预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构及其施工方法

1.本发明属于公路防治技术领域，涉及一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构及其施工方法。


背景技术：

2.据调查了解，我国南方地区分布大量预崩解软岩，软岩是一种力学强度低，遇水容易软化，并且在外荷载作用下易于产生压缩变形，具有一定的膨胀性、崩解性及湿化变形特性的岩石。
3.我国修建的山区公路，特别是大填方量道路，为降低路基填筑材料的运输成本、减轻对道路周围环境的破坏，大多以就地取材、挖方区土体作为主要的路基填筑材料。然而，据调查我国现已修建的大多山区公路均利用易风化和湿化的软岩作为路基填筑材料。
4.在多年反复交通荷载和自然环境条件下，这些公路路基大多因受动力荷载和湿化的影响，会出现路基不均匀沉降的严重公路病害问题。形成主要的原因和表现为：1.软岩因其大多为级配不良的土体，浸入水后软岩会发生呈现崩解现象，大颗粒土体变为小颗粒，改变泥岩原本的内部结构体系，软岩土体中的孔隙被崩解物所充填，孔隙体积减少，小孔径孔隙所占的比例增加，泥岩发生沉降。
5.2.软岩路堤受湿化和动力荷载的影响下，会发生较大的沉降，产生的沉降则主要发生在中上部，呈现往中部收缩的趋势，从而导致公路产生多种病害问题，影响公路的耐久性。
6.我国目前对公路软岩路堤湿化沉降问题的主要解决措施为路面垂直钻孔注浆，将路面进行抬升，同时通过减少外界水分渗入路基土体，防治路基不均匀沉降。软岩路堤沉降会导致路面呈波浪形、开裂，公路耐久性降低，影响驾驶者的舒适感，目前的改良措施也会致使公路投入使用后的维修成本和工程量增加，使得软岩填料在公路工程中应用受到限制。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明提供一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构，防治路基不均匀沉降变形，精准抬升沉降位置，同时提高了软岩填料路堤的整体稳定性，施工简单快速，降低了工程施工维护成本，解决了现有技术中存在的问题。
8.本发明所采用的技术方案是，一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构，包括单一级配碎石层，铺设于路基底部；以及软岩填料层，分层铺设于单一级配碎石层上方，路基工作区以下的某一层的软岩填料层内铺设有抬升层；以及黏土层，铺设于最上层的软岩填料层顶部，至路面标高；其中，所述抬升层，包括多条第二纵向预留浇注管凹槽和横向预留浇注管凹槽，横向预留浇注管凹槽与第二纵向预留浇注管凹槽垂直且彼此贯通，横向预留浇注管凹槽与第
二纵向预留浇注管凹槽内均埋设有浇注管，抬升层内所有浇注管包裹于双层土工膜内。
9.进一步的，每层所述软岩填料层距离路堤侧边130~150cm处均开挖有第一纵向预留浇注管凹槽，第一纵向预留浇注管凹槽埋设有浇注管。
10.进一步的，所述浇注管内能够通入浇注软管，浇注软管的端部周向均匀安装有多个滑轮组件，每个所述滑轮组件包括连接件，连接件为一侧开口的空腔结构，连接件的一端与浇注软管固定连接；以及安装座，安装座一端伸入连接件的空腔内且与连接件的开口滑动连接，安装座与连接件之间安装有弹簧；以及滑轮，滑轮安装于安装座伸出连接件的一端。
11.进一步的，所述浇注软管上安装有气囊，气囊连接有充气软管。
12.进一步的，所述浇注管管表面均匀开通圆孔，浇注管与对应的凹槽间填筑碎石填料。
13.进一步的，所述浇注软管的外部包裹设有不锈钢编织层。
14.进一步的，所述第二纵向预留浇注管凹槽的间距4~6m，横向预留浇注管凹槽的间距20m-25m。
