本發(fā)明涉及道路工程領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、極端氣候影響下，凍土區(qū)凍土層(包含富冰土層與含土冰層)融化導(dǎo)致路基沉降，極大地影響了凍土地區(qū)高速公路的行車安全?，F(xiàn)有凍土路基處治技術(shù)多以保護(hù)凍土為主，按照工程機(jī)理分為調(diào)控輻射類、調(diào)控對(duì)流類及調(diào)控?zé)醾鲗?dǎo)類，這些方法多從降低或保持溫度以達(dá)到對(duì)凍土的防護(hù)。

2、隨高溫天氣加劇，多年凍土不斷退化，以保護(hù)凍土為核心思想的凍土防治技術(shù)較為被動(dòng)。高含冰量?jī)鐾谅坊A(yù)融沉技術(shù)是一種有效的凍土路基防止手段，基于變保護(hù)凍土為處治凍土的核心思想達(dá)到主動(dòng)防護(hù)凍土病害。

3、目前常用手段是直接融化凍土路基中的冰，排水后注漿填充地下冰融化后形成的空洞或裂隙，但這種技術(shù)凍土中冰層融化效果難以保證，后期注漿難以密實(shí)空洞及裂隙，影響路基穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的融冰效果不穩(wěn)定的缺陷而提供一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的方法和裝置。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的方法，包括以下步驟：

4、s1：對(duì)凍土區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘查，得到勘察數(shù)據(jù)；

5、s2：根據(jù)勘察數(shù)據(jù)確定融冰方案；

6、s3：根據(jù)融冰方案，阻隔凍土區(qū)的道路用地區(qū)與其他區(qū)域之間的水熱傳遞；

7、s4：對(duì)凍土區(qū)的道路用地區(qū)的冰層進(jìn)行加熱，融化冰層；

8、s5：通過排水機(jī)構(gòu)排出步驟s4中融化冰層產(chǎn)生的水；

9、s6：對(duì)凍土區(qū)的道路用地區(qū)使用碎石墊層配合沖擊碾壓的方式，得到密實(shí)土層路基。

10、進(jìn)一步地，還包括以下步驟：

11、s7：通過檢驗(yàn)密實(shí)土層路基的壓實(shí)度、含水率和冰層分布情況，驗(yàn)證路基變形抑制程度。

12、進(jìn)一步地，勘察數(shù)據(jù)包括氣候條件、地質(zhì)勘探結(jié)果、不同季節(jié)時(shí)凍土區(qū)的地下冰分布情況，融冰方案包括熱源、融冰深度和融冰速度。

13、本發(fā)明的第二方面，一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的裝置，裝置用于實(shí)現(xiàn)如上任一的一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的方法，裝置包括連續(xù)墻、電加熱排水板和排水機(jī)構(gòu)，凍土區(qū)由地表向下依次包括上覆土層、富冰土層、含土冰層，永凍層，連續(xù)墻設(shè)置于凍土區(qū)的四周，完全隔斷上覆土層、富冰土層和含土冰層，并插入永凍層，電加熱排水板插入并穿過上覆土層、和富冰土層，止于含土冰層中，同時(shí)從上覆土層露出，電加熱排水板均勻分布在凍土區(qū)內(nèi)，排水機(jī)構(gòu)設(shè)置于上覆土層的表層，用于排出電加熱排水板工作時(shí)加熱凍土區(qū)產(chǎn)生的水。

14、進(jìn)一步地，連續(xù)墻包括復(fù)合土工膜和泡沫輕質(zhì)土，泡沫輕質(zhì)土填充在復(fù)合土工膜內(nèi)部形成連續(xù)墻體。

