一种加筋土复合体路堤的制作方法

1.本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种加筋土复合体路堤。


背景技术：

2.高速铁路具有速度快、污染小、安全舒适等优点，高速铁路建设已成为铁路建设发展的总趋势，相对于普通铁路，高速铁路更加强调列车运行的平顺性和舒适性，对路堤变形限值要求也更高，因此高速铁路的高速行驶必须要有强度高、刚性大、变形小、稳定性和耐久性好的路堤作为基础。并且由于我国是一个多山地的国家，桥梁和隧道在高速铁路中占比较高，路堤与桥(隧)建筑物存在刚度和沉降差，因而列车通过路堤与桥(隧)建筑物连接处时会出现振动，影响行车平稳性，为解决上述问题，通常采用将路堤进行压实至一定的压实度的方法来减小路堤的竖向沉降，然而这种方法很难降低或消除列车在路堤一端激发的振动，随着列车的长时间运行，列车产生的振动荷载会使路堤土进一步压实，路堤产生不可恢复的竖向沉降变形，该变形值会大于桥梁或隧洞的竖向沉降值，桥梁或者隧洞与路堤之间产生沉降差，进而影响列车运行的平稳性与舒适性。现有技术中也有采用土工合成材料对路堤填土进行加筋的高铁路段，以加固路堤，然而土工合成材料在不同的填土类型中的加筋效果不一致，对应的竖向加筋间距也应随之变化，但目前不能针对不同的路堤填土类型设置合理的竖向加筋间距，不能有效的形成加筋土复合体，因而不能充分对土体进行加固。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中路堤不能针对不同的路堤填土类型设置合理的加筋间距的缺陷，从而提供一种能够针对不同的路堤填土类型设置合理的加筋间距的加筋土复合体路堤。
4.为解决上述技术问题，本发明提供的一种加筋土复合体路堤，包括：
5.至少两层第一介质层，所述第一介质层由呈层叠状态铺设的第一介质逐层累积而成；
6.筋材，呈层状铺设于每层所述第一介质层的上表面，相邻两层所述筋材之间的间距为d，d满足d＝2n
·d50
，其中，d
50
为所述第一介质的平均粒径，n为所述筋材对沿其高度方向的其中一侧的所述第一介质的传力影响层数。
7.可选的，n的取值为15。
8.可选的，所述加筋土复合体路堤还包括：面板砌块组件，与基准面呈角度θ设置于所述第一介质层的沿水平方向的两侧，适于在水平方向固定所述第一介质层，其中，0
°
＜θ＜90
°
。
9.可选的，所述面板砌块组件由多个面板砌块拼接而成，所述面板砌块包括：
10.第一面板砌块，所述第一面板砌块的一端设置有连接部，远离所述连接部的一端设置有连接孔，所述连接部或连接孔适于与相邻的面板砌块上的连接孔或连接部配合连
接；
11.第二面板砌块，设置于所述面板砌块组件的下端，所述第二面板砌块的一端埋设于基准面以下，所述第二面板砌块位于基准面以上的一端设置有连接部，所述第二面板砌块的连接部适于与相邻的所述第一面板砌块上的连接孔配合连接；
12.第三面板砌块，设置于所述面板砌块组件的顶端，所述第三面板砌块的一端设置有连接孔，适于与相邻的所述第一面板砌块上的连接部配合连接。
13.可选的，所述面板砌块还包括：凹陷部和/或凸起部，所述凹陷部设置于所述面板砌块远离所述第一介质层的一侧顶端，所述凸起部设置于所述面板砌块远离所述第一介质层的一侧底端，所述凹陷部或所述凸起部适于与相邻的所述面板砌块的凸起部或凹陷部啮合。
14.可选的，所述加筋土复合体路堤还包括：排水孔，所述排水孔贯穿设置于所述面板砌块上，所述排水孔适于导出所述第一介质层中的液体。
15.可选的，所述加筋土复合体路堤还包括：排水渠，设置于所述基准面上，并位于所述面板砌块远离所述第一介质层的一侧，所述排水渠适于容纳并排出由所述排水孔导出的液体。