15.进一步的，一段所述路堤内设有多个独立的双层土工膜，每个独立的双层土工膜的占地面积为100m2-150m2。
16.进一步的，所述双层土工膜的底部和顶部均铺设有平整的土层。
17.一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构的施工方法，具体按照以下步骤进行：s1：在路基最底部铺设单一级配碎石层；s2：在单一级配碎石层上直接分层填筑软岩填料，形成软岩填料层，路基工作区以下的某一层软岩填料层内间隔开挖多条第二纵向预留浇注管凹槽和横向预留浇注管凹槽；s3：将单层的土工膜铺设在第二纵向预留浇注管凹槽和横向预留浇注管凹槽表面，在横向预留浇注管凹槽与第二纵向预留浇注管凹槽内均埋设浇注管，再将土工膜反包过来将浇注管包裹，最后将土工膜四周密封，形成双层土工膜；s4：最上层的软岩填料层顶部填筑黏土层，至路面标高；s5：重复步骤s1
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s4，当修筑一段的路堤后，在路堤两侧预留浇注入口，浇注入口与浇注管连通；s6：施工完成后，如果发生局部沉降，测量沉降产生处位置与浇注入口之间的距离，控制浇注软管的伸入长度，将砂浆注入双层土工膜内，对路面沉降位置进行精确抬升。
18.本发明的有益效果是：本发明通过滑轮组件导行、软管注浆、气囊止浆的方式，配合预埋的浇筑管实现了精确定位注浆，通过抬升层有效抬升路堤，同时节约浆液，提高了软岩填料路堤结构的整体稳定与局部稳定，防治软岩路堤的不均匀沉降，保障路堤结构长期稳定；减少了因路堤沉降变形导致路面开裂以及波浪形路面的形成，提高了驾驶者的舒适性。同时，本发明不需要对已产生沉降的路堤进行开挖换填处理，节约工期、人力和物力。
19.本发明通过在第一纵向预留浇注管凹槽中埋设的浇注管内注浆，能够防止外界水分渗入，降低沉降变形，结合抬升层的结构解决了以软岩作为填筑材料的路堤在使用过程中因湿化、动力荷载而导致的路面沉降变形的病害问题；从而能够充分利用现场挖方区爆
破开挖产生的软岩填料类碎石土作为路堤填料，提高软岩的利用率，在路基施工遇到软岩边坡地区需要开挖时，将开挖的软岩搭配本发明实施例的路堤结构进行路堤填筑，不需要将软岩运走，降低了施工成本，节约工期，可广泛应用于软岩填料分布较多的南方山区的软岩填料路基填筑。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明实施例中注浆防渗抬升结构的立面图。
22.图2是本发明实施例中注浆防渗抬升结构的俯视图。
23.图3是本发明实施例中浇注软管的结构示意图。
24.图4是本发明实施例中浇注软管与滑轮组件的装配图。
25.图中，1.黏土层，2.第一纵向预留浇注管凹槽，3.软岩填料层，4.双层土工膜，5.横向预留浇注管凹槽，6.浇注管，7.单一级配碎石层，8.第二纵向预留浇注管凹槽，9.抬升层，10.浇注软管，101.不锈钢编织层，102.软管，11.气囊，12.软管端部，13.滑轮组件，13-1.连接件，13-2.安装座，13-3.滑轮，13-4.弹簧，14.圆孔。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1，一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构，如图1-2所示，包括：单一级配碎石层7，铺设于路基底部，单一级配碎石层7的厚度为50cm-100cm，作为路床，承受上部荷载，同时防止底部地下水上涌浸入软岩填料层3，导致发生湿化变形，引起路面的不均匀沉降。
