复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水技术及其施工工艺
1.本发明涉及复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水技术及其施工工艺。
背景技术：
2.路面结构层积水的来源主要有两类：第一类为毛细上升水，如地下水埋深大时，因毛细上升作用入渗到路面结构层，当基层细粒含量超过4％，容易因毛细上升作用而使路面结构层含水量增大；二是入渗水，降雨通过路面裂缝、路肩入渗路面结构层，容易使路面结构层含水量增大。路面结构层含水量增大，使路面结构层模量和强度降低，增大在交通循环荷载作用下路面结构变形。同时，水进一步入渗路基土体可能降低路基土体强度，路面结构层积水和路基土体遇水软化是道路工程水灾害导致性能劣化的主要原因，道路工程水灾害导致性能劣化包括但不仅限于车辙、坑洼、即泥、膨胀土路基边缘裂缝和寒冷地区冻胀影响。
3.目前路面结构水灾害处置技术主要分为三类：边沟排水、级配碎石层排水和土工合成材料排水。边沟排水用于收集和排除路面结构入渗水，但应用局限于细颗粒含量少的基层材料。级配碎石层能顺利排除入渗水，但制造大量级配碎石材料并不是环境友好和可持续的途径，且造价比普通基层材料高。土工合成排水材料常用于阻止地下水毛细上升至基层，但易在路面结构层和土工织物之间形成毛细阻滞效应，导致上覆路面结构层积水，提高路面结构层含水量，降低路面结构层模量和强度。此外，目前路面结构排水设计基于饱和土体，没有考虑非饱和条件，而路面结构在运营期间常处于非饱和状态，传统路面结构排水仅能排除饱和条件下的重力水，无法排除非饱和条件下毛细水。stormont提出设置玻璃纤维土工布传导层，将入渗水在非饱和条件下排除，但玻璃纤维土工布造价高，难于在工程实践中应用推广。这几年，新型芯吸土工织物(wicking geotextile)在美国开始得到应用，可用于排除非饱和状态下的路面结构积水，但新型芯吸土工织物作为创新材料，国内无法生产。
4.综上所述，迄今为止没有一种措施能很好解决道路工程水灾害，仍需要技术创新，提出更为高效、节能、环境友好、可持续的道路工程水灾害处置对策，特别是非饱和条件下及时将路面结构层入渗水和毛细上升水排除，减轻入渗水和毛细上升水对路面结构层的性能劣化，同时防止水进一步入渗路基土体而降低路基土体强度，提高路面结构和路基土体承载性能。
技术实现要素：
5.目前路面结构传统排水难于解决非饱和条件下路面结构积水问题，消除路面结构积水引发的路面结构水灾害，仍需要研究有效、节能、环境友好和可持续的排水方法，以应对气候变化条件下的路面结构水灾害问题。
6.土工织物常用于路面排水，常规土工合成材料排水仅在上覆土体饱和条件下排水，然而路面结构层大部分处于非饱和状态，无法在非饱和状态下将路面结构层入渗水及
时排除。
7.国外学者研发了以玻璃纤维土工布为传导层的gcbd、采用灯芯纤维的 h2ri型土工织物作为水平增强型排水，用于路面结构排水，室内模型实验、数值分析和现场试验研究表明，能实现在非饱和状态下将路面结构层积水及时排除，提高基层模量和强度，减小不均匀沉降，提高交通基础设施长期性能。但材料造价高、施工要求高，难于推广应用。
8.基于非饱和渗流理论，研发出适用适用于南方高地下水位路面结构排水的复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水新技术，复合土工材料由聚丙烯纤维无纺布和排水网组成，从上而下依次为碎石垫层、水力传导层、土工排水层和隔离层。设置碎石垫层的路面结构层含水量和孔隙水压力分布见图1，图1表明，设置碎石垫层消除毛细阻滞效应，减小因毛细阻滞效应而蓄积在路面结构层的积水，将路面结构层积水及时排除，降低路面结构层含水量和孔隙水压力，减轻入渗水对路面结构损伤。同时避免进一步入渗路基土体，提高路基土体承载性能。经科学研究和技术应用总结，形成了一套系统的复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水新技术及其施工工艺，工程应用实践表明，该技术能高效处理南方高地下水位道路工程水灾害问题，具有显著的经济效益和社会效益。
9.路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水旨在通过碎石垫层消除毛细阻滞效应，实现在非饱和条件下将路面结构层积水及时排除，确保路面结构性能。路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水剖面见图2，复合土工材料
