板4与底板9固定连接形成一个可进行堆载的整体；浸水坑16里面设置有多个注水孔。如图12所示，底板厚度根据粗略计算确定，对于不同的工况，采用不同的构件尺寸，规模大的工程选取大直径的套筒，规模小的工程选取小直径的套筒，具体情况根据施工场地需要确定。首先将套筒，支架，盖板的重量计算出，化简为面荷载，再根据钢板厚度计算公式即可估算出钢板厚度，以避免造成钢材浪费，降低造价。 [0060] 如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，蓄水池1右边连接有主排水管2，主排水管2上安装有压力注水泵3，且主排水管2位于浸水坑16的中间位置上，主排水管2两侧交替设置有多条次排水管，每个次排水管下方连接有一个上部注水管7；具体地，多条次排水管包括间隔交替设置有的第一次排水管8和第二排水管10，本实施例中的每条第一次排水管8上连接有3个上部注水管7，每条第二次排水管10上连接有2个上部注水管7，第一次排水管8的用水量大于第二次排水管10的用水量。 [0061] 每个上部注水管7对应底板9位置安装有一个支架5，上部注水管7上安装有流速控制器7‑2，流速控制器7‑2所配置的水流速度不同，根据计算所需要的水量，在进行注水时，第一次排水管8流速大于第二次排水管10，第一次排水管8的所需用水量大于第二次排水管10的所需用水量。 [0062] 上部注水管7连接有下部注水管7‑4，下部注水管7‑4上套设有套筒6，套筒6上设置有盖板12；每个下部注水管7‑4和其上的套筒6位于一个注水孔内，该注水孔的直径略大于套筒6的直径，且套筒6穿过底板9设置。多个注水孔以矩形布置，四个深孔中夹一浅孔排布设置。 [0063] 套筒6侧边开设有排水孔6‑2，排水孔6‑2上安装有滤网6‑3，套筒6下部安装有钻头6‑4，下部注水管7‑4表面上设置有与套筒6表面相同的排水孔6‑2和滤网6‑3。套筒6内侧安装有卡槽6‑6以及卡座6‑7，卡座6‑7固定连接有电热管6‑1，套筒6上端开设有第一圆孔6‑5，支架5的侧面螺栓5‑1穿过该第一圆孔6‑5和盖板12下部的支腿13上的第二圆孔14，以使套筒6与支架5固定连接。 [0064] 盖板12表面开设有注水孔7‑3和供电热管6‑1和卡座6‑7通过的固定孔7‑5，固定孔7‑5的形状与电热管6‑1和卡座6‑7的轮廓相同，支架5的侧面螺栓5‑1穿过底板9上的第三圆孔15设置，以使隔离板4、底板9、支架5、盖板12固定连接。 [0065] 如图8所示，上部注水管7上下两端均设置有螺纹7‑1，上部注水管7两端分别通过螺纹7‑1与次排水管和下部注水管7‑4连接。浸水坑16远离蓄水池1一侧设置有支座11，支座11用于支撑主排水管2。底板9为钢板。 [0066] 如图9、图10和图11所示，预浸水处理完成后，根据工程要求，检测地基土承载力，判断是否需要进行桩基施工，如若经预浸水处理后承载力较高，则将孔道用碎石，砂石等进行填充压实即可，如若承载力较低，则进行桩基施工。浸水坑16内设置有预浸水处理层18，预浸水处理层18左右两侧设置有防水帷幕19，预浸水处理层18上面铺设有木质素纤维处理层20、改性混凝土层23、改性沥青面层24和土工格室25。 [0067] 改性沥青面层24下面也铺设有改性混凝土层23，改性混凝土层23主要用于支撑和抵抗剪力和推移变形，其中土工格室25与其组成的结构有着强大侧向限制和大刚度的特点，下层混凝土层与木质素纤维处理层20作为抗冻垫层，能提供良好的抗冻胀性能、强度、稳定性，能够有效减少路基变形。 [0068] 其中，三维土工格室25由格室28与带肋钢筋29组成，格室28中部前后两侧带有透水孔30，透水孔30左右两边的连接部分有卡环31，卡环31和带肋钢筋29搭配使用。