一种土方掺灰改良路基填筑结构及施工工艺的制作方法

本技术涉及路基填筑结构领域，更具体地说，它涉及一种土方掺灰改良路基填筑结构及施工工艺。

背景技术：

1、路基填筑结构是将符合质量标准的土、石等材料，按照道路设计要求，分层铺筑、压实，形成的能承受车辆荷载和抵抗自然因素的路基立体构造，实现路基的强度、稳定性和耐久性。在工程路基填筑中，土方是主要的填筑材料，受黄河水的冲淤积作用影响，黄土的土壤颗粒间隙大，吸水性强，下雨或泡水后会迅速变得泥泞，强度大幅下降，容易导致基坑坍塌、路基沉降；此外，干旱时表层土壤易松散起砂，难以压实，土方回填或路基施工后，容易出现开裂和变形问题。

2、因此，亟待提供一种使用掺灰改良土方的路基填筑结构，减小土壤颗粒间隙，提高路基的水稳定性，同时，增加土壤之间的结合强度，避免路基出现开裂和坍塌等问题。

技术实现思路

1、为了增加土壤之间的结合强度和路基的水稳定性，本技术提供一种土方掺灰改良路基填筑结构及施工工艺。

2、第一方面，本技术提供的一种土方掺灰改良路基填筑结构，采用如下的技术方案：

3、一种土方掺灰改良路基填筑结构，包括掺灰改良土和疏水纤维层；所述土方掺灰改良路基填筑结构从上而下依次为掺灰改良土和疏水纤维层；所述掺灰改良土和疏水纤维层的质量比为8-10:3-4；所述掺灰改良土的原料包括质量比为100:1-3的原土混合物和有机硅改性脂肪环氧树脂；所述原土混合物的原料包括质量比为5-10:26-28:2-5:7-10的生石灰、原土、粉煤灰和水。

4、通过采用上述技术方案，采用生石灰和原土复配使用，生石灰与水发生消解反应生成熟石灰，消解反应产生的钙离子可以通过离子交换反应将原土颗粒表面的钠离子和钾离子替换为钙离子，破坏颗粒表面的结合水膜，降低颗粒的亲水性，促使掺灰改良土颗粒相互靠近、嵌锁，降低颗粒间隙，从而提高路基的水稳定性和强度，此外，熟石灰还可以与原土中的活性硅、铝发生火山灰反应，生成胶凝体粘结原土颗粒，进一步增加路基强度和水稳定性；粉煤灰作为一种工业废料，具有较低的密度，其与原土混合后可以降低原土的重量，减少上层土方对下层路基的压力，避免深层沉降，且粉煤灰含有的玻璃微珠具有球形结构，可以将干旱收缩产生的拉应力均匀分散到颗粒表面，避免应力集中在局部，能够缓解路基因温度变化产生的收缩应力，防止路基开裂和变形；有机硅的-si-o-作为疏水基团，固化后在土颗粒表面形成一层疏水膜，减少水分向路基内部的渗透，且脂肪环氧树脂的交联结构能将土颗粒紧密胶结，阻断水分进入后导致颗粒分散，提高路基水稳定性；疏水纤维层具有较大的吸水-保水-导水作用，环境水量增加时，由于重量和虹吸作用，水从上层掺灰改良土通过疏水纤维层，流向地下，防止余水堆积，避免路基沉降。

5、可选的，所述有机硅改性脂肪环氧树脂的制备方法，包括如下步骤：

6、将硅烷偶联剂和脂肪环氧树脂混合后，加入二甲苯溶剂，在125-136℃下反应2.5-3h，减压蒸馏除去二甲苯，粉碎，过筛，制得有机硅改性脂肪环氧树脂。

7、可选的，所述硅烷偶联剂和脂肪环氧树脂的质量比为1-2:30-40。

8、通过采用上述技术方案，脂肪环氧树脂经硅烷偶联剂改性后，硅烷偶联剂的烷氧基与脂肪环氧树脂发生羟基反应、硅烷水解分别生成高键能的si-o-c和si-o-si网络，高键能的硅氧网络可以包裹树脂分子，防止光热和水分子破坏环氧树脂内部的脂肪族碳链和醚键，避免环氧树脂发生降解。

9、可选的，所述掺灰改良土的制备方法，包括如下步骤：

10、将原土混合物和有机硅改性脂肪环氧树脂，在60-80℃下搅拌10-15min，制得掺灰改良土。

11、通过采用上述技术方案，脂肪环氧树脂在高温下形成熔融态，包裹在原土混合物表面，树脂分子相互缠绕，固化后形成连续树脂膜，降低原土颗粒间隙，阻止水分渗透进入原土混合物内部，提高水稳定性，防止基坑坍塌和路基沉降；此外，熔融树脂在颗粒间形成的柔性网状结构，能够与熟石灰和粉煤灰生成的刚性水化胶凝体形成刚柔复合骨架，复合骨架的刚性增加了路基的承载强度，且柔性树脂网络能够抑制颗粒间的相对运动，提高原土的有效压实度，增加结构稳定性，防止路基开裂；硅烷偶联剂改性引入的-si-o-链段兼具有机和无机特性，可以降低树脂与原土的界面张力，增加树脂和原土混合物的相容性，促使树脂均匀包覆在原土混合物表面，减少局部团聚导致的弱界面区，进一步增加路基抗压强度。

