一种适用于水汽迁移防治的路基结构的制作方法

本实用新型涉及一种适用于水汽迁移防治的路基结构。

背景技术：

锅盖效应是指不透水覆盖层下部的土体含水率显著增加的现象，锅盖效应常发生于我国西北寒旱地区的高填方机场中，也常发现于在公路路基、铁路路基及工民建场地中，并且气态水迁移是导致这一现象的主要原因。现有研究主要关注液态水迁移，然而在冻结作用下，气态水迁移也是不能忽略的，甚至占据主导作用。气态水迁移导致水分从地下水位持续向上迁移并集聚在冻结锋面，导致冻结区含水率显著增加，并进一步诱发冻胀融沉等工程病害，严重影响公路、铁路、工民建场地及机场的运营安全。此外，由于我国西北寒旱地区年平均降水量稀少，年平均蒸发量大，实际工程中常常仅简单设置液态水的防治措施，如：暗沟、渗沟或渗井等，尽管这些措施可以较为有效地疏排填方中的液态水，但是对阻滞气态水迁移无法起到有效的作用。

现有文献中，少许专利提出了锅盖效应的防治方法，但这些专利均是针对道基提出来的，并未考虑锅盖效应对边坡的影响。然而，对于在易发生锅盖效应地区的填挖道基，尤其是由于条件限制，不得不采用陡高多级边坡时，现有技术是无法对陡高边坡下土层含水率显著增加进行防治。一般来说，对于陡高多级边坡，地层岩性、地质构造、坡体结构、水文条件和风化程度等因素，对边坡的稳定性均能够产生不可忽视的影响。为保证该类型边坡的稳定性，坡面一般不能采用植被防护，需进行更为有效的处理措施，如铺设钢筋网、喷射混凝土等。这些处理措施导致在边坡坡面形成混凝土覆盖层，导致液态水、气态水无法通过覆盖层与大气之间自由交换。当地下水位埋深较大、且发生冻结作用时，锅盖效应也能发生。

现有技术未对这一情况进行考虑，仅对道基进行处理，并不能有效防治锅盖效应，公路路基、铁路路基、边坡及机场高填方等工程的安全运营仍然受到威胁。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种适用于水汽迁移防治的路基结构，其能对路基内的液态水和气态水进行有效阻滞，适用于公路路基、铁路路基、边坡及机场高填方等工程中。

解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种适用于水汽迁移防治的路基结构，包括路基本体，路基本体的一侧为向下倾斜延伸的填方边坡，另一侧为倾斜向上延伸的挖方边坡，在填方边坡和挖方边坡上均设有边坡排水系统和边坡支护结构，边坡支护结构包括覆盖在挖方边坡和填方边坡的坡面上的不透水的混凝土覆盖层，其特征在于：在路基本体的两边分别设有纵向延伸的路肩排水沟，在靠近挖方边坡的路肩排水沟的下方设有排水管道，排水管道通过多个竖向的渗水管道与其上方的路肩排水沟连通，在路基本体内预设深度处设有隔水层，隔水层的两侧部分别向下倾斜，隔水层的两侧边分别通过排水口连接排水管道和填方边坡上的边坡排水系统，沿隔水层向其两侧流动的液态水分别排向排水管道和填方边坡上的边坡排水系统中。

进一步的，在挖方边坡的混凝土覆盖层上设有多个贯穿混凝土覆盖层的边坡露孔，在每个边坡露孔处均设有防止外部液态水通过边坡露孔进入内部的遮挡结构。

进一步的，遮挡结构包括设在边坡露孔的上半边的向外凸出的弧形挡板和遮挡在边坡露孔正前方的透明遮板，透明遮板与边坡露孔的侧边之间留有用于向外排出气态水的间隙。

进一步的，在透明遮板上设有插脚，插脚插入边坡露孔处的土体中，从而将透明遮板固定。

进一步的，透明遮板为透明的聚乙烯板。

进一步的，隔水层包括两布一膜和铺设在两布一膜的上下两侧的中砂层。

进一步的，隔水层的两侧部向下倾斜的坡率为4％。

进一步的，在路基本体的靠近填方边坡的路肩中设有多个横向排水管，横向排水管连通靠近填方边坡的路肩排水沟和填方边坡上的边坡排水系统。

进一步的，在排水口处设有可防止内部土体流失的透水土工格栅。

进一步的，填方边坡上的边坡排水系统包括多条设置在填方边坡坡面上的向下延伸的填方边坡排水沟，挖方边坡上的边坡排水系统包括多条设置在挖方边坡坡面上的向下延伸的挖方边坡排水沟和设置在挖方边坡的坡顶的纵向延伸的截水沟。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型在路基本体内预设深度处设有隔水层，且隔水层的两侧部分别向下倾斜，当气态水移动至隔水层时，将在隔水层上冷凝成液态水，并向两侧排至填方边坡的边坡排水系统和排水管道中，能够有效地防治路基中产生的锅盖效应，从而防治由锅盖效应产生的冻融等工程病害。

