復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水技術及其施工工藝
1.本發(fā)明涉及復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水技術及其施工工藝。
背景技術：
2.路面結(jié)構層積水的來源主要有兩類：第一類為毛細上升水，如地下水埋深大時，因毛細上升作用入滲到路面結(jié)構層，當基層細粒含量超過4％，容易因毛細上升作用而使路面結(jié)構層含水量增大；二是入滲水，降雨通過路面裂縫、路肩入滲路面結(jié)構層，容易使路面結(jié)構層含水量增大。路面結(jié)構層含水量增大，使路面結(jié)構層模量和強度降低，增大在交通循環(huán)荷載作用下路面結(jié)構變形。同時，水進一步入滲路基土體可能降低路基土體強度，路面結(jié)構層積水和路基土體遇水軟化是道路工程水災害導致性能劣化的主要原因，道路工程水災害導致性能劣化包括但不僅限于車轍、坑洼、即泥、膨脹土路基邊緣裂縫和寒冷地區(qū)凍脹影響。
3.目前路面結(jié)構水災害處置技術主要分為三類：邊溝排水、級配碎石層排水和土工合成材料排水。邊溝排水用于收集和排除路面結(jié)構入滲水，但應用局限于細顆粒含量少的基層材料。級配碎石層能順利排除入滲水，但制造大量級配碎石材料并不是環(huán)境友好和可持續(xù)的途徑，且造價比普通基層材料高。土工合成排水材料常用于阻止地下水毛細上升至基層，但易在路面結(jié)構層和土工織物之間形成毛細阻滯效應，導致上覆路面結(jié)構層積水，提高路面結(jié)構層含水量，降低路面結(jié)構層模量和強度。此外，目前路面結(jié)構排水設計基于飽和土體，沒有考慮非飽和條件，而路面結(jié)構在運營期間常處于非飽和狀態(tài)，傳統(tǒng)路面結(jié)構排水僅能排除飽和條件下的重力水，無法排除非飽和條件下毛細水。stormont提出設置玻璃纖維土工布傳導層，將入滲水在非飽和條件下排除，但玻璃纖維土工布造價高，難于在工程實踐中應用推廣。這幾年，新型芯吸土工織物(wicking geotextile)在美國開始得到應用，可用于排除非飽和狀態(tài)下的路面結(jié)構積水，但新型芯吸土工織物作為創(chuàng)新材料，國內(nèi)無法生產(chǎn)。
4.綜上所述，迄今為止沒有一種措施能很好解決道路工程水災害，仍需要技術創(chuàng)新，提出更為高效、節(jié)能、環(huán)境友好、可持續(xù)的道路工程水災害處置對策，特別是非飽和條件下及時將路面結(jié)構層入滲水和毛細上升水排除，減輕入滲水和毛細上升水對路面結(jié)構層的性能劣化，同時防止水進一步入滲路基土體而降低路基土體強度，提高路面結(jié)構和路基土體承載性能。
技術實現(xiàn)要素：
5.目前路面結(jié)構傳統(tǒng)排水難于解決非飽和條件下路面結(jié)構積水問題，消除路面結(jié)構積水引發(fā)的路面結(jié)構水災害，仍需要研究有效、節(jié)能、環(huán)境友好和可持續(xù)的排水方法，以應對氣候變化條件下的路面結(jié)構水災害問題。
6.土工織物常用于路面排水，常規(guī)土工合成材料排水僅在上覆土體飽和條件下排水，然而路面結(jié)構層大部分處于非飽和狀態(tài)，無法在非飽和狀態(tài)下將路面結(jié)構層入滲水及
時排除。
7.國外學者研發(fā)了以玻璃纖維土工布為傳導層的gcbd、采用燈芯纖維的 h2ri型土工織物作為水平增強型排水，用于路面結(jié)構排水，室內(nèi)模型實驗、數(shù)值分析和現(xiàn)場試驗研究表明，能實現(xiàn)在非飽和狀態(tài)下將路面結(jié)構層積水及時排除，提高基層模量和強度，減小不均勻沉降，提高交通基礎設施長期性能。但材料造價高、施工要求高，難于推廣應用。
8.基于非飽和滲流理論，研發(fā)出適用適用于南方高地下水位路面結(jié)構排水的復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水新技術，復合土工材料由聚丙烯纖維無紡布和排水網(wǎng)組成，從上而下依次為碎石墊層、水力傳導層、土工排水層和隔離層。設置碎石墊層的路面結(jié)構層含水量和孔隙水壓力分布見圖1，圖1表明，設置碎石墊層消除毛細阻滯效應，減小因毛細阻滯效應而蓄積在路面結(jié)構層的積水，將路面結(jié)構層積水及時排除，降低路面結(jié)構層含水量和孔隙水壓力，減輕入滲水對路面結(jié)構損傷。同時避免進一步入滲路基土體，提高路基土體承載性能。經(jīng)科學研究和技術應用總結(jié)，形成了一套系統(tǒng)的復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水新技術及其施工工藝，工程應用實踐表明，該技術能高效處理南方高地下水位道路工程水災害問題，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
9.路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水旨在通過碎石墊層消除毛細阻滯效應，實現(xiàn)在非飽和條件下將路面結(jié)構層積水及時排除，確保路面結(jié)構性能。路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水剖面見圖2，復合土工材料
??
