一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固结构及方法与流程

1.本发明属于城市道路工程领域，具体涉及一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固结构及方法。


背景技术：

2.湿陷性黄土具有多孔结构、内部孔隙大的特点，遇水后内部结构容易破坏、强度降低，造成湿陷变形。湿陷性黄土属于不良地质条件，湿陷性黄土地区修筑的道路，浸水后容易产生路基沉陷变形，严重影响道路使用品质及使用寿命。湿陷性黄土地区修筑的城市道路运营期内路基沉陷变形病害更普遍、更严重，一方面城市道路路基范围内设置有绿化带，绿化灌溉用水容易侵入路基，造成路基沉陷变形；另一方面，城市道路雨水积水相比公路严重，雨水主要通过地下雨水管道排放，管道破损、接口开裂等因素容易造成雨水冲刷路基，导致路基沉降甚至塌陷病害。已建城市道路湿陷性黄土路基病害不仅影响道路行车舒适性及道路使用寿命，路基失稳变形及塌陷已严重影响行车安全性，有必要提出一种针对已建城市道路湿陷性黄土路基病害的有效维修措施，保证道路的行驶安全性、舒适性、耐久性。
3.湿陷性黄土路基的处理方法主要包括：换填处理、冲击碾压、强夯、挤密桩、化学加固等，目前的处理方法大部分主要针对新建路基。冲击碾压、强夯等措施容易造成地下管线的扰动及破坏，换填垫层需要对路面进行大开挖、长时间中断交通，不适用于已建城市道路施工；化学注浆可以对湿陷性黄土陷穴、孔洞等局部病害进行很好的填充加固，但无法达到对路基整体进行加固，此外其加固深度有限不能彻底消除路基病害。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固结构，以解决已建城市道路湿陷性黄土路基由于路基浸水失稳沉陷导致路面沉降、开裂、塌陷等病害的问题。
5.本发明的另一目的是提供一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固方法。
6.本发明的技术方案是：一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固结构，在路基病害区两侧设有防渗帷幕，两侧防渗帷幕之间的位置设有旋喷桩加固体和粉喷桩加固体，旋喷桩加固体和粉喷桩加固体间隔交错布置，旋喷桩加固体位于车行道轮迹线下方。
7.作为本发明的进一步改进，旋喷桩加固体由现状路面延伸至路基持力层。
8.作为本发明的进一步改进，防渗帷幕设置在路缘石下方。
9.一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固方法，包括以下步骤：a、先对现状路面进行探测，确定需要进行加固的路基病害区；对现状路面下方敷设管线进行探测，确定管线平面位置及深度；确定路基病害区路基土的含水率、孔隙率等物理力学参数及路基持力层；b、布置旋喷桩加固体和粉喷桩加固体的孔位，根据物探管线资料对存在管线冲突的桩体进行避让、优化布置；c、进行旋喷桩加固体施工，采用从路基病害区中间向外围的顺序施工；
d、旋喷桩加固体施工的同时对防渗帷幕进行施工；e、粉喷桩加固体在旋喷桩加固体与防渗帷幕施工完成7天后进行施工，钻孔至设计深度后，钻杆提升并喷粉、搅拌形成加固体。
10.作为本发明的进一步改进，在步骤c中，旋喷桩加固体采用水泥浆切割路基病害区的土体加固成桩，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.8～1.2。
11.作为本发明的进一步改进，在步骤d中，防渗帷幕施工的浆液由旋喷桩加固体施工产生的废浆改良拌制，改良后的浆液中水泥:土粒:水的质量比为0.45～0.5:0.1:0.45～0.4。
12.作为本发明的进一步改进，在步骤d中，在改良后的用于防渗帷幕施工的浆液中添加抗渗剂、减水剂、缓凝剂，改善浆液凝结时间、流动性和桩体强度及抗渗性，外加剂按照浆液质量百分比计，抗渗剂掺量为0.5%～1%，减水剂掺量为0.75%～1%，缓凝剂掺量为0.075%～0.15%。
13.作为本发明的进一步改进，在步骤e中，搅拌完成后将钻杆下沉至设计深度后，进行复搅提升至路面。
14.作为本发明的进一步改进，在步骤e中，粉喷桩加固体施工的喷粉材料由水泥、石灰、吸水性树脂和路基病害区的土体掺和而成，按照加固土体质量百分比计，水泥掺量为15%～20%,石灰掺量为5%～10%，吸水性树脂掺量为1.5%～2%。