12、可选的，所述疏水纤维层的原料包括质量为2-3:1的高吸水树脂和疏水纤维。

13、通过采用上述技术方案，高吸水树脂可以快速吸收渗透至该层的水分，避免上层水分堆积过多渗透进入掺灰改良土内部，防止路基沉降；疏水纤维通过疏水表面的水膜滑动效应，将水分定向引导至深层土壤或排水系统，此外，疏水纤维在高吸水树脂中形成三维支撑骨架，增加疏水纤维层的抗剪强度，有效抵抗水分渗透过程中的基体软化和结构坍塌。

14、可选的，所述高吸水树脂的制备方法，包括如下步骤：

15、（1）将壳聚糖加入稀醋酸溶液中，搅拌均匀，制得壳聚糖溶液；

16、（2）在冰水浴中，naoh溶液和丙烯酸中和得到丙烯酸溶液，向壳聚糖溶液中滴加丙烯酸溶液、引发剂和n,n-亚甲基双丙烯酰胺，在惰性气体氛围下，40-50℃下搅拌均匀，在80-90℃保温1.5-2h，60-70℃烘干，粉碎，制得高吸水树脂；

17、所述壳聚糖和丙烯酸的质量比为1:5-7。

18、通过采用上述技术方案，稀醋酸溶液通过质子化氨基，促使壳聚糖结晶结构解体，增加其分散性，naoh中和丙烯酸，将羧基转化为羧酸钠，提高产物的吸水性能，且能够避免丙烯酸的强酸性破坏壳聚糖的质子化状态，导致壳聚糖析出；引发剂夺取壳聚糖分子链上的活泼氢，使壳聚糖形成活性自由基,壳聚糖活性自由基与丙烯酸单体的碳碳双键发生加成反应，丙烯酸分子连接到壳聚糖主链上，形成富含大量羧基钠的接枝链；n,n-亚甲基双丙烯酰胺通过交联反应将壳聚糖主链与多条丙烯酸接枝链连接，形成三维网状结构，三维网状结构中的羧基、羧酸钠和-nh3+可以通过氢键、范德华力和渗透压作用吸附大量水分子，并限制水分流失，实现高效吸水-保水功能；且有机硅改性脂肪环氧树脂与高吸水树脂具有较好的结合性，可以增加上层掺灰改良土和下层疏水纤维层的结合强度，进而提高路基整体强度。

19、可选的，所述疏水纤维选自聚丙烯纤维和氯纶中的至少一种。

20、可选的，所述疏水纤维的长度为6-12mm。

21、通过采用上述技术方案，疏水纤维具有多孔结构和毛细作用，可以优化水分的传导路径，加速水分向下渗透，引导水分快速流向地下，疏水纤维具有较好的化学稳定性和机械韧性，其疏水特性可以长期保持纤维结构强度，弥补高吸水树脂在反复吸水-释水过程产生的机械磨损，降低树脂破碎率，延长路基使用寿命。

22、第二方面，本技术提供一种土方掺灰改良路基填筑结构的施工工艺，采用如下的技术方案：

23、一种土方掺灰改良路基填筑结构的施工工艺，包括以下步骤：

24、将疏水纤维均匀铺设在基底，上层铺设高吸水树脂，制得疏水纤维层；在疏水纤维层的上层放置掺灰改良土，压实，形成路基。

25、通过采用上述技术方案，疏水纤维层上放置掺灰改良土，部分掺灰改良土渗透进入高吸水树脂颗粒间隙，增加高吸水树脂的力学强度，防止压碎高吸水树脂；且高吸水树脂层能够阻止掺灰改良土的细颗粒进入疏水纤维间隙，堵塞疏水渠道，填筑过程简单，便于施工。

26、综上所述，本技术具有以下有益效果：

27、1、本技术优选使用上层为掺灰改良土、下层为疏水纤维层的路基填筑结构，掺灰改良土中通过添加生石灰、粉煤灰和有机硅改性脂肪环氧树脂，生石灰和有机硅改性脂肪环氧树脂复配使用，可以降低原土颗粒间隙，能够提高水稳定性，防止路基沉降；且粉煤灰的细颗粒进一步降低了原土颗粒间隙，分散细颗粒能够避免应力集中，防止路基开裂和变形。

28、2、本技术采用硅烷偶联剂改性脂肪环氧树脂，能够形成高键能的硅氧网络，避免脂肪环氧树脂光热和水降解，提高路基的耐久性。

29、3、本技术采用高吸水树脂和疏水纤维混合制备疏水纤维层，高吸水树脂可以快速吸水且保水，并通过疏水纤维定向流至地下水，防止雨水堆积导致路基沉降。