碎石墊層水平向增強排水從上而下依次為碎石墊層、水力傳導層、土工排水層和隔離層，一般設置在路基與基層之間，可取消或者部分取消原先設計的級配碎石層，碎石墊層厚度10cm，粒徑不大于10mm，級配良好，密實度不小于0.80。復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水也可以設置在面層和基層之間，取代常用的倒裝結(jié)構層，設置方式見圖3。路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水平面布置見圖4，沿道路縱向土工排水層可全斷面布置，也可條帶狀布置，間距可取10m。
10.路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水使用的復合土工材料剖面見圖5，排水網(wǎng)材料性能指標應符合表1要求，路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水使用的土工布性能指標應符合表2要求。路面結(jié)構復合土工材料
??
碎石墊層水平向增強排水使用的碎石墊層厚度10cm，粒徑不大于10mm，級配良好，密實度不小于0.80。
11.表1復合土工合成材料排水網(wǎng)性能
[0012][0013]
表2包裹土工布材料性能
[0014][0015]
附圖說明
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圖1為本發(fā)明的機理圖——設置碎石墊層路面結(jié)構層含水量和孔隙水壓力分布圖。
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圖2為本發(fā)明實施的路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水布置剖面圖。
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圖3為本發(fā)明實施的路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水布置方式
[0019]
圖4為本發(fā)明實施的路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水布置平面圖。
[0020]
圖5為本發(fā)明實施的復合土工材料剖面。
[0021]
圖6為本發(fā)明施工工藝流程。
具體實施方式
[0022]
路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水新技術施工順序包括：平整路基土體、鋪設土工膜、鋪設復合土工材料、鋪設碎石墊層和設置縱向排水及集水井等。施工工藝流程見圖6。
[0023]
施工前，應核實場地工程水文地質(zhì)條件，施工過程中，如發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場實際與原工程勘察報告有差異，應及時反饋設計單位，及時調(diào)整設計方案。
[0024]
施工前準備階段，應根據(jù)設計要求完成進場主要工程材料檢驗，使用的工程材料應符合設計及相關標準規(guī)定，并按進場批次，隨機抽檢。
[0025]
復合土工材料施工：復合土工材料寬100mm，厚度40mm，單層布置。用土工布包裹，土工布搭接長度不小于5cm。主排水板采用套管接頭連接，套管接頭采用pvc材料，接頭部分應用土工布纏繞防止異物進入。
[0026]
復合土工排水與集水井連接，套管接頭采用pvc材料，接頭部分應用土工布纏繞防止異物進入。
[0027]
路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水新技術施工過程中，應做好施工記錄，對下列部位應有詳細文字記錄和必要的影像資料，如：鋪設區(qū)域、復合土工材料布設與連接、復合土工材料與集水井連接、碎石墊層施工等，記錄表見表3。
[0028]
表3路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水施工記錄
[0029][0030]
路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水做好隱蔽工程施工質(zhì)量驗收，做好記錄。
[0031]
工程應用實例
[0032]
福建省晉江市370縣道(快速通道東石連接線)工程a2標段于2018年5月 25日開工建設，建設工期30個月。項目沿線地質(zhì)結(jié)構多為粉質(zhì)粘土，部分段落實臨近水塘、水庫區(qū)域，其中受地下水影響較大的路基施工段約1.5km。施工期間，路基土質(zhì)長年含水率較高，經(jīng)淺挖換填處理后，仍為橡皮土，如進行大規(guī)模換填成本較高。經(jīng)與設計、業(yè)主、高校等多方研究，通過引進路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水，經(jīng)處理后的路基，在路床位置形成上導下排的高效排水體，整體路基壓實度和回彈模量得到了顯著提升，并能滿足設計要求。
[0033]
1.施工準備
[0034]