15.本发明的有益效果是：本发明针对湿陷性黄土路基道路病害的特点及城市道路交通特性，通过防治结合的加固结构和方法，彻底解决了已建城市道路湿陷性黄土路基病害问题，通过旋喷桩加固体及粉喷桩加固体对路基进行加固，避免对道路的开挖施工，减小交通影响。在车行道轮迹线处布置旋喷桩加固体，承担道路交通荷载，避免道路沉降，高压浆液对桩体周边黄土孔洞、陷穴进行填充，消除路基隐蔽病害、提高路基强度。相邻旋喷桩加固体中心设置粉喷桩加固体，粉喷桩加固体与旋喷桩加固体形成复合地基，提高路基整体强度及承载力；通过掺入吸水性树脂持续吸收病害区路基内部水分，达到疏干水分、消除路基软弱层的目的，吸水后的高吸水性树脂根据桩体内水泥和石灰水化后水分变化情况，持续失水保证桩体内部湿度，达到对桩体的内养护、提高桩体强度。
16.本发明将旋喷桩加固体施工过程中产生的废浆液收集后，通过掺加水泥、减水剂、缓凝剂等进行改良，用于防渗帷幕施工，在路缘石下方形成一道防渗帷幕将绿化带与车行道分隔，从源头上消除绿化灌溉水浸入路基。本发明采用非开挖路基加固方式对城市道路湿陷性黄土路基不均匀沉降、变形、陷穴等病害进行处理，路基加固效果显著，施工对交通影响小。
附图说明
17.图1是本发明一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固结构的断面示意图；图2是本发明一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固结构的平面示意图。
18.图中：1-旋喷桩加固体；2-粉喷桩加固体；3-防渗帷幕；4-路基病害区；5-路基持力层；6-现状路面；7-绿化带；8-车行道轮迹线；9-路缘石。
具体实施方式
19.如图1、图2所示，一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固结构，在路基病害区4两侧设有防渗帷幕3，两侧防渗帷幕3之间的位置设有旋喷桩加固体1和粉喷桩加固体2，旋喷桩加固体1和粉喷桩加固体2间隔交错布置，旋喷桩加固体1位于车行道轮迹线8下方。
20.旋喷桩加固体1由现状路面6延伸至路基持力层5。
21.防渗帷幕3设置在现状路面6与绿化带7之间的路缘石9下方。
22.一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固方法，包括以下步骤：a、先对现状路面6进行探测，采用落锤式弯沉仪及探地雷达对道路进行检测，探测湿陷性黄土路基脱空、沉陷病害范围及深度，确定需要进行加固的路基病害区4；采用物探仪对现状路面6下方敷设管线进行探测，确定管线平面位置及深度；通过地质钻探方式确定路基病害区4路基土的含水率、孔隙率等物理力学参数及路基持力层5。
23.b、布置旋喷桩加固体1和粉喷桩加固体2的孔位，根据物探管线资料对存在管线冲突的桩体进行避让、优化布置。桩体避让管线的原则为：对于波纹管、pe管等柔性管道，加固体边缘应距离管道边缘不小于1m；对于钢筋混凝土管、球墨铸铁管等刚性管道，加固体边缘应距离管道边缘不小于0.5m。
24.c、旋喷桩加固体1布置优化后复核设计孔位，无误后采用单管法进行旋喷桩加固体1施工，采用从路基病害区4中间向外围的顺序施工。旋喷桩加固体1采用水泥浆切割路基病害区4的土体加固成桩，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比（质量比）为0.8～1.2。施工前应进行试桩确定施工工艺，推荐喷浆压力大于20mpa、提升速度采用0.2m/min～0.3m/min。当旋喷桩加固体1需要扩大桩径时，通过提高喷浆压力、降低速度扩大桩头，推荐喷浆压力大于30mpa、提升速度采用0.1m/min～0.2m/min。
25.d、旋喷桩加固体1施工的同时对防渗帷幕3进行施工。防渗帷幕3推荐喷浆压力采用20mpa、提升速度采用0.3 m/min～0.4m/min。防渗帷幕3施工的浆液由旋喷桩加固体1施工产生的废浆改良拌制，改良后的浆液中水泥:土粒:水的质量比为0.45～0.5:0.1:0.45～0.4。施工前对旋喷桩加固体1施工产生的废浆进行检测确定其组成，按照设计浆液比例确定水泥及水的掺量。在改良后的用于防渗帷幕3施工的浆液中添加抗渗剂、减水剂、缓凝剂，改善浆液凝结时间、流动性和桩体强度及抗渗性，外加剂按照浆液质量百分比计，抗渗剂掺量为0.5%～1%，减水剂掺量为0.75%～1%，缓凝剂掺量为0.075%～0.15%。改良后的浆液初凝时间＞5h、终凝时间＜10h。