28.软岩填料层3，分层铺设于单一级配碎石层7上方，软岩填料层3的每层厚度为40~60cm，每层软岩填料层3距离路堤边130~150cm处均开挖有第一纵向预留浇注管凹槽2，第一纵向预留浇注管凹槽2宽30~50cm、高30~50cm。路基工作区以下的某一层的软岩填料层3内铺设有抬升层9；抬升层9，包括多条第二纵向预留浇注管凹槽8和横向预留浇注管凹槽5，横向预留浇注管凹槽5与第二纵向预留浇注管凹槽8垂直且彼此贯通，第二纵向预留浇注管凹槽8与第一纵向预留浇注管凹槽2平行；第二纵向预留浇注管凹槽8的间距4~6m，横向预留浇注管凹槽5的间距20m~25m。横向预留浇注管凹槽5与第二纵向预留浇注管凹槽8内均埋设有浇注管6。浇注管6的直径为15~25cm，在一些实施例中采用pvc圆管；浇注管6管表面均匀开通直径为8cm的圆孔14，浇注管6与凹槽间填筑碎石填料；抬升层9内所有浇注管6包裹于双层土工膜4内。
29.黏土层1，铺设于最上层的软岩填料层3顶部，至路面标高。黏土层1为级配良好黏土层，级配良好指土粒级配不均匀系数大于5，级配曲线连续（曲率系数在1~3间）。
30.如图3-4所示，浇注管6内能够通入浇注软管10，浇注软管10的软管端部12周向均匀安装有多个滑轮组件13，每个滑轮组件13包括连接件13-1、安装座13-2和滑轮13-3，连接件13-1为一侧开口的空腔结构，连接件13-1的一端与浇注软管10固定连接，安装座13-2一端伸入连接件13-1的空腔内且与连接件13-1的开口滑动连接，安装座13-2与连接件13-1之间安装有弹簧13-4；滑轮13-3安装于安装座13-2伸出连接件13-1的一端。滑轮组件13用于方便引导浇注软管10滑动至预留浇注管凹槽最深处，从而方便浇注软管10从内向外逐渐灌注水泥砂浆，提高注浆抬升精度。注浆管6会出现弯曲的情况，如果不设置弹簧13-4，浇注软管10在移动时会产生卡顿。
31.浇注软管10的端部设有圆环状的软管端部12，浇注软管10与软管端部12通过卡扣水平固定连接，用于固定滑轮组件13，方便浇注软管10的移动。
32.浇注软管10上安装有橡胶材质的气囊11，气囊11连接有直径2cm的充气软管，用于为气囊11的充气；浇注软管10外径为5.5cm，内径为5cm，浇注软管10包括软管102，软管102的外部包裹有不锈钢编织层101，有一定刚性，同时可发生一定角度的弯曲，便于对滑轮13-3进行推动或者拉动，浇注软管10内部材料为pvc软管；气囊11与滑轮组件13之间的距离5~10cm，超出这个范围易导致气囊11和滑轮组件13之间的浆液过多，影响滑轮13-3的滑动。
33.实施例2，一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构的施工方法，具体按照以下步骤进行：s1：在路基最底部铺设单一级配碎石层7；s2：采用直接填筑法，在单一级配碎石层7上直接分层填筑软岩填料并进行夯实，形成软岩填料层3，夯实后的软岩填料层3的每层厚度为50cm。软岩填料土层3作为路基的主要承重结构，承受上部荷载及路面的车辆荷载等。考虑受降雨等气候因素的影响，其路堤边坡湿化变形较大的问题，可将软岩填料土层3厚度进行适当的减小，并在路堤边坡处采用适当的措施进行路堤边坡加固。在各软岩填料土层3两侧开挖宽第一纵向预留浇注管凹槽2，在第一纵向预留浇注管凹槽2内埋设浇注管6；在中间某一层软岩填料层3内间隔开挖多条第二纵向预留浇注管凹槽8和横向预留浇注管凹槽5。
34.在第一纵向预留浇注管凹槽2中的浇注管6内灌浆，作用为减少外界水渗入路基结构，降低路基的承载能力，若不进行注浆，雨水渗入土体会影响该层的使用性能，影响注浆效果。
35.s3：将单层的土工膜铺设在第二纵向预留浇注管凹槽8和横向预留浇注管凹槽5表面，在横向预留浇注管凹槽5与第二纵向预留浇注管凹槽8内均埋设浇注管6，再将土工膜反包过来将浇注管6 包裹，最后将土工膜四周密封，形成双层土工膜4。