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碎石垫层水平向增强排水从上而下依次为碎石垫层、水力传导层、土工排水层和隔离层，一般设置在路基与基层之间，可取消或者部分取消原先设计的级配碎石层，碎石垫层厚度10cm，粒径不大于10mm，级配良好，密实度不小于0.80。复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水也可以设置在面层和基层之间，取代常用的倒装结构层，设置方式见图3。路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水平面布置见图4，沿道路纵向土工排水层可全断面布置，也可条带状布置，间距可取10m。
10.路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水使用的复合土工材料剖面见图5，排水网材料性能指标应符合表1要求，路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水使用的土工布性能指标应符合表2要求。路面结构复合土工材料
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碎石垫层水平向增强排水使用的碎石垫层厚度10cm，粒径不大于10mm，级配良好，密实度不小于0.80。
11.表1复合土工合成材料排水网性能
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表2包裹土工布材料性能
[0014][0015]
附图说明
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图1为本发明的机理图——设置碎石垫层路面结构层含水量和孔隙水压力分布图。
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图2为本发明实施的路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水布置剖面图。
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图3为本发明实施的路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水布置方式
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图4为本发明实施的路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水布置平面图。
[0020]
图5为本发明实施的复合土工材料剖面。
[0021]
图6为本发明施工工艺流程。
具体实施方式
[0022]
路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水新技术施工顺序包括：平整路基土体、铺设土工膜、铺设复合土工材料、铺设碎石垫层和设置纵向排水及集水井等。施工工艺流程见图6。
[0023]
施工前，应核实场地工程水文地质条件，施工过程中，如发现现场实际与原工程勘察报告有差异，应及时反馈设计单位，及时调整设计方案。
[0024]
施工前准备阶段，应根据设计要求完成进场主要工程材料检验，使用的工程材料应符合设计及相关标准规定，并按进场批次，随机抽检。
[0025]
复合土工材料施工：复合土工材料宽100mm，厚度40mm，单层布置。用土工布包裹，土工布搭接长度不小于5cm。主排水板采用套管接头连接，套管接头采用pvc材料，接头部分应用土工布缠绕防止异物进入。
[0026]
复合土工排水与集水井连接，套管接头采用pvc材料，接头部分应用土工布缠绕防止异物进入。
[0027]
路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水新技术施工过程中，应做好施工记录，对下列部位应有详细文字记录和必要的影像资料，如：铺设区域、复合土工材料布设与连接、复合土工材料与集水井连接、碎石垫层施工等，记录表见表3。
[0028]
表3路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水施工记录
[0029][0030]
路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水做好隐蔽工程施工质量验收，做好记录。
[0031]
工程应用实例
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福建省晋江市370县道(快速通道东石连接线)工程a2标段于2018年5月 25日开工建设，建设工期30个月。项目沿线地质结构多为粉质粘土，部分段落实临近水塘、水库区域，其中受地下水影响较大的路基施工段约1.5km。施工期间，路基土质长年含水率较高，经浅挖换填处理后，仍为橡皮土，如进行大规模换填成本较高。经与设计、业主、高校等多方研究，通过引进路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水，经处理后的路基，在路床位置形成上导下排的高效排水体，整体路基压实度和回弹模量得到了显著提升，并能满足设计要求。