三维土工格室25形成的圆圈结构为细部结构。 [0069] 现有的土工格室在对内部进行填料时，相邻格室受力会发生偏移，产生形变，影响土工格室的填料质量，本发明用带肋钢筋调整格室大小，固定格室能有效避免该情况。土工格室在使用时需要将其尽量展开以最大化利用，所以就需要用很大的力去拉扯，这就使得处于连接扣处的地条带十分容易断裂，除此之外还解决了格室片产生的拉力几乎全部集中在销轴部分，单一组件受力过大的问题，并且本发明对应结构操作简单。 [0070] 木质素纤维处理层20上方铺设有大砂石层21，大砂石层21上方铺设有碎石层22，木质素纤维处理层20、大砂石层21和碎石层22连接处均铺设三七灰土连接层26，三七灰土连接层26的作用是进行多层保温和防渗，避免了内部出现积水现象和冬天出现冻融现象；防水帷幕19左右两侧设置有排水沟27，预浸水处理层18的两层护坡均设置有防水土工布处理层32。 [0071] 本发明还提供一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构的施工方法，采用如上述实施例中的一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构实现的，所述施工方法包括： [0072] 步骤S1，依据勘察资料和设计要求，确定全部或部分消除黄土地基湿陷量的处理深度和处理范围，进而确认浸水深度和浸水试坑尺寸。底板厚度根据粗略计算确定，对于不同的工况，采用不同的构件尺寸，规模大的工程选取大直径的套筒，规模小的工程选取小直径的套筒，具体情况根据施工场地需要确定。首先将套筒，支架，盖板的重量计算出，化简为面荷载，再根据钢板厚度计算公式即可估算出钢板厚度，以避免造成钢材浪费，降低造价。 [0073] 步骤S2，确定注水孔的布设形式，根据要求处理的深度和半径，计算浸湿黄土的体积以及浸水量，确定浸水孔的孔位。 [0074] 步骤S3，根据现有工艺进行注水孔成孔；其中，注水孔的深度不同，以每四个深孔中间插入一个浅孔，且深度差为4～6米，由于每个孔浸水后会产生水滴状分布的浸水效率，插入该浅孔的作用能够加速注水后土体浸水的效率，也能够将两个深孔的距离增加，从而减少孔洞的个数，降低施工造价，并且对于后续施工方案的选择可多样化，例如浅孔可以采用浅层的挤密桩施工方法或者碎石桩施工方法，深层可用旋挖或旋喷等方式施工桩基，这样不必重新进行打孔操作，节省资源。 [0075] 注水孔成孔完毕后，将套筒放入注水孔内，注水孔直径略大于套筒，套筒能够提供支护作用，防止孔壁坍塌，套筒下端设置有钻头，所述套筒周围设置有排水孔，排水孔上设置有滤网，滤网能够避免在注水过程中周围土体堵塞排水孔导致注水效率降低。套筒内侧上安装有卡槽和卡座，卡座跟电热管连接，电热管与蓄水池电连接，蓄水池可用发电机或太阳能电板供电；其中，电热管的作用是用于季冻区施工时对冻土层进行融化以及避免注水时发生冻结的现象，使预浸水方法能够在冬季进行施工，根据土体冻结情况，可安装1到6根电热管，将温度控制在合理范围即可，电热管与蓄水池电连接，蓄水池可用发电机或太阳能电板供电，电热管使用完毕后，可通过卡槽和卡座之间滑动进行拆除，能够做到有效回收利用和修复，夏季施工时可跳过安装电热管的步骤。 [0076] 完成以上步骤后，将底板放置于套筒上，支架下端的圆孔与木板上开设的圆孔对齐，用螺栓进行连接，支架上端开设的圆孔与套筒上端开设的圆孔进行螺栓连接，螺栓穿过支架上端的圆孔，套筒上端的第一圆孔，以及盖板上支腿的第二圆孔，之后在浸水坑周围设置隔水板，避免影响道路两侧的土体，该方式能够提高处理范围内的浸水效率，隔水板与地面上的板用螺栓连接，使得隔水板、底板、套筒、支架、盖板固定连接，上述结构构件均需进行防腐抗锈蚀处理，达到钢构件循环使用的效果。