36.s4：最上层的软岩填料层3顶部填筑黏土层1，至路面标高；实施例中黏土层1厚50cm。
37.s5：重复步骤s1-s4，沿道路纵向每100m作为单独一个施工段，提高了注浆效率，且可以多路段同时施工。修筑纵向长度100m的路堤后，在路堤两侧预留浇注入口。
38.s6：施工完成后，如果未发生局部沉降，抬升层9内的浇注管6均不注浆。如果发生局部沉降，测量沉降产生处位置与浇筑入口之间的距离，控制浇注软管10的伸入长度，浇注
软管10外管由不锈钢编织而成，具有一定的纵向刚度，在管道内移动时不会发生弯折，伸进去多少米就会向前移动多少米；将砂浆注入双层土工膜4内，对路面沉降位置进行精确抬升。
39.首先对抬升层9的横向预留浇注管凹槽5进行浇灌水泥砂浆，然后再向抬升层9的纵向预留浇注管凹槽8进行灌注水泥砂浆，水泥砂浆填筑在双层土工膜4之间，将双层土工膜4和抬升层9拱起，使横向凹槽和纵向凹槽之间的区域能够得均匀抬升。
40.在100m的施工段内，可以一次性完成抬升作业，完成该100m施工段内的浇注工作，再完成下一段100m施工段的砂浆浇注工程；或对施工段内的某个沉降处完成精确抬升，通过测量仪器精确抬升一定高度。比如在100m的施工段内存在10m范围的沉降，从路堤两侧预留的浇筑入口中将浇注软管10伸入第二纵向预留浇注管凹槽8内部，控制浇注软管10的伸入长度，从浇注入口通过滑轮组件13引导浇注软管10滑动至第一纵向预留浇注管凹槽2、横向预留浇注管凹槽5或第二纵向预留浇注管凹槽8最内部，气囊11位于滑轮组件13后端，气囊11用于在浇注管6中大量浇注水泥砂浆，使得水泥砂浆填满浇注软管10前端空间以及软岩填料之间的孔隙，避免了水泥砂浆向浇注软管10的后端流动，在浇筑中滑轮组件13缓慢向外移动，从内向外逐渐灌注水泥砂浆直至填满对应凹槽以及凹槽周围软岩填料之间的孔隙，提高了浇筑效果，使得对应位置独立的双层土工膜4内注入足够水泥砂浆，进而对沉降位置进行精确抬升。抬升路堤的同时形成隔水带防止外界雨水渗入路基内部的软岩填料层3，从而防止其发生湿化变形。
41.在一些实施例中，第二纵向预留浇注管凹槽8的间距4~6m横向预留浇注管凹槽5的间距20m-25m；保证在从内往外浇注水泥砂浆时，每25m的路段内路面能够得到有效的抬升，保证在从内往外浇注水泥砂浆时，便于水泥砂浆能够有效地浇注在抬升层内部。保证从内往外向抬升层的第二纵向预留浇注管凹槽8中浇注水泥砂浆时，每25m的路段内路面能够得到有效的抬升。该距离范围内的注浆管既不会影响到路基的承载性能，又可以达到良好的注浆抬升效果，小于该范围内的间距，会降低路基的承载性能，会导致预埋管道会被压碎。距离超过该范围会导致抬升所需注浆量过大，抬升效果不明显。
42.抬升层9的抬升需要依靠双层土工膜4围压和浆压，双层土工膜4的围压承受范围是2mpa以下；沉降处抬升的最小单元是为独立的双层土工膜4，每个独立的双层土工膜4的占地面积为100m2-150m2，路堤宽度为4-6m，保证每25米路段内能得到有效抬升，兼顾了抬升精度和抬升效率。浇注砂浆抬升前量测每10米一段的路面标高与设计标高的高度差，对于每一段的路面明显（肉眼可见）的沉降处进行额外的测量。对路基进行灌浆抬升一定时长之后，通过水准仪对路面抬升量进行测量，保证路面标高达到设计标高。当浆液进入双层土工膜4后，会在上覆土层的压力作用下逐渐充满整个双层土工膜4的内部，在注浆压力的作用下浆液会向压力薄弱面流动，使得双层土工膜4向四周延展（此时双层土工膜4提供的围压小于上覆土压力，当土工膜延展到极限时，土工膜双层土工膜4的围压大于上覆土压力，此时浆液会在双层土工膜4围压的作用下将双层土工膜4的上层向上顶起，达到路面抬升的作用。如果增大注浆压力，浆液会在双层土工膜4围压和浆压的共同作用下将双层土工膜4的上层向上顶起，抬升路面；路面具体抬升量由浆压控制，当抬升量小于目标抬升量时，继续增大注浆压力，当抬升量达到要求时停止注浆，使路基停止抬升，待浆液凝固后即可正常使用。