15、進(jìn)一步地，泡沫輕質(zhì)土的密度介于800kg/m3～1200kg/m3、抗壓強(qiáng)度介于0.3mpa～20mpa、導(dǎo)熱系數(shù)介于0.08w/m·k-0.3w/m·k、氣泡體積含有率大于70％；復(fù)合土工膜的密度大于900g/m2、頂破強(qiáng)力大于2.6kn、滲透系數(shù)小于2×10-12cm/s、縱橫向抗拉強(qiáng)度大于800n、韌性相應(yīng)伸長(zhǎng)率小于100％。

16、進(jìn)一步地，電加熱排水板包括排水板、電熱絲與濾布，排水板被至少兩層濾布包裹，濾布之間設(shè)置有電熱絲。

17、進(jìn)一步地，排水板的高溫抗拉強(qiáng)度大于1.6kn/10cm、100℃時(shí)的縱向通水量大于30cm3/s、常溫縱向通水量大于等于40cm3/s；濾布的滲透系數(shù)k20>5.0×10-3cm/s；電熱絲能夠在功率150kw工況下持續(xù)工作。

18、進(jìn)一步地，排水機(jī)構(gòu)包括密封溝、排水墊層、密封膜和真空泵，密封溝設(shè)置于連續(xù)墻上方，填充連續(xù)墻頂部與上覆土層表面之間的空間，排水墊層覆蓋全部的電加熱排水板，密封膜覆蓋在密封溝和排水墊層上方、連接真空泵形成密封環(huán)境，真空泵和電加熱排水板工作時(shí)，加熱凍土區(qū)產(chǎn)生的水通過電加熱排水板抽出至密封溝和排水墊層中，再通過真空泵排出。

19、進(jìn)一步地，排水墊層的材料為中粗砂、墊層厚度為50cm、滲透系數(shù)大于等于10-2cm/s、含泥量小于等于3％、粒徑為0cm～5cm；真空膜設(shè)置三層，膜下真空度保持在650mmhg以上，真空膜包括膜下真空濾管，膜下真空濾管間距為5m、濾管直徑為50mm、埋在排水墊層的中部。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

21、1)本發(fā)明通過對(duì)凍土區(qū)域的測(cè)量、阻隔規(guī)劃，控制對(duì)凍土的融沉處理，能夠在保護(hù)路基質(zhì)量時(shí)避免對(duì)道路周圍地區(qū)的凍土產(chǎn)生影響，通過預(yù)融、排水、密實(shí)變形過程，排除凍土區(qū)道路部分的水分，減少后期水汽交換對(duì)路基的影響，避免了水汽的再次滲入，使得路基具有更長(zhǎng)的穩(wěn)定期，更易于把控施工質(zhì)量。

22、2)本發(fā)明通過復(fù)合土工膜物理隔離、阻隔滲透作用，阻斷橫向水的滲流，減少水汽滲入，采用泡沫輕質(zhì)土回填形成密閉連續(xù)墻，有效阻止熱傳導(dǎo)，消除熱量交換的影響，確保路基區(qū)域的變形穩(wěn)定。

技術(shù)特征：

1.一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的方法，其特征在于，還包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的方法，其特征在于，所述勘察數(shù)據(jù)包括氣候條件、地質(zhì)勘探結(jié)果、不同季節(jié)時(shí)凍土區(qū)的地下冰分布情況，所述融冰方案包括熱源、融冰深度和融冰速度。