采用水性防腐涂料施工：首先进行表面处理，清洁和处理钢结构表面，去除灰尘、油脂、锈迹和其他污染物。可以使用喷砂、抛光或刷洗等方法进行表面处理，确保表面干净、平整，并提供良好的附着性。然后进行底漆涂覆，选择适合水性防腐涂料的底漆产品。通常情况下，需要在表面准备完成后迅速涂覆底漆，以防止新的污染物附着。之后进行中间涂层涂覆，底漆完全干燥后，涂覆一层或多层水性防腐涂料的中间涂层。最后进行面涂层涂覆，涂覆水性防腐涂料的面涂层，它提供最终的防腐保护和装饰效果。 [0077] 其中，套筒周围的排水孔和套筒上端的第一圆孔，多个电热管优选不在一条竖直线上，避免孔洞被占用，影响连接和排水效果。该季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构整体结构作用如下：1.当土体发生失陷时，套筒的钻头可减小土体的摩阻力，让连接成整体的结构产生的自重加速土体的自重失陷，整体板产生的自重可对浅层土进行处理，并且，根据工程情况，可在底板上堆载，加快失陷效率，同时处理浅层土体的湿陷性，套筒上的盖板可防止杂物进入套筒内影响施工。2.由于浸水速率，或者其他因素导致失陷量不均匀，孔道可能会发生歪斜，影响浸水效率，影响计算用水量等，采用整体式的结构能够有效避免该种情况发生。3.能够拆卸循环使用，节约资源。4.堆载种类可多样化选择，例如，可选择土体，也可选择机械或其他物品，只需均匀放置在底板上即可。底板厚度根据粗略计算确定，对于不同的工况，采用不同的构件尺寸，规模大的工程选取大直径的套筒，规模小的工程选取小直径的套筒，具体情况根据施工场地需要确定。首先将套筒，支架，盖板的重量计算出，化简为面荷载，再根据钢板厚度计算公式即可估算出钢板厚度，以避免造成钢材浪费，降低造价。 [0078] 步骤S4，连接注水管，通过蓄水池进行注水，运行注水装置，地基开始连续浸水，观测湿陷变形，直至地基饱和，湿陷性消除，停止浸水时间以湿陷变形稳定为准，湿陷变形稳定标准为最后5天的平均湿陷量小于1mm/d，当处理湿陷性黄土层的厚度大于20m时，沉降稳定标准为最后5天的平均湿陷量小于2mm/d；将下部注水管从盖板上的注水孔放入套筒内，下部注水管与上部注水管之间用螺纹连接，上部注水管又与上部排水管螺纹连接，其中注水管上安装有流速控制器，当进行注水时，由于孔道深浅不同，所计算的用水量不同，可用流速控制器调整不同速率，进而达到预估用水量，减少水资源的浪费；所述下部注水管内有与套筒相似的排水孔和滤网，下部注水管伸出盖板上的注水孔，便于与上部注水管连接。 [0079] 水依次通过主排水管，压力泵，次排水管，上部注水管，下部注水管，套筒，下部注水管不与土体接触的好处在于：1.套筒和排水管上的滤网进行两次防护，避免堵塞下部注水孔，以至于对整个系统造成损坏。2.当发生堵塞时外部套筒先发生堵塞，便于观察到该种现象，这时工人及时关闭注水，采取相应措施。 [0080] 步骤S5，停水后可将注水管进行拆解，抽出下部注水管，用抽水泵进行抽水，即开始降水，并观测排水固结沉降；待沉降稳定后进行下一步骤。 [0081] 步骤S6，将排水管拆除，如进行了堆载，则先将堆载移除，依次拆除电热管、套筒、支架、底板、隔离板、排水装置；预浸水完成后，根据施工要求，检测地基承载力，判断是否需要进行桩基施工，如若经预浸水处理后承载力较高，则将孔道用碎石，砂石等进行填充压实即可，如若承载力较低，则进行桩基施工；由于浅层和深层的湿陷性完全消除，现对路基做隔水排水措施即可；对现场进行放线、抄平，放出水泥垫层的填筑范围，在路基两边确定止水帷幕的位置，按现有施工工艺，沿路基的两个坡脚外侧建造止水帷幕：建造旋喷桩止水帷幕。 [0082] 步骤S7，止水帷幕完成施工后，整平地基，分层浇筑混凝土，厚度1米以上，每层浇筑前先放入土工格室，再用带肋钢筋穿过卡环固定格室；分层厚度20～50cm，每层浇筑时需清除浇筑表面的浮浆、软弱混凝土层及松动的石子，并均匀露出粗骨料；在上层混凝土浇筑前，应用压力水冲洗混凝土表面的污物，充分湿润，但不得有水；对非泵送及低流动度混凝土，在浇筑上层混凝土时，应采取接浆措施。 [0083] 步骤S8，路基铺设完成后，在护坡上铺设防水土工布，再用土体夯实，进行阻水坡面防渗，并在路基两侧设置排水沟。 [0084] 步骤S9，竣工验收。 [0085] 优选地，步骤S4还包括：如若在冬季施工，注水时在水中加入抗冻液，乙二醇作为抗冻剂。乙二醇作为抗冻剂具有闪点高、挥发性小、原料来源广且价格低廉等优点，因此采用乙二醇作为抗冻剂。 [0086] 优选地，步骤S6建造止水帷幕包括：首先建造3～4排旋喷桩，所有的旋喷桩采用梅花形布置，即处于中间排中的一根旋喷桩，周围有四根其他排中的旋喷桩，相邻旋喷桩相切7 设置，然后在旋喷桩间填充桩间土，旋喷桩止水帷幕的渗透系数小于10cm/s；或者，建造挤密桩止水帷幕，首先建造3～4排挤密桩，所有的挤密桩采用梅花桩布置，即处于中间排中的一根挤密桩，周围有四根其他排中的挤密桩，相邻挤密桩相切设置，然后在挤密桩间填充桩间土；挤密桩止水帷幕的下端穿透湿陷性黄土下限，挤密桩止水帷幕的渗透系数小于 7 10cm/s。 [0087] 优选地，步骤S7还包括：混凝土加入抗冻剂合成改性混凝土，抗冻剂包括引气剂、多孔材料和憎水材料，引气剂包括聚硅氧烷：多孔材料包括沸石、硅藻土中一种或两种的组合，憎水材料包括硬脂酸、硬脂酸钙、石蜡中一种或两种以上的组合。 [0088] 抗冻剂的用量为建筑材料中的胶凝材料重量的0.5～1％。木质素纤维改良层，改良黄土按照质量配比原则进行配置：木质素纤维占0.5～1.0％，黄土占99.0～99.5％，其中黄土碾碎过筛后使用；木质素纤维是由棉浆加工而成的高分子聚合材料，控水性强，自由状态可吸附自身质量15～20倍的水；木质素纤维长度0.5～1.5mm，平均直径30～50um，含水量小于5％，灰分含量为14～18％。改性混凝土层做好后，进行施工测量和放样，路基横断面核查、施工前的复查和试验、以及填筑试验段，确定路基压实的最佳方案，根据现场条件确定松铺系数，分层填筑，填筑时按照“区段流程法”横向全宽、纵向水平分层填筑施工，并从最底一层开始向上分层填筑，从下至上依次填筑木质素纤维处理层—三七灰土连接层—大砂石层—三七灰土连接层—碎石层—三七灰土连接层—改性混凝土土层—三七灰土连接层—改性沥青混凝土层；根据松铺厚度计算每层摊铺料的摊铺面积，确定堆放密度进行分层填筑，分层厚度≤30cm，≧10cm，依次从下向上填筑，每一水平层的全宽应用同一种填料填筑,每种填料压实累计总厚不小于50cm；采用碎石类和石类填筑时,分层的最大压实厚度不应大于35cm，分层填筑的最小分层厚度不小于10cm；每一填层均进行施工放线，放出填层中线和填筑边线，为保证填层边部的压实效果,填筑时宜将两侧路基各加宽30～50cm，按横断面全宽纵向水平分层填筑压实，每层之间设置三七灰土连接层，用于防渗和保温。按横断面全宽纵向水平分层填筑压实。