26.e、粉喷桩加固体2在旋喷桩加固体1与防渗帷幕3施工完成7天后进行施工，粉喷桩加固体2布置优化确定后复核设计孔位，无误后采用采用钻机钻孔至设计深度后，钻杆提升并喷粉、搅拌形成加固体。为保证桩体搅拌均匀，搅拌完成后将钻杆下沉至设计深度后，进行复搅提升至路面。粉喷桩加固体2施工的喷粉材料由水泥、石灰、吸水性树脂和路基病害区4的土体掺和而成，按照加固土体质量百分比计，水泥掺量为15%～20%,石灰掺量为5%～10%，吸水性树脂掺量为1.5%～2%。粉喷桩加固体2施工喷粉时送灰压力采用0.4 ～0.5mpa、提升速度采用0.8m/min～1m/min，当桩长超过5m时送灰压力采用0.5mpa、提升速度采用0.8m/min。
27.旋喷桩加固体1、粉喷桩加固体2施工完成7天后，凿除路面以下20cm加固体多余部分桩体，采用混凝土对旋喷桩加固体1与粉喷桩加固体2钻孔进行封堵，对现状路面6铣刨
4cm面层后进行罩面维修，罩面结构采用4cm橡胶沥青混凝土，罩面层与现状路面之间设置玻纤格栅，然后安装路缘石9，开放交通。
28.旋喷桩加固体1位于车行道轮迹线8处呈矩形布置方式；粉喷桩加固体2布置在相邻四根旋喷桩加固体1形成的矩形中心，与相邻的旋喷桩加固体1之间呈梅花状分布；防渗帷幕3位于路缘石9下方，由多个旋喷桩搭接形成，该桩体中心线与路面车行道边线重合，将路基病害区4与绿化带7分隔。
29.旋喷桩加固体1的桩径为0.4m～0.8m，沿道路横向桩间距为车行道轮迹线8间距（1.6～1.8m），沿道路纵向桩间距为桩径的2～3倍。旋喷桩加固体1的桩径及纵向桩间距的大小根据交通荷载大小确定，重交通桩径取大值、桩间距取小值，轻交通反之。当道路设计基准期内累计当量轴次ne＜400万次/车道时，桩径采用0.4m、横向桩间距采用1.8m、纵向桩径采用3倍桩径；当道路设计基准期内累计当量轴次ne＞2500万次/车道时，桩径采用0.8m、横向桩间距采用1.6m、纵向桩间距采用2倍桩径；当道路设计基准期内累计当量轴次400＜万次/车道＜ne＜2500万次/车道时，根据实际情况按照上述原则内插法确定桩径与桩间距。旋喷桩加固体1的桩长以穿透路基持力层5深入1m为准；当桩长超过15m时，则采用15m即可，但后5m需要扩大桩头，扩大桩径为正常桩径的2倍。
30.粉喷桩加固体2的桩径为0.4～0.6m，桩距根据旋喷桩加固体1的位置确定。粉喷桩加固体2的桩径的大小根据道路交通荷载大小确定，当道路设计基准期内累计当量轴次ne＜400万次/车道时，粉喷桩加固体2桩径采用0.4m；当道路设计基准期内累计当量轴次ne＞2500万次/车道时，粉喷桩加固体2桩径采用0.6m；当道路设计基准期内累计当量轴次400＜万次/车道＜ne＜2500万次/车道时，粉喷桩加固体2桩径采用0.5m。粉喷桩加固体2的桩长为5～10m，根据湿陷性黄土路基病害区4的土体含水率确定，以进入含水率小于20%的土层为准。
31.防渗帷幕3为多个旋喷桩搭接形成，防渗帷幕3采用桩径为0.5m的旋喷桩，旋喷桩之间的搭接长度为15cm，防渗帷幕3的桩长为2～7m，根据湿陷性黄土路基病害区4的土体含水率确定，以进入含水率小于20%的土层为准，当深度超过7m时桩长采用7m。
32.旋喷桩加固体1采用水泥浆切割路基病害区4的土体加固成桩, 桩体28d强度应≥10mpa。
33.旋喷桩加固体1施工时产生的废浆通过回收装置收集，废浆通过加水稀释后泵送至过滤沉淀池，过滤沉淀池将废浆中粒径＞0.1mm的颗粒过滤沉淀后，将废浆输送到灰浆拌制设备，添加水泥、抗渗剂、减水剂、缓凝剂改良拌制，进行改良、拌制形成再利用浆液，作为防渗帷幕3的浆液。防渗帷幕3的桩体28d无侧向强度≥2mpa、抗渗性≤1
×
10-6
cm/s。
34.粉喷桩加固体2由水泥、石灰、高吸水树脂与路基病害区4的土体搅拌形成，掺入水泥、石灰对路基病害区4的土体进行改良，提高路基强度及承载力，掺入吸水性树脂持续吸收路基病害区4内土体水分，疏干水分、改善路基湿度、消除软弱路基。粉喷桩加固体2的桩体28d无侧向强度≥5mpa本发明采用非开挖路基加固方式对城市道路湿陷性黄土路基不均匀沉降、变形、陷穴等病害进行处理，路基加固效果显著，施工对交通影响小。

技术特征：
