本發(fā)明涉及鐵路路基工程領(lǐng)域，具體地指一種復(fù)合包芯法改良加固的膨脹土路堤結(jié)構(gòu)及施工方法。

背景技術(shù)：

工程界常稱膨脹土為災(zāi)害性土，其主要特性有：脹縮牲、裂隙性、超固結(jié)性，這三種特性復(fù)雜的共同作用使得其的工程性質(zhì)極差，常常對各類工程建設(shè)造成巨大的危害，且其危害往往具多發(fā)性、反復(fù)性和長期潛在性。

我國是膨脹土分布最廣的國家之一，尤其是在長江與黃河的中下游，以及南部沿海和西南地區(qū)，膨脹土最為發(fā)育，分布最為普遍。以正在新建的蒙華鐵路為例，其線路在三門峽至荊門段共分布膨脹土約211.3km，占線路總長約45.5％；其中強(qiáng)膨脹土約34.8km、中等膨脹土約109.8km、弱膨脹土約66.7km。三荊段膨脹土地段路基長度約155.83km，約占路基全長的63.3％。沿線膨脹土分布廣泛，其中鄧州至襄陽約120km范圍內(nèi)無優(yōu)質(zhì)填料可取，不可避免利用膨脹土填料，膨脹土改良土填方約1581萬方。

在全國膨脹土地區(qū)已修建的公路與鐵路，路基普遍產(chǎn)生下沉外擠，基床翻漿冒泥，邊坡沖蝕溜塌、塌滑與滑坡等嚴(yán)重病害，有的滑坡不僅造成路基成片破壞，甚至連同路基防護(hù)加固工程也一起毀壞，嚴(yán)重影響行車安全。每年因整治膨脹土地區(qū)路基病害，花費(fèi)的投資均在5億元以上，而且各種膨脹土路基的新生病害還在不斷發(fā)生。

通常情況下膨脹土分別區(qū)域修建鐵路多采用橋梁形式通過。當(dāng)受到某些條件限制，必須采用路基形式時(shí)，由于膨脹土的區(qū)域性分布，不可避免的要使用部分膨脹性較弱的填料來進(jìn)行路基填筑施工，若路基全部直接采用膨脹土填料施工則很容易發(fā)生上述病害，所以目前采用膨脹土填筑路基多將其進(jìn)行化學(xué)改良后填筑，改良劑的選擇多為石灰或水泥，按照室內(nèi)試驗(yàn)配合比確定改良劑的摻量進(jìn)行試驗(yàn)段填筑，試驗(yàn)合格后推廣全線使用，但改良土填筑存在施工工藝復(fù)雜、合格填料產(chǎn)量低不便于連續(xù)填筑、施工質(zhì)量不易控制的困難，因此路基設(shè)計(jì)必須采用特殊的結(jié)構(gòu)形式，從而達(dá)到既消除膨脹土填筑的不利特性，保證路基安全又能簡化路基施工工藝，提高經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合包芯法改良加固的膨脹土路堤結(jié)構(gòu)及施工方法，以解決采用部分膨脹土填筑路基雨季無法施工問題、膨脹土填料含水率變化產(chǎn)生脹縮破壞等質(zhì)量問題，本發(fā)明不僅可以使得采用膨脹土填筑路基施工后滿足質(zhì)量要求，還可大大減少膨脹土改良處理費(fèi)用，達(dá)到技術(shù)合理、費(fèi)用經(jīng)濟(jì)的目的，且路堤填高越大，則越能體現(xiàn)出該路基結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種復(fù)合包芯法改良加固的膨脹土路堤結(jié)構(gòu)，從上至下依次包括基床表層、基床底層、路基本體，其特殊之處在于，所述基床表層的兩側(cè)設(shè)置有護(hù)肩，所述基床底層的頂部兩側(cè)設(shè)置有上鑲邊，所述路基本體的底部兩側(cè)設(shè)置有下鑲邊，所述下鑲邊的底部設(shè)置有支撐護(hù)腳，所述路基本體的頂部、底部和邊坡為改良土填筑區(qū)域，中部由膨脹土填筑區(qū)域和改良土填筑區(qū)域上下分層間隔分布組成；所述路基本體兩側(cè)邊坡上下分層設(shè)置有防溜滑格柵，所述基床表層、基床底層底部以及路基本體兩側(cè)邊坡均設(shè)橫向排水坡，所述路基本體的橫向排水坡內(nèi)埋設(shè)斜向泄水孔，所述斜向泄水孔周圍設(shè)置有反濾層。