采用推土机按全路基本体面宽均匀摊铺，经光轮压路机初步静压1遍后层面高程达到试验段确定的虚铺厚度再用光轮压路机碾压2遍，纵向每20m设1个测量断面，每断面2～4个测点其中每一摊铺层填料中的粗细料应摊铺均匀；振动碾压：按照重型击实试验确定的最佳含水量2％的范围进行填料含水量控制，若含水量超过2％时，应及时晾晒或洒水翻拌，当填料处于最佳含水量控制范围时，即可进行碾压：采用压路机，按平行线路方向走行、先两侧后中间顺序，按先静压后弱振、再强振的步骤进行碾压，其中压路机初压的碾压速度为：2～3km/h，初压最大碾压速度不超过3km/h，复压的碾压速度为：3～4.5km/h，复压的碾压速度不大于5km/h；终压的碾压速度为：3～6km/h，终压的碾压速度不超过6km/h，施工缝搭接碾压；直线段由两边向中间，曲线段由内侧向外侧，纵向进退式进行，其中横向轮迹重叠不少于40cm，前后相邻两区段纵向重叠不小于2.0m，上下两层填筑接头处错开不少于3m；整修成型：随每填层的铺筑、碾压进程同步整修，保证填筑边坡整齐平顺，碾压设备行走到边其中每填筑0.9～1.5m对边坡进行拍实压在路基本体填筑完成后，按照设计修整边坡清除多余填土，并对边坡进行夯压。改性沥青混凝土施工：在验收合格的基层上恢复中线(底面层施工时)，在边线外侧0.3～0.5m处每隔5～10m钉边桩进行水平测量，拉好基准线，画好边线，确定松铺系数、施工工艺、机械配备、人员组织、压实遍数，并检查压实度,沥青含量，集料级配，沥青混合料马歇尔各项技术指标等。沥青混合料拌合时加入抗冻剂，根据路面宽度选用1～2台具有自动调节摊铺厚度及找平装置，可加热的振动熨平板，并运行良好的高密度沥青混凝土摊铺机进行摊铺。底、中、面层采用走线法施工，表面层采用拖杠法施工，摊铺机均匀行驶，行走速度和拌和站产量相匹配，以确保所摊铺路面的均匀不间断地摊铺。在摊铺过程中不准随意变换速度，尽量避免中途停顿。沥青混凝土的摊铺温度根据气温变化进行调节，在摊铺过程中随时检查并作好记录。开铺前将摊铺机的熨平板进行加热。采用双机或三机梯进式施工时，相邻两机的间距控制在10～30m。前后两台摊铺机轨道重叠5～10cm。在摊铺过程中，随时检查摊铺质量，出现离析、边角缺料等现象时人工及时补洒料，换补料。在摊铺过程中随时检查高程及摊铺厚度，并及时通知操作手。摊铺机无法作业的地方，在监理工程师同意后采取人工摊铺施工。压路机采用2台双轮双振压路机，并紧跟摊铺机进行，进行复压压等综合碾压4～6遍。终压：采用双轮双振压路机静压1～ 2遍。边角部分压路机碾压不到的位置，使用振动夯板把混合料压实。碾压顺纵向由低边向高边按规定要求的碾压速度均匀进行。相邻碾压重叠宽度大于30cm。接缝处理：施工时将已铺混合料部分留下20～30cm宽暂不碾压，作为后摊铺部分的高程基准面，后摊铺部分完成立即骑缝碾压，以除缝迹。半幅施工不能采用热接缝时，采用人工顺直刨缝或切缝。铺另半幅前必须将边缘清扫干净，并涂洒少量粘层沥青。摊铺时应重叠在已铺层上5～10cm，摊铺后将混合料人工清走。碾压时先在已压实路面行走，碾压新铺层10～15cm，然后压实新铺部分，再伸过已压实路面10～15cm，充分将接缝压实紧密。横接缝的处理方法：首先用3m直尺检查端部平整度不符合要求时，垂直于路中线切齐清除。清理干净后在端部涂粘层沥青接着摊铺，摊铺时调整好预留高度，接缝处摊铺层施工结束后再用3m直尺检查平整度立即用人工处理。横向接缝的碾压先用双轮双振压路机进行横压，碾压时压路机位于已压实的混合料层上伸入新铺层的宽为15cm，然后每压一遍向铺混合料移动15～20cm，直至全部在新铺层上为止，再改为纵向碾压。 [0089] 一种季冻区大厚度湿陷性黄土路基结构及其施工方法具有以下优点： [0090] 多层抗冻，抗冻垫层和木质素纤维处理层，以及改性混凝土，均对抗冻有良好作用，减少路基在冬季的损害。