2、本实用新型还在挖方边坡的混凝土覆盖层上设置边坡露孔，透过边坡露孔，挖方边坡内的土体能吸收阳光，使得土体中的水分有效蒸发，从而能有效防治挖方边坡位置产生的锅盖效应，及由锅盖效应产生的冻融等工程病害。

3、本实用新型实施流程清晰简单，施工过程容易操作，且所需材料易于获取，价格经济，不会增加额外负担。

4、本实用新型适用性广，不仅适用于寒旱区高填方工程，也适用于公路路基、铁路路基及工民建场地等工程，且通过对锅盖效应的防治大大提高了这些工程的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的挖方边坡的坡面的主视结构示意图；

图3是本实用新型的挖方边坡处的锚杆及边坡露孔的侧视结构示意图；

图4是本实用新型的边坡露孔的主视结构示意图；

图5是本实用新型的隔水层的结构示意图；

图6是本实用新型的填方边坡的坡面的主视结构示意图；

图7是本实用新型的靠近挖方边坡的路肩排水沟的俯视结构示意图。

图中附图标记含义：

1、路基本体；2、填方边坡；3、挖方边坡；3-1、第一级挖方边坡；4、排水口；5、排水管道；6、垫层；7、渗水管道；8、路肩排水沟；9、横向排水管；10、隔水层；10-1、中砂层；10-2、两布一膜；11、挖方边坡排水管；12、锚杆；12-1、锚头；12-2、自由段；12-3、锚固段；13、边坡露孔；13-1、弧形挡板；13-2、透明遮板；13-3、插脚；14、挖方边坡排水沟；15、透水土工格栅；16、过水篦子；17、填方边坡排水沟。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1至图7所示为本实施例的适用于水汽迁移防治的路基结构，其包括路基本体1，路基本体1的右侧为向下倾斜延伸的填方边坡2，左侧为倾斜向上延伸的挖方边坡3，本实施例的挖方边坡3包括有多级，其中最低层靠近路基本体1的为第一级挖方边坡3-1。在填方边坡2和挖方边坡3上均设有边坡排水系统和边坡支护结构。边坡支护结构包括覆盖在挖方边坡和填方边坡的坡面上的不透水的混凝土覆盖层和用于增加边坡稳定性的锚杆12。锚杆12的锚头12-1由混凝土制成，形状为正方形，固定在混凝土覆盖层表面，且该正方形为旋转45°，以利于水流沿坡面向下流动，锚杆12的锚固段12-3位于土体中，锚固段12-3与锚头12-1之间通过自由段12-2连接。

本实施例的填方边坡2上的边坡排水系统包括多条设置在填方边坡坡面上的向下延伸的填方边坡排水沟17，挖方边坡3上的边坡排水系统包括多条设置在挖方边坡3坡面上的向下延伸的挖方边坡排水沟14和设置在挖方边坡3的坡顶的纵向延伸的截水沟(截水沟为常规结构，图中并未示意出)。

在路基本体1的两边分别设有纵向延伸的路肩排水沟8，在靠近挖方边坡3的路肩排水沟8的下方设有排水管道5，排水管道5的底部铺设有垫层6。排水管道5通过多个竖向的渗水管道7与其上方的路肩排水沟8连通，多个渗水管道7沿纵向排布，在渗水管道7的上端口处盖设有过水篦子16。在路基本体1内预设深度处设有隔水层10，该预设深度为大于路基本体1所在地理位置的冻结深度。隔水层10的两侧部分别向下倾斜，隔水层10的两侧边分别通过排水口4连通排水管道5和填方边坡2上的边坡排水系统的填方边坡排水沟17。具体的，排水口4的里端为延伸至隔水层10的对应侧边，使得流动至隔水层10侧边的液态水能通过排水口4的里端流入排水口4，其中，排水管道5所在侧的排水口4的外端与排水管道5的顶部或中部连通，由于在使用过程中一般排水管道5中的液态水的水位不会很高，所以不用担心排水管道5中的液态水倒灌回路基本体1的土体内，其中，填方边坡2所在侧的排水口4的外端与填方边坡2上的填方边坡排水沟17连通。在使用过程中，移动至隔水层10的气态水，将在隔水层10上冷凝成液态水，沿隔水层10向其两侧流动的液态水分别通过排水口4排向排水管道5和填方边坡的边坡排水系统的填方边坡排水沟17中，从而能有效地防治路基1中产生的锅盖效应，当然，移动至隔水层10的液态水也会沿隔水层向其两侧通过排水口排向填方边坡的边坡排水系统和排水管道中。