43.软岩填料满足路基填料强度要求的条件下，软岩填筑路堤时视为土石混填路堤填料，填料可用于路床、路堤部位填筑。软岩填料位于路堤中部、底部，顶部均通过黏土填料进行填筑。注浆时，使得水泥砂浆填满浇注软管10前端空间以及软岩填料之间的孔隙。
44.在实际应用中，抬升层9选择路基工作区以下的软岩填料层3，路基工作区以下部分的填料层只收到土体自重的影响，由路面动荷载产生的影响较小，填料层颗粒骨架不易发生破坏、整体稳定性好。路基工作区深度由公式确定，k为系数，取k=0.5；p为一侧轮重荷载（kn）；n为系数，取n=5和10；γ为土的重度（kn/m3）；za为路基工作区深度（m）。
45.由于软岩填料的平整性欠佳，本发明实施例通过在双层土工膜4的底部和顶部均铺设有平整的土层，可采用黏土或软岩填料之外的其他合格路基填料，防止软岩填料刺伤双层土工膜4；并在步骤s2中，于顶部软岩填料层灌注复合土工防渗材料，防止外界水分对路基土体的入渗影响。一方面减少外界水分在重力作用下的渗流通道，另一方面切断地下水的上升途径，保证路基湿度状态。本发明实施例整个处理过程中，现场挖方区爆破开挖产生的软岩填料、类碎石土可作为路堤填料充分利用，提高了软岩填料路堤结构的整体稳定与局部稳定，减少公路沉降变形现象的发生，保障路堤结构长期稳定，同时节约工程造价，减少工人的劳动量，大大减轻公路防治沉降而消耗的人力物力财力。
46.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构，其特征在于，包括单一级配碎石层（7），铺设于路基底部；以及软岩填料层（3），分层铺设于单一级配碎石层（7）上方，路基工作区以下的某一层的软岩填料层（3）内铺设有抬升层（9）；以及黏土层（1），铺设于最上层的软岩填料层（3）顶部，至路面标高；其中，所述抬升层（9），包括多条第二纵向预留浇注管凹槽（8）和横向预留浇注管凹槽（5），横向预留浇注管凹槽（5）与第二纵向预留浇注管凹槽（8）垂直且彼此贯通，横向预留浇注管凹槽（5）与第二纵向预留浇注管凹槽（8）内均埋设有浇注管（6），抬升层（9）内所有浇注管（6）包裹于双层土工膜（4）内。2.根据权利要求1所述一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构，其特征在于，每层所述软岩填料层（3）距离路堤侧边130~150cm处均开挖有第一纵向预留浇注管凹槽（2），第一纵向预留浇注管凹槽（2）埋设有浇注管（6）。3.根据权利要求1或2所述一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构，其特征在于，所述浇注管（6）内能够通入浇注软管（10），浇注软管（10）的端部周向均匀安装有多个滑轮组件（13），每个所述滑轮组件（13）包括连接件（13-1），连接件（13-1）为一侧开口的空腔结构，连接件（13-1）的一端与浇注软管（10）固定连接；以及安装座（13-2），安装座（13-2）一端伸入连接件（13-1）的空腔内且与连接件（13-1）的开口滑动连接，安装座（13-2）与连接件（13-1）之间安装有弹簧（13-4）；以及滑轮（13-3），滑轮（13-3）安装于安装座（13-2）伸出连接件（13-1）的一端。4.根据权利要求3所述一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构，其特征在于，所述浇注软管（10）上安装有气囊（11），气囊（11）连接有充气软管。