1.一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固结构，其特征在于：在路基病害区（4）两侧设有防渗帷幕（3），两侧防渗帷幕（3）之间的位置设有旋喷桩加固体（1）和粉喷桩加固体（2），旋喷桩加固体（1）和粉喷桩加固体（2）间隔交错布置，旋喷桩加固体（1）位于车行道轮迹线（8）下方。2.根据权利要求1所述的一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固结构，其特征在于：所述旋喷桩加固体（1）由现状路面（6）延伸至路基持力层（5）。3.根据权利要求1或2所述的一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固结构，其特征在于：所述防渗帷幕（3）设置在路缘石（9）下方。4.一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固方法，其特征在于包括以下步骤：a、先对现状路面（6）进行探测，确定需要进行加固的路基病害区（4）；对现状路面（6）下方敷设管线进行探测，确定管线平面位置及深度；确定路基病害区（4）路基土的含水率、孔隙率等物理力学参数及路基持力层（5）；b、布置旋喷桩加固体（1）和粉喷桩加固体（2）的孔位，根据物探管线资料对存在管线冲突的桩体进行避让、优化布置；c、进行旋喷桩加固体（1）施工，采用从路基病害区（4）中间向外围的顺序施工；d、旋喷桩加固体（1）施工的同时对防渗帷幕（3）进行施工；e、粉喷桩加固体（2）在旋喷桩加固体（1）与防渗帷幕（3）施工完成7天后进行施工，钻孔至设计深度后，钻杆提升并喷粉、搅拌形成加固体。5.根据权利要求4所述的一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固方法，其特征在于：在步骤c中，旋喷桩加固体（1）采用水泥浆切割路基病害区（4）的土体加固成桩，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比为0.8～1.2。6.根据权利要求4或5所述的一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固方法，其特征在于：在步骤d中，防渗帷幕（3）施工的浆液由旋喷桩加固体（1）施工产生的废浆改良拌制，改良后的浆液中水泥:土粒:水的质量比为0.45～0.5:0.1:0.45～0.4。7.根据权利要求6所述的一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固方法，其特征在于：在步骤d中，在改良后的用于防渗帷幕（3）施工的浆液中添加抗渗剂、减水剂、缓凝剂，改善浆液凝结时间、流动性和桩体强度及抗渗性，外加剂按照浆液质量百分比计，抗渗剂掺量为0.5%～1%，减水剂掺量为0.75%～1%，缓凝剂掺量为0.075%～0.15%。8.根据权利要求7所述的一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固方法，其特征在于：在步骤e中，搅拌完成后将钻杆下沉至设计深度后，进行复搅提升至路面。9.根据权利要求8所述的一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固方法，其特征在于：在步骤e中，粉喷桩加固体（2）施工的喷粉材料由水泥、石灰、吸水性树脂和路基病害区（4）的土体掺和而成，按照加固土体质量百分比计，水泥掺量为15%～20%,石灰掺量为5%～10%，吸水性树脂掺量为1.5%～2%。

技术总结
本发明公开了一种城市道路湿陷性黄土路基非开挖加固结构及方法，属于城市道路工程领域，解决了已建城市道路湿陷性黄土路基由于路基浸水失稳沉陷导致路面沉降、开裂、塌陷等病害的问题。本发明在路基病害区两侧设有防渗帷幕，两侧防渗帷幕之间设有旋喷桩加固体和粉喷桩加固体，旋喷桩加固体和粉喷桩加固体间隔交错布置，旋喷桩加固体位于车行道轮迹线下方。加固方法：确定需要进行加固的路基病害区；布置旋喷桩加固体和粉喷桩加固体的孔位；进行旋喷桩加固体施工，同时对防渗帷幕进行施工；7天后进行粉喷桩加固体施工。本发明通过防治结合的加固结构和方法，彻底解决了已建城市道路湿陷性黄土路基病害问题，避免对道路的开挖施工，减小交通影响。减小交通影响。减小交通影响。


技术研发人员：何天钦 马天斌 贾睿 李文栋 李生鹏 奚龙飞 赵振华
受保护的技术使用者：中国市政工程西北设计研究院有限公司
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/31