为了同时能有效防治挖方边坡3位置产生的锅盖效应，在挖方边坡3的混凝土覆盖层上设有多个贯穿混凝土覆盖层的边坡露孔13，在每个边坡露孔13处均设有防止外部液态水通过边坡露孔进入内部的遮挡结构。如图2所示，不同高度的边坡露孔13相对应设在同一直线上，这样有利于边坡坡面的排水，当对应有锚杆的锚头12-1时，对应位置的边坡露孔13与对应位置的锚头12-1设在同一直线上。

其中，遮挡结构包括设在边坡露孔13的上半边的向外凸出的弧形挡板13-1和遮挡在边坡露孔13正前方的透明遮板13-2。弧形挡板13-1由混凝土制成，可以阻挡沿坡面向下流动的水流沿边坡露孔13进入挖方边坡的土体中。透明遮板13-2能防止大气降水沿边坡露孔13流入，还能使得挖方边坡3处的土体能较好地吸收阳光，将土体中的水分蒸发，透明遮板13-2与边坡露孔3的侧边之间留有间隙，蒸发形成的气态水通过间隙向外排出。

本实施例的透明遮板13-2为透明的聚乙烯板，在其一面设有四个插脚13-3，插脚13-3穿过边坡露孔13并插入边坡露孔处的土体中，从而将透明遮板13-2固定。

如图5所示，本实施例的隔水层10包括两布一膜10-2和铺设在两布一膜的上下两侧的中砂层10-1，中砂层10-1对两布一膜10-2还能起到保护作用，避免在碾压过程中被带有锋利棱角的石屑、石块或其他物体所破坏。

在路基本体1的靠近填方边坡2的路肩中设有多个横向排水管9，横向排水管9连通靠近填方边坡2的路肩排水沟8和填方边坡2上的边坡排水系统的填方边坡排水沟17，使得靠近填方边坡2的路肩排水沟8中的水流能通过横向排水管9向外侧排出至边坡排水系统。

在排水口4处均设有可防止内部土体流失的较密的透水土工格栅15，透水土工格栅15既能有效排出中砂层10-1内部的水分，也能有效防止中砂层10-1的中砂随水流流出，避免该位置内部土体被掏空。

本实施例在挖方边坡上还浅埋有挖方边坡排水管11，挖方边坡排水管11与排水管道5连接。

上述的路基结构的一种具体施工结构及过程如下：

工程施工前，在规划选定的位置，取土样通过室内或现场试验，测定该位置土的基本物理、力学和水力等参数，然后进行设计计算分析，确定该位置合理的边坡支护和开挖方案。然后，进行多级挖方边坡的挖方作业，清除挖方边坡的表层耕植土，并放置在该工程位置范围之外，同时将坡面下部性质较好的土体，放置到需要进行填方的位置。

多级的挖方边坡3进行开挖时，应当进行分级开挖。为消除开挖时土体卸荷作用所带来的影响，开挖宜从边坡顶部开始，并根据设计的边坡支护和开挖方案，采用边开挖边支护的原则进行作业。最顶级挖方边坡可采用植被或其他支护，仅需维护边坡坡面不被损坏即可，且在坡顶设置截水沟。其他各级挖方边坡也应按照设计方案进行作业，在各级挖方边坡之间可适当设置台阶。

在多挖方边坡3的设计与开挖方案中，第一级挖方边坡3-1应采用较强的边坡支护结构，以保证边坡的整体稳定性。这些边坡支护结构会导致在边坡坡面形成不透水的混凝土覆盖层，阻挡了水分在土体内部与大气之间的自由交换。同时边坡支护结构还应设置锚杆12，以增强边坡的稳定性，锚杆12的间距、材质和分布方式，以及锚固段12-3的长度应通过设计计算确定，锚杆的锚头12-1为混凝土，形状为正方形，且旋转45°，以利于水流沿坡面向下流动。其他各级挖方边坡的支护由设计方案确定。