進(jìn)一步地，所述路基本體的頂部改良土填筑區(qū)域中設(shè)置有防變形加筋層，所述膨脹土填筑區(qū)域的底部設(shè)置有隔水墊層。防變形加筋層設(shè)置于路基本體的頂部，防止整體失穩(wěn)變形。隔水墊層使膨脹土填筑區(qū)域的滲水保持在膨脹土填筑區(qū)域中通過斜向泄水孔排出而不進(jìn)入下方改良土填筑區(qū)域引起基床災(zāi)害。

更進(jìn)一步地，所述基床底層中采用AB填料填筑或者改良土填筑，采用改良土填筑時(shí)，在基床底層的頂部設(shè)置隔水墊層；采用AB填料填筑時(shí)，在基床底層的底部設(shè)置隔水墊層。如果基床底層填筑改良土，路基本體的頂層一般為膨脹土，費(fèi)用比較經(jīng)濟(jì)；如果基床底層填筑AB組填料，路基本體的頂層應(yīng)該為改良土防止產(chǎn)生基床病害。

更進(jìn)一步地，所述隔水墊層為中粗砂墊層，并在中粗砂墊層中部夾一層復(fù)合土工膜或者毛細(xì)排水板。

更進(jìn)一步地，所述防溜滑格柵由雙向土工格柵水平鋪設(shè)，外側(cè)邊緣為回折結(jié)構(gòu)。

更進(jìn)一步地，所述基床表層、基床底層底部以及路基本體兩側(cè)邊坡的橫向排水坡的傾斜率為4％。

更進(jìn)一步地，所述路基本體的最上層膨脹土填筑區(qū)域中也設(shè)置有防變形加筋層。

一種根據(jù)上述夾層法改良加固的膨脹土路堤結(jié)構(gòu)的施工方法，其特殊之處在于，包括如下步驟：1)制作改良土；2)檢測地基承載力；3)分層填筑路基本體；4)填筑基床底層；5)填筑基床表層；其中步驟3)的具體步驟包括：

31)將路基本體底部1～2層鋪設(shè)改良土填筑區(qū)域，上部鋪設(shè)一層隔水墊層；

32)靠近邊坡的兩側(cè)全部采用改良土填筑，在所述隔水墊層上鋪設(shè)1～3層膨脹土填筑區(qū)域，對路基本體兩側(cè)用改良土、中間用膨脹土分開攤鋪，統(tǒng)一碾壓；

33)在膨脹土填筑區(qū)域底部兩側(cè)埋設(shè)斜向泄水孔，然后鋪設(shè)1～2層改良土填筑區(qū)域；

34)繼續(xù)填筑路基本體，采用改良土填筑區(qū)域與膨脹土填筑區(qū)域間隔填筑施工，如此循環(huán)；

35)在所述路基本體頂部1～2層鋪設(shè)改良土填筑區(qū)域；

36)在路基本體兩側(cè)邊坡沿垂直高度等間隔鋪設(shè)防溜滑格柵。

優(yōu)選地，所述步驟4)采用AB填料填筑或者改良土填筑，采用AB填料填筑時(shí)，在所述基床底層底部鋪設(shè)0.1m厚的中粗砂墊層，并在所述中粗砂墊層中部夾一層復(fù)合土工膜，形成隔水墊層；采用改良土填筑時(shí)，則在所述基床底層頂部鋪設(shè)隔水墊層。

優(yōu)選地，填筑膨脹土填筑區(qū)域時(shí)，需對土料的膨脹性指標(biāo)按規(guī)定的批次進(jìn)行化驗(yàn)，確保土料的膨脹性淺勢等級不得為強(qiáng)膨脹，只能采用弱、中膨脹土直接進(jìn)行路基填筑；雨季施工時(shí)，在降雨來臨前完成改良土填筑區(qū)域填筑即達(dá)到防水效果；當(dāng)采用石灰改良路拌法施工時(shí)，將膨脹土攤鋪在路基填筑面上，灑上石灰作為晾曬場地，待其含水率降低至合適范圍后進(jìn)行路拌法施工。

本發(fā)明提供的一種復(fù)合包芯法改良加固的膨脹土路堤結(jié)構(gòu)及施工方法，其核心點(diǎn)在于其核心點(diǎn)在于路基本體兩側(cè)、頂面及底層均采用隔水填料處理，內(nèi)部采用膨脹土直接填筑的結(jié)構(gòu)形式。采用隔水填料處理路基兩側(cè)可防止外界環(huán)境對內(nèi)部膨脹土填料含水率的影響，防止其產(chǎn)生脹縮變形和開裂，保證了路基質(zhì)量，同時(shí)大幅減少改良土的使用量，提高了施工效率和經(jīng)濟(jì)效益。