4.一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的裝置，其特征在于，所述裝置用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-3任一所述的一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的方法，所述裝置包括連續(xù)墻(1)、電加熱排水板(2)和排水機(jī)構(gòu)，所述凍土區(qū)由地表向下依次包括上覆土層(31)、富冰土層(32)、含土冰層(33)，永凍層(34)，所述連續(xù)墻(1)設(shè)置于凍土區(qū)的四周，完全隔斷上覆土層(31)、富冰土層(32)和含土冰層(33)，并插入永凍層(34)，所述電加熱排水板(2)插入并穿過上覆土層(31)、和富冰土層(32)，止于含土冰層(33)中，同時(shí)從上覆土層(31)露出，所述電加熱排水板(2)均勻分布在凍土區(qū)內(nèi)，所述排水機(jī)構(gòu)設(shè)置于上覆土層(31)的表層，用于排出電加熱排水板(2)工作時(shí)加熱凍土區(qū)產(chǎn)生的水。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的裝置，其特征在于，所述連續(xù)墻(1)包括復(fù)合土工膜(11)和泡沫輕質(zhì)土(12)，所述泡沫輕質(zhì)土(12)填充在復(fù)合土工膜(11)內(nèi)部形成連續(xù)墻體。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的裝置，其特征在于，所述泡沫輕質(zhì)土(12)的密度介于800kg/m3～1200kg/m3、抗壓強(qiáng)度介于0.3mpa～20mpa、導(dǎo)熱系數(shù)介于0.08w/m·k-0.3w/m·k、氣泡體積含有率大于70％；所述復(fù)合土工膜(11)的密度大于900g/m2、頂破強(qiáng)力大于2.6kn、滲透系數(shù)小于2×10-12cm/s、縱橫向抗拉強(qiáng)度大于800n、韌性相應(yīng)伸長(zhǎng)率小于100％。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的裝置，其特征在于，所述電加熱排水板(2)包括排水板(21)、電熱絲(22)與濾布(23)，所述排水板(21)被至少兩層濾布(23)包裹，濾布(23)之間設(shè)置有電熱絲(22)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的裝置，其特征在于，所述排水板(21)的高溫抗拉強(qiáng)度大于1.6kn/10cm、100℃時(shí)的縱向通水量大于30cm3/s、常溫縱向通水量大于等于40cm3/s；所述濾布(23)的滲透系數(shù)k20>5.0×10-3cm/s；所述電熱絲(22)能夠在功率150kw工況下持續(xù)工作。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的裝置，其特征在于，所述排水機(jī)構(gòu)包括密封溝(41)、排水墊層(42)、密封膜(43)和真空泵(44)，所述密封溝(41)設(shè)置于連續(xù)墻(1)上方，填充連續(xù)墻(1)頂部與上覆土層(31)表面之間的空間，所述排水墊層(42)覆蓋全部的電加熱排水板(2)，所述密封膜(43)覆蓋在密封溝(41)和排水墊層(42)上方、連接真空泵(44)形成密封環(huán)境，所述真空泵(44)和電加熱排水板(2)工作時(shí)，加熱凍土區(qū)產(chǎn)生的水通過電加熱排水板(2)抽出至密封溝(41)和排水墊層(42)中，再通過真空泵(44)排出。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的裝置，其特征在于，所述排水墊層(42)的材料為中粗砂、墊層厚度為50cm、滲透系數(shù)大于等于10-2cm/s、含泥量小于等于3％、粒徑為0cm～5cm；所述真空膜(43)設(shè)置三層，膜下真空度保持在650mmhg以上，所述真空膜(43)包括膜下真空濾管，所述膜下真空濾管間距為5m、濾管直徑為50mm、埋在排水墊層(2)的中部。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種用于凍土區(qū)的路基變形抑制的方法和裝置，方法包括以下步驟：對(duì)凍土區(qū)進(jìn)行地質(zhì)勘查，得到勘察數(shù)據(jù)；根據(jù)勘察數(shù)據(jù)確定融冰方案；根據(jù)融冰方案，阻隔凍土區(qū)的道路用地區(qū)與其他區(qū)域之間的水熱傳遞；對(duì)凍土區(qū)的道路用地區(qū)的冰層進(jìn)行加熱，融化冰層；通過排水機(jī)構(gòu)排出融化冰層產(chǎn)生的水；對(duì)凍土區(qū)的道路用地區(qū)使用碎石墊層配合沖擊碾壓的方式，得到密實(shí)土層路基。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有穩(wěn)定性強(qiáng)、施工質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：錢勁松,蔣中楷,張玉,劉海洋,陳正,張?；?br/>受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17