在第一级挖方边坡3-1的坡面设置挖方边坡排水沟14，挖方边坡排水沟14用混凝土砌筑而成，挖方边坡排水沟14之间的间距根据气候、降水条件确定，且与其他各级边坡上的挖方边坡排水沟14相连通，挖方边坡排水沟14的底部与边坡坡脚的路肩排水沟8相连接。路肩排水沟8应设置过水篦子16，过水篦子16间距不宜过大，且在过水篦子16下部设置渗水管道7，与下部的排水管道5相连接，可有效将路基本体和边坡上的水流导入到下部的排水管道5中。坡脚下部的排水管道5底部铺设50cm厚的垫层6。

第一级挖方边坡3-1的坡面上设置边坡露孔13，边坡露孔13的直径不宜过大，宜为20cm，沿边坡露孔13的上半周设置高5cm的混凝土弧形挡板13-1，防止坡面水流沿边坡露孔渗入到混凝土覆盖层下边的土体内部。在边坡露孔13上部设置透明的聚乙烯板，并用聚乙烯板上插脚13-3插入并固定在边坡露孔内的土体中，防止大气降水沿边坡露孔流入，也能较好地吸收阳光使边坡露孔内部土体中的水分有效蒸发。边坡露孔布置方式与锚头相一致，在坡面处于同一直线上，有利于坡面排水，在无锚头的其他位置，平行设置边坡露孔，间距为3m。

清除路基本体1位置表面的耕植土或杂填土，清除该位置性质不好的土，并根据相关规范，将路基本体1厚度范围内换填为性质较好的土。将换填土分层碾压并达到规范要求的压实度要求。锅盖效应的相关研究表明，当温度低于土体的冻结温度时，路基本体上部的不透水覆盖层下面土体中的含水率会显著增加，冻结区的气态水通量也不能忽视，且与液态水通量数量级一样；冻结锋面处的含水率也会较大增加，但增加幅度小于不透水覆盖层下部土层。研究成果也表明：冻结条件下，来自地下水位出的水汽迁移是导致锅盖效应的主要原因。

根据该地区多年冻结深度的统计资料，得到该位置的大致冻结深度。当对路基本体1换填土进行碾压至该位置冻结深度以下时，铺设两布一膜10-2，两布一膜10-2的位置距冻结深度不应小于50cm。在两布一膜10-2的上下两侧，均铺设10cm厚的中砂层10-1。两布一膜10-2及其两侧的中砂层10-1的两侧部倾斜的坡率均为4％，以有利于水分排出。两布一膜10-2能够有效地阻滞水分继续向上迁移，且气态水由地下水位向上迁移至两布一膜10-2时，在该位置冷凝成液态水，并通过土工布和下侧的中砂层向路基本体的两侧排出，向左排至第一级挖方边坡坡脚底部的排水管道5中，向右排至填方边坡排水沟中。上下两侧的中砂层10-1对两布一膜还能起到保护作用，避免在碾压过程中两布一膜被带有锋利棱角的石屑、石块或其他物体所破坏。

路基本体1的基床铺设完成后，浇筑混凝土路面，并在路基本体1的路肩处设置纵向的路肩排水沟8。在路肩排水沟8纵向方向上，每隔10m设置横向排水管9。在填方边坡2的坡面上设置浆砌片石筑成的填方边坡排水沟17，填方边坡排水沟17的顶部与路肩的横向排水管9相连接，填方边坡排水沟17的末端与附近河流或其他排水渠道相连接。路基本体1的表面的水可及时汇入路肩排水沟8，并通过横向排水管9，沿填方边坡排水沟17向下流出直至附近河流或其他排水渠道。

路基本体1内的两布一膜10-2及两布一膜两侧的中砂层10-1的右边通过排水口4与填方边坡上的填方边坡排水沟17相连接，排水口4直径10cm，且用较密的透水土工格栅15封口，透水土工格栅15既能有效排出中砂层10-1内部的水分，也能有效防止中砂随水流流出，避免该位置内部土体掏空。

两布一膜10-2及其两侧的中砂层10-1、多级挖方边坡坡面的挖方边坡排水沟14及顶部的截水沟、第一级挖方边坡3-1坡脚底部的路肩排水沟8和排水管道5、路基本体1右侧的路肩排水沟8、填方边坡2坡面的填方边坡排水沟17，共同组成了存在陡高边坡时的路基的锅盖效应防治结构，不仅能够有效地防止液态水流入路基内，也能有效阻滞气态水向上迁移至冻结深度范围内，此外还能够有效排出陡高边坡混凝土覆盖层下面的液态水、及迁移在此处并集聚的气态水。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本实用新型，而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

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