采用新型套筒，套筒能够提供支护作用，防止孔壁坍塌，并在预浸水沉降时，套筒能够提供重量，借助钻头更好将地基自重失陷。 [0091] 注水系统采用新型套筒和注水管。在预浸水的时候，注水管很容易发生堵塞，用套筒加上注水管的方法，双重防护，使注水时不容易堵塞注水管，即使发生堵塞时外部套筒先发生堵塞，便于观察到该种现象，这时工人及时关闭注水，采取相应措施。套筒、底板和隔离板形成整体结构。当土体发生预浸失陷时，套筒的钻头可减小土体的摩阻力，让连接成整体的结构产生的自重加速土体的自重失陷，整体结构产生的自重可对浅层土进行处理，并且，根据工程情况，可在底板上堆载，加快失陷效率，同时处理浅层土体的湿陷性，套筒上的盖板可防止杂物进入套筒内影响施工。由于浸水速率，或者其他因素导致失陷量不均匀，孔道可能会发生歪斜，影响浸水效率，影响计算用水量等，采用整体式的结构能够有效避免该种情况发生。该整体结构能够拆卸循环使用，节约资源。 [0092] 施工方案多样化选择，孔位布设采用深浅孔，例如浅孔可以采用浅层的挤密桩施工方法或者碎石桩施工方法，深层可用旋挖或旋喷等方式施工桩基，这样不必重新进行打孔操作，节省资源。在预浸水完成后，进行路基施工，根据对地基承载力的检测，决定是否桩基施工，如果需要桩基施工则可参考上述方法，如果不需要，则直接用碎石填充压实即可。堆载条件多样，利用套筒和底板以及隔离板整体系统，可选择土体，也可选择机械或其他物品，只需均匀放置在底板上即可。 [0093] 各组件便于拆卸和组装，资源可循环利用，节约资源和成本。注水管上设置有流速控制器，便于控制排水量，即使对水资源进行调整，达到节约水资源的目的。新型套筒上布设有卡槽和卡座，卡座和电热管相连，该结构配合抗冻液使用，能够实现在冬季施工。施工时，先用电热管将土层冻土融化，然后运用抗冻液进行预浸水，当使用完电热管后，可通过卡槽将电热管抽出，达到循环利用的效果。 [0094] 混凝土中加入抗冻剂，提高路基抗冻能力。改性混凝土内部采用一种新型的土工格室，土工格室上开设有孔道，用于透水，孔道两侧有卡环，卡环和带肋钢筋搭配使用，现有的土工格室在对内部进行填料时，相邻格室受力会发生偏移，产生形变，影响土工格室的填料质量，用带肋钢筋调整格室大小，固定格室能有效避免该情况。土工格室在使用时需要将其尽量展开以最大化利用，所以就需要用很大的力去拉扯，这就使得处于连接扣处的地条带十分容易断裂，使用时先不必拉开到最大，拉到一定程度后，用带肋钢筋穿管卡环进行格室的固定和调整，除此之外，钢筋的穿入还解决了格室片产生的拉力几乎全部集中在销轴部分，单一组件受力过大的问题，并且该结构操作简单。 [0095] 该黄土路基结构有多层保温防渗措施，在每层交界面处铺设一层三七灰土连接层，起到防渗和保温的措施，降低了路基在冬季情况下冻融的影响，并且多层连接层的设置能够提高界面抗剪强度以及推移变形能力。多层抗冻措施，抗冻垫层和木质素纤维处理层，以及改性混凝土，均对抗冻有良好作用，减少路基在冬季的损害。 [0096] 该黄土路基结构具有排水，防渗，保温，抗冻效果良好，大沙石层和碎石层起到排水作用，三七灰土连接层有良好的保温防渗效果，止水帷幕能够阻断路基内外的水层交流，抗冻垫层和木质素纤维处理层，以及改性混凝土层有良好的抗冻效果。 [0097] 综上，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。 |
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