[0033]
1.施工准备
[0034]
设计所需资料：场地工程地质和水文地质条件、降雨条件路面结构布置等，重点通过水文地质勘察查明地下水埋藏情况、类型和水位变化幅度及规律，确定渗流分析的有关技术参数。
[0035]
施工前，应核实场地工程水文地质条件，施工过程中，如发现现场实际与原工程勘察报告有差异，应及时反馈设计单位，及时调整设计方案。
[0036]
施工前准备阶段，应根据设计要求完成进场主要工程材料检验，使用的工程材料应符合设计及相关标准规定，并按进场批次，随机抽检。
[0037]
根据测量控制点的坐标和高程，布置现场的测量控制点，并设永久性测量控制点。地面上按业主、设计院提供的控制点定位放线，包括路面结构中桩、边桩等。
[0038]
2.路基土体平整
[0039]
根据测量点位及高程，将路基土体开挖或回填至设计路床标高，并进行平整。
[0040]
3.铺设土工膜
[0041]
路基土体平整好后，清理可能刺破土工膜的碎石等杂质，铺设一层5cm砂垫层，土工膜作用有两个：一方面是防止地下水上升侵蚀破坏路面结构层，另一方面是防止路面雨水下渗浸泡路基土层造成路基土体软化。铺设时，砂垫层应压平，加强支持层的支持效果。先将膜材放入路床槽内，一端与垂直道路轴线，从下向上展开膜，逐幅粘结。
[0042]
4.复合土工材料铺设
[0043]
土工膜铺设完成，按设计要求间距铺设复合土工网，复合土工网主要起排水作用。复合土工材料之间采用相应规格的直通、三通、四通进行连接，并与纵向排水管相连接，连接部位应包裹土工布并用胶带粘紧，纵向排水管与集水井或最近的雨水口连接。套管接头采用pvc材料，接头部分应用土工布缠绕防止异物进入。
[0044]
5.铺设土工布和碎石垫层
[0045]
复合土工材料铺设完后，先铺设一层土工布，然后再铺设碎石垫层，厚度 10cm，粒径不大于10mm，级配良好，密实度不小于0.80。碎石垫层作用在于消除毛细阻滞现象，土工布作用在于保护土工膜，同时增强横向约束作用。
[0046]
6.路面结构层施工
[0047]
上部的集束排水管安装完成后，进行土工布铺设，土工布铺设应平顺、搭接长度满足施工要求，铺设完成后即可进行路面结构层施工。
[0048]
晋江市370县道(快速通道东石连接线)工程a2标段项目工程应用表明，原设计采用的400mm*400mm管式盲沟(双壁打孔波纹管，300g/m2无纺土工布)每平米造价87.5元，如若进行换填路基处理，换填深度至少需1m以上计算，换填所需造价每平方造价85元；采用路面结构复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水每平米造价仅为45元，施工成本平均成本降低了40元/平方米，经济效益显著。同时施工速度快，对其它施工工序影响小。
技术特征：
1.一种复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水技术及其施工工艺，其特征在于：复合土工材料由聚丙烯纤维无纺布(303)和排水网(305)组成，复合土工材料上部铺设土工布(302)和碎石(301)，下部铺设土工膜(306)；路面结构自上而下分为沥青层(1)、基层(2)、复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水系统(3)和路基(4)；排水系统能将水分水平向运输至集水井或最近的雨水口(5)；碎石垫层能消除毛细阻滞效应，实现在非饱和状态下将路面结构层入渗水和毛细上升水快速排除，减轻入渗水和毛细上升水对路面结构损伤，设置不透水的土工膜同时也能防止水进一步入渗路基土体而降低路基土体强度，提高路面结构和路基土体承载性能。2.一种复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水技术及其施工工艺，其特征在于，包括如权利要求1所述的复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水技术，其施工工艺：1)施工准备，进场材料检验；2)路基土体平整，铺设5cm细砂垫层；3)铺设土工膜；4)铺设复合土工材料；5)铺设土工布和碎石垫层；6)路面结构层施工。
技术总结
本发明涉及一种复合土工材料-碎石垫层水平向增强排水技术及其施工工艺，适用于南方高地下水位路面结构排水，复合土工材料由聚丙烯纤维无纺布和排水网组成，从上而下依次为碎石垫层、水力传导层、土工排水层和隔离层，碎石垫层消除毛细阻滞效应，实现在非饱和状态下将路面结构层入渗水和毛细上升水快速排除，减轻入渗水和毛细上升水对路面结构损伤，同时防止水进一步入渗路基土体而降低路基土体强度，提高路面结构和路基土体承载性能，为路面结构水灾害处置提供是高效、节能、环境友好、可持续的对策。策。策。