5.根据权利要求1所述一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构，其特征在于，所述浇注管（6）管表面均匀开通圆孔（14），浇注管（6）与对应的凹槽间填筑碎石填料。6.根据权利要求1所述一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构，其特征在于，所述浇注软管（10）的外部包裹设有不锈钢编织层。7.根据权利要求1所述一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构，其特征在于，所述第二纵向预留浇注管凹槽（8）的间距4~6m，横向预留浇注管凹槽（5）的间距20m-25m。8.根据权利要求1所述一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构，其特征在于，一段所述路堤内设有多个独立的双层土工膜（4），每个独立的双层土工膜（4）的占地面积为100m
2-150m2。9.根据权利要求1所述一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构，其特征在于，所述双层土工膜（4）的底部和顶部均铺设有平整的土层。10.一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构的施工方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：s1：在路基最底部铺设单一级配碎石层（7）；s2：在单一级配碎石层（7）上直接分层填筑软岩填料，形成软岩填料层（3），路基工作区以下的某一层软岩填料层（3）内间隔开挖多条第二纵向预留浇注管凹槽（8）和横向预留浇注管凹槽（5）；
s3：将单层的土工膜铺设在第二纵向预留浇注管凹槽（8）和横向预留浇注管凹槽（5）表面，在横向预留浇注管凹槽（5）与第二纵向预留浇注管凹槽（8）内均埋设浇注管（6），再将土工膜反包过来将浇注管（6）包裹，最后将土工膜四周密封，形成双层土工膜（4）；s4：最上层的软岩填料层（3）顶部填筑黏土层（1），至路面标高；s5：重复步骤s1
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s4，当修筑一段的路堤后，在路堤两侧预留浇注入口，浇注入口与浇注管（6）连通；s6：施工完成后，如果发生局部沉降，测量沉降产生处位置与浇注入口之间的距离，控制浇注软管（10）的伸入长度，将砂浆注入双层土工膜（4）内，对路面沉降位置进行精确抬升。

技术总结
本发明公开了一种预崩解软岩路堤注浆防渗抬升结构及其施工方法，注浆防渗抬升结构，包括单一级配碎石层、软岩填料层、黏土层，软岩填料层分层铺设于单一级配碎石层上方，路基工作区以下的某一层的软岩填料层内铺设有抬升层；抬升层包括多条第二纵向预留浇注管凹槽和横向预留浇注管凹槽，横向预留浇注管凹槽与第二纵向预留浇注管凹槽垂直且彼此贯通，横向预留浇注管凹槽与第二纵向预留浇注管凹槽内均埋设有浇注管，抬升层内所有浇注管包裹于双层土工膜内；黏土层铺设于最上层的软岩填料层顶部，至路面标高。本发明防治路基不均匀沉降变形，提高了软岩填料路堤的整体性能，施工简单快速，降低了工程施工维护成本。降低了工程施工维护成本。降低了工程施工维护成本。


技术研发人员：邱祥 凡晓明 姬云鹏 陈长睿 李林 殷意翔 李锦鸿 付思妮 姚杰 蒋煌斌 刘忠伟 肖泽林 罗震宇 胡红波
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/8