設計所需資料：場地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、降雨條件路面結(jié)構布置等，重點通過水文地質(zhì)勘察查明地下水埋藏情況、類型和水位變化幅度及規(guī)律，確定滲流分析的有關技術參數(shù)。
[0035]
施工前，應核實場地工程水文地質(zhì)條件，施工過程中，如發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場實際與原工程勘察報告有差異，應及時反饋設計單位，及時調(diào)整設計方案。
[0036]
施工前準備階段，應根據(jù)設計要求完成進場主要工程材料檢驗，使用的工程材料應符合設計及相關標準規(guī)定，并按進場批次，隨機抽檢。
[0037]
根據(jù)測量控制點的坐標和高程，布置現(xiàn)場的測量控制點，并設永久性測量控制點。地面上按業(yè)主、設計院提供的控制點定位放線，包括路面結(jié)構中樁、邊樁等。
[0038]
2.路基土體平整
[0039]
根據(jù)測量點位及高程，將路基土體開挖或回填至設計路床標高，并進行平整。
[0040]
3.鋪設土工膜
[0041]
路基土體平整好后，清理可能刺破土工膜的碎石等雜質(zhì)，鋪設一層5cm砂墊層，土工膜作用有兩個：一方面是防止地下水上升侵蝕破壞路面結(jié)構層，另一方面是防止路面雨水下滲浸泡路基土層造成路基土體軟化。鋪設時，砂墊層應壓平，加強支持層的支持效果。先將膜材放入路床槽內(nèi)，一端與垂直道路軸線，從下向上展開膜，逐幅粘結(jié)。
[0042]
4.復合土工材料鋪設
[0043]
土工膜鋪設完成，按設計要求間距鋪設復合土工網(wǎng)，復合土工網(wǎng)主要起排水作用。復合土工材料之間采用相應規(guī)格的直通、三通、四通進行連接，并與縱向排水管相連接，連接部位應包裹土工布并用膠帶粘緊，縱向排水管與集水井或最近的雨水口連接。套管接頭采用pvc材料，接頭部分應用土工布纏繞防止異物進入。
[0044]
5.鋪設土工布和碎石墊層
[0045]
復合土工材料鋪設完后，先鋪設一層土工布，然后再鋪設碎石墊層，厚度 10cm，粒徑不大于10mm，級配良好，密實度不小于0.80。碎石墊層作用在于消除毛細阻滯現(xiàn)象，土工布作用在于保護土工膜，同時增強橫向約束作用。
[0046]
6.路面結(jié)構層施工
[0047]
上部的集束排水管安裝完成后，進行土工布鋪設，土工布鋪設應平順、搭接長度滿足施工要求，鋪設完成后即可進行路面結(jié)構層施工。
[0048]
晉江市370縣道(快速通道東石連接線)工程a2標段項目工程應用表明，原設計采用的400mm*400mm管式盲溝(雙壁打孔波紋管，300g/m2無紡土工布)每平米造價87.5元，如若進行換填路基處理，換填深度至少需1m以上計算，換填所需造價每平方造價85元；采用路面結(jié)構復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水每平米造價僅為45元，施工成本平均成本降低了40元/平方米，經(jīng)濟效益顯著。同時施工速度快，對其它施工工序影響小。
技術特征：
1.一種復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水技術及其施工工藝，其特征在于：復合土工材料由聚丙烯纖維無紡布(303)和排水網(wǎng)(305)組成，復合土工材料上部鋪設土工布(302)和碎石(301)，下部鋪設土工膜(306)；路面結(jié)構自上而下分為瀝青層(1)、基層(2)、復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水系統(tǒng)(3)和路基(4)；排水系統(tǒng)能將水分水平向運輸至集水井或最近的雨水口(5)；碎石墊層能消除毛細阻滯效應，實現(xiàn)在非飽和狀態(tài)下將路面結(jié)構層入滲水和毛細上升水快速排除，減輕入滲水和毛細上升水對路面結(jié)構損傷，設置不透水的土工膜同時也能防止水進一步入滲路基土體而降低路基土體強度，提高路面結(jié)構和路基土體承載性能。2.一種復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水技術及其施工工藝，其特征在于，包括如權利要求1所述的復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水技術，其施工工藝：1)施工準備，進場材料檢驗；2)路基土體平整，鋪設5cm細砂墊層；3)鋪設土工膜；4)鋪設復合土工材料；5)鋪設土工布和碎石墊層；6)路面結(jié)構層施工。
技術總結(jié)
本發(fā)明涉及一種復合土工材料-碎石墊層水平向增強排水技術及其施工工藝，適用于南方高地下水位路面結(jié)構排水，復合土工材料由聚丙烯纖維無紡布和排水網(wǎng)組成，從上而下依次為碎石墊層、水力傳導層、土工排水層和隔離層，碎石墊層消除毛細阻滯效應，實現(xiàn)在非飽和狀態(tài)下將路面結(jié)構層入滲水和毛細上升水快速排除，減輕入滲水和毛細上升水對路面結(jié)構損傷，同時防止水進一步入滲路基土體而降低路基土體強度，提高路面結(jié)構和路基土體承載性能，為路面結(jié)構水災害處置提供是高效、節(jié)能、環(huán)境友好、可持續(xù)的對策。策。策。