本發(fā)明提出的一種復(fù)合包芯法改良加固的膨脹土路堤結(jié)構(gòu)及施工方法具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明應(yīng)用于膨脹土地區(qū)路堤填筑工程，相比于常規(guī)的膨脹土地區(qū)缺乏優(yōu)質(zhì)填料情況下全部采用改良土來填筑路堤的設(shè)計(jì)形式，采用所述的路堤結(jié)構(gòu)形式填筑路堤可大大減少改良土的數(shù)量、改良劑材料成本、施工工序及施工時(shí)間，從而降低了工程費(fèi)用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

(2)采用邊坡部位填筑改良土，改良土填料較好的水穩(wěn)性來有效避免通常膨脹土路基可能產(chǎn)生的邊坡溜塌、提高其抗沖蝕能力。改良土填筑區(qū)域?qū)⒙返虄?nèi)部膨脹土填筑區(qū)域與外界環(huán)境隔開，隔絕了大氣中的水分對膨脹土填料的影響，使其含水率基本保持穩(wěn)定，保證了膨脹土填料的強(qiáng)度和穩(wěn)定，滿足了路基的安全質(zhì)量要求。

(3)路基本體中部采用改良土和膨脹土間隔填筑，進(jìn)一步加強(qiáng)了路基隔水效果，同時(shí)使得路基施工受雨季影響降低，只要在降雨來臨之前完成改良土填筑層即可保證路基填筑施工不受影響。

(4)相較以往全部采用改良土填筑結(jié)構(gòu)形式，由于改良土填筑施工工序復(fù)雜、工效慢，不利于大規(guī)模施工連續(xù)填筑，采用所述結(jié)構(gòu)形式填筑路堤能夠大大減少改良土使用量，且不受雨季影響，滿足了大規(guī)模施工連續(xù)填筑要求。

(5)當(dāng)路基填筑采用石灰改良路拌法施工時(shí)，可將膨脹土灑上石灰攤鋪在路基填筑面上，將其作為臨時(shí)晾曬場地使用，待膨脹土含水率降低至合適范圍后進(jìn)行路拌法施工，在一定程度上可解決大規(guī)模連續(xù)填筑時(shí)膨脹土填料缺乏晾曬場地的問題，保證了施工的連續(xù)性。

(6)路基本體頂部采用三向土工格柵拉通鋪設(shè)，且在膨脹土填筑層底部埋設(shè)斜向泄水孔，保持路基內(nèi)部填料含水率穩(wěn)定，采取這些措施可有效防止路基邊坡開裂、溜塌。

我國膨脹土分布廣泛，本發(fā)明克服膨脹土不能用路堤填筑的技術(shù)偏見，不僅使得膨脹土地區(qū)路堤填筑施工后質(zhì)量滿足要求，而且可大大減少改良費(fèi)用、簡化施工工藝流程，便于大規(guī)模施工連續(xù)填筑，達(dá)到技術(shù)合理、費(fèi)用經(jīng)濟(jì)的目的，具有廣闊的推廣應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明復(fù)合包芯法改良加固的膨脹土路堤結(jié)構(gòu)第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明復(fù)合包芯法改良加固的膨脹土路堤結(jié)構(gòu)第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明復(fù)合包芯法改良加固的膨脹土路堤結(jié)構(gòu)第三種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明復(fù)合包芯法改良加固的膨脹土路堤結(jié)構(gòu)第四種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖1～圖4中防溜滑格柵外邊回折結(jié)構(gòu)形式；

圖6為圖1～圖4中斜向泄水孔細(xì)部結(jié)構(gòu)形式。

圖中：基床表層1，基床底層2，路基本體3，隔水墊層4，膨脹土填筑區(qū)域5，改良土填筑區(qū)域6，防溜滑格柵7，斜向泄水孔8，防變形加筋層9，支撐護(hù)腳10，反濾層11，護(hù)肩12，上鑲邊13，下鑲邊14。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明一種復(fù)合包芯法改良加固的膨脹土路堤結(jié)構(gòu)，第一個(gè)實(shí)施例如圖1、圖5、圖6所示，膨脹土路堤結(jié)構(gòu)的路基面形狀為三角形路拱，從上至下依次包括基床表層1、基床底層2、路基本體3?；脖韺?厚0.6m，填筑A組填料(砂類土除外)。基床底層2厚1.9m，填筑改良土?；驳讓?的頂部設(shè)置有隔水墊層4。隔水墊層4為0.1m厚的中粗砂墊層，并在中粗砂墊層中部夾一層的復(fù)合土工膜或者毛細(xì)排水板。隔水墊層4的鋪設(shè)位置根據(jù)基床底層的填料不同有所區(qū)別。

基床表層1的兩側(cè)設(shè)置有護(hù)肩12，基床底層2的頂部兩側(cè)設(shè)置有上鑲邊13，路基本體3的底部兩側(cè)設(shè)置有下鑲邊14，下鑲邊14的底部設(shè)置有支撐護(hù)腳10。

路基本體3由膨脹土填筑區(qū)域5和改良土填筑區(qū)域6組成。路基本體3的頂部、底部和邊坡為改良土填筑區(qū)域6，中部由膨脹土填筑區(qū)域5和改良土填筑區(qū)域6上下分層間隔分布組成。最下層膨脹土填筑區(qū)域5中也設(shè)置有隔水墊層4。隔水墊層4為0.1m厚的中粗砂墊層，并在中粗砂墊層中部夾一層的復(fù)合土工膜或者毛細(xì)排水板。

基床表層1和基床底層2的底部以及路基本體3兩側(cè)邊坡均設(shè)橫向排水坡，均設(shè)傾斜率為4％的橫向排水坡。路基本體3中的橫向排水坡內(nèi)埋設(shè)斜向泄水孔8。斜向泄水孔8采用pvc管，管壁需留有泄水孔，在埋入路基部分需設(shè)置反濾層11，反濾層11可采用碎石或砂礫石加砂，外部采用土工編織物進(jìn)行包裹。

路基本體3兩側(cè)邊坡設(shè)置有上下分層布置的防溜滑格柵7以對路堤邊坡進(jìn)行加筋補(bǔ)強(qiáng)措施，每間隔0.6m高度水平鋪設(shè)防溜滑格柵7，防溜滑格柵7一般采用雙向一層土工格柵，寬度應(yīng)大于改良土包邊橫向?qū)挾?，防溜滑格?外側(cè)邊緣采用回折方式，回折長度應(yīng)根據(jù)《鐵路路基土工合成材料應(yīng)用設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算。防溜滑格柵7雙向抗拉強(qiáng)度不小于25kN/m。也可采用單向土工格柵，抗拉強(qiáng)度不小于25kN/m，抗拉強(qiáng)度方向應(yīng)沿路基斷面橫向鋪設(shè)。

本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例如圖2所示，與第一個(gè)實(shí)施例的區(qū)別在于：基床底層2填筑AB填料，隔水墊層4設(shè)置于基礎(chǔ)底層2的底部、基礎(chǔ)底層2與路基本體3之間。

本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例如圖3所示，與第一個(gè)實(shí)施例的區(qū)別在于：在路基本體3的頂部改良土填筑區(qū)域6中設(shè)置防變形加筋層9，在路基本體3最上層膨潤土填筑區(qū)域5中也設(shè)置防變形加筋層9。防變形加筋層9采用三向土工格柵，1～2層三向土工格柵滿鋪基床底層2，三向抗拉強(qiáng)度不小于110kN/m。

本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例如圖4所示，與第二個(gè)實(shí)施例的區(qū)別在于：在路基本體3的頂部改良土填筑區(qū)域6中設(shè)置防變形加筋層9，在路基本體3最上層膨潤土填筑區(qū)域5中也設(shè)置防變形加筋層9。防變形加筋層9一般采用三向土工格柵，1～2層三向土工格柵滿鋪基床底層2，三向抗拉強(qiáng)度不小于110kN/m。

基于上述復(fù)合包芯法改良加固的膨脹土路堤結(jié)構(gòu)的施工方法，包括如下步驟：

1)制作改良土。結(jié)合施工地區(qū)具體情況，通過室內(nèi)試驗(yàn)確定改良土的改良方案及配合比，一般采用水泥或石灰作為改良劑對膨脹土進(jìn)行改良。

2)檢測地基承載力。對承載力不夠的地段進(jìn)行地基加固處理。

3)分層填筑路基本體，路基本體3填筑時(shí)，每層的壓實(shí)厚度不超過30cm。

31)將路基本體3底部1～2層鋪設(shè)改良土填筑區(qū)域6，上部鋪設(shè)一層0.1m厚中粗砂墊層，墊層中間夾一層復(fù)合土工膜，形成隔水墊層4。

32)靠近邊坡的兩側(cè)全部采用改良土填筑，在隔水墊層4上鋪設(shè)1～3層膨脹土填筑區(qū)域5，對路基本體3兩側(cè)用改良土、中間用膨脹土分開攤鋪，統(tǒng)一碾壓。

填筑改良土區(qū)域6時(shí)，邊坡部位進(jìn)行了隔水處理，處理方法可以就地取材，使用膨脹土改良，或使用其它隔水性填料，利用隔水性填料較好的水穩(wěn)性來有效避免通常膨脹土路基可能產(chǎn)生的邊坡溜塌、提高其抗沖蝕能力。采取隔水處理后，路堤內(nèi)部膨脹土與外界環(huán)境隔開，隔絕了大氣中的水分對膨脹土填料的影響，使其含水率基本保持穩(wěn)定，保證了膨脹土填料的強(qiáng)度和穩(wěn)定，滿足了路基的安全質(zhì)量要求。

填筑膨脹土填筑區(qū)域5時(shí)，需對土料的膨脹性指標(biāo)按規(guī)定的批次進(jìn)行化驗(yàn)，確保土料的膨脹性淺勢等級不得為強(qiáng)膨脹，只能采用弱、中膨脹土直接進(jìn)行路基填筑；雨季施工時(shí)，在降雨來臨前完成改良土填筑區(qū)域6填筑即達(dá)到防水效果；當(dāng)采用石灰改良路拌法施工時(shí)，將膨脹土攤鋪在路基填筑面上，灑上石灰作為晾曬場地，待其含水率降低至合適范圍后進(jìn)行路拌法施工。

膨脹土填筑區(qū)域5兩側(cè)的改良土填筑區(qū)域6的改良土包邊寬度按照如下公式計(jì)算

D_max＝d_max/λ

式中，L—包邊寬度；D_max—改良土大氣劇烈影響深度；m—邊坡坡率；d_max—膨脹土大氣劇烈影響深度；λ—改良后膨脹土大氣影響折減系數(shù)，一般取3～4。

33)在膨脹土填筑區(qū)域5底部兩側(cè)設(shè)置傾斜率為4％的橫向排水坡，并在排水坡中埋設(shè)斜向泄水孔8，然后在路基本體3頂部1～2層鋪設(shè)改良土填筑區(qū)域6。

34)繼續(xù)填筑路基本體(3)，采用改良土填筑區(qū)域(6)與膨脹土填筑區(qū)域(5)間隔填筑施工，如此循環(huán)。

35)在路基本體3頂部1～2層鋪設(shè)改良土填筑區(qū)域6。

36)路基本體3的兩側(cè)邊坡采用防溜滑格柵7對膨脹土路堤邊坡進(jìn)行加筋補(bǔ)強(qiáng)，每間隔0.6m高鋪設(shè)雙向一層土工格柵，各層土工合成材料之間的間距不宜小于每一層填筑層的最小厚度，且不宜大于1m，防溜滑格柵7的寬度應(yīng)大于改良土包邊橫向?qū)挾?，防溜滑格?外側(cè)邊緣采用回折方式，回折長度應(yīng)根據(jù)《鐵路路基土工合成材料應(yīng)用設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算。雙向土工格柵的雙向抗拉強(qiáng)度不小于25kN/m。也可采用單向土工格柵，抗拉強(qiáng)度不小于25kN/m，抗拉強(qiáng)度方向應(yīng)沿路基斷面橫向鋪設(shè)。

36)在路基本體3最上層膨脹土填筑區(qū)域5中滿鋪1～2層防變形加筋層9，并在路基本體3頂部改良土區(qū)域6中鋪設(shè)防變形加筋層9。防變形加筋層9采用三向土工格柵，1～2層三向土工格柵滿鋪基床底層2，三向抗拉強(qiáng)度不小于110kN/m。

4)分層填筑基床底層2，基床底層2填筑時(shí)，每層的壓實(shí)厚度不超過30cm。若基床底層2采用非改良土的AB組填料填筑，則在基床底層2的底部鋪設(shè)0.1m厚的中粗砂墊層，墊層中部夾一層復(fù)合土工膜形成隔水墊層4；若基床底層2采用改良土填筑，則在基床底層2頂部鋪設(shè)隔水墊層4。

5)填筑基床表層1。

由于改良土施工工藝復(fù)雜、施工質(zhì)量要求高，采用上述路基結(jié)構(gòu)形式可大幅減少施工過程中改良土的使用量，便于大規(guī)模施工連續(xù)填筑，從而達(dá)到在保證路基質(zhì)量的前提下提高路基填筑的施工工效的目的。上述路基結(jié)構(gòu)適用于膨脹土地區(qū)填高大于3m以上的路堤填筑地段，且路堤填高越大，則越能體現(xiàn)出該路基結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。

其它未詳細(xì)說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。