16.可选的，所述加筋土复合体路堤还包括：土工袋，设置于所述第一介质层与所述面板砌块之间，所述土工袋适于固定所述第一介质层及所述筋材。
17.可选的，所述加筋土复合体路堤还包括：排水层，设置于所述第一介质层的下方，适于排出所述第一介质层中的液体，所述排水层包括第二介质层，组成所述第二介质层的第二介质的尺寸大于所述第一介质的尺寸。
18.可选的，所述排水层还包括：
19.土工格室，铺设于所述基准面上，所述土工格室中填充所述第二介质，所述土工格室适于固定所述第二介质；
20.土工布，设置于所述第二介质层的上下两端，适于隔开所述第二介质与所述第一介质，并固定所述第二介质层。
21.本发明技术方案，具有如下优点：
22.1.本发明提供的加筋土复合体路堤，通过设置呈层状的筋材铺设于每层第一介质层的上表面，相邻两层所述筋材之间的距离d、第一介质的平均粒径、d
50
筋材对沿其高度方向的其中一侧的第一介质的传力影响层数n之间满足d＝2n
·d50
，实现针对不同的介质类型，通过公式d＝2n
·d50
计算得到对应的所述第一介质层的厚度，即得到不同的介质类型对应的相邻两层所述筋材之间合理的距离，从而有效增加路堤的刚度，减小路堤竖向沉降变形，避免在路堤与其它建筑物之间产生较大的沉降差，从而降低列车产生的振动，增强行车平稳性。
23.2.本发明提供的加筋土复合体路堤，通过面板砌块组件设置于所述第一介质层的沿水平方向的两侧，所述面板砌块在水平方向固定所述第一介质层，增加路堤的刚度，减小路堤变形，同时所述面板砌块组件与基准面呈角度设置，实现形成预设角度的路堤边坡，从而减少占用的土地面积，达到节约用地的目的。
24.3.本发明提供的加筋土复合体路堤，通过设置面板砌块组件由多个面板砌块拼接而成，所述面板砌块上设置有连接部和/或连接孔，通过所述连接部与所述连接孔的配合，
实现相邻所述面板砌块之间的连接和固定，增加连接的稳定性和可靠性，同时便于多个所述面板砌块的拼接和安装，加快施工速度，提供工作效率。
25.4.本发明提供的加筋土复合体路堤，通过设置面板砌块包括凹陷部和/或凸起部，相邻的所述面板砌块上的所述凹陷部与所述凸起部相啮合，防止雨水等液体进入所述面板砌块内部，并进一步增加了相邻所述面板砌块之间的连接的稳定性和可靠性。
26.5.本发明提供的加筋土复合体路堤，通过设置排水孔导出所述第一介质层中的液体，并通过排水渠排出，有效防止液体滞留在路堤内部，避免在列车动荷载作用下形成超孔隙水压力而降低路堤的强度，从而增强路堤的稳定性。
27.6.本发明提供的加筋土复合体路堤，通过在所述第一介质层与所述面板砌块之间设置土工袋，所述土工袋固定所述第一介质层及所述筋材，有效阻挡所述第一介质的流失和所述筋材的移动，从而保证路堤的稳定性。
28.7.本发明提供的加筋土复合体路堤，通过在所述第一介质层的下方设置排水层，所述排水层中的第二介质的尺寸大于所述第一介质的尺寸，有效加快排水的速度，避免在列车动荷载作用下形成超孔隙水压力而降低路堤的强度，并且，通过在土工格室填充所述第二介质，实现固定所述第二介质的同时，还起到一定的应力扩散作用，从而减小路基的变形，增加路基的稳定性。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
30.图1为本发明加筋土复合体路堤施工完成后的横向剖面图；
31.图2为本发明加筋土复合体路堤施工过程中的横向剖面图；
32.图3为本发明加筋土复合体路堤施工过程中的俯视图；
33.图4为本发明面板砌块的剖面图；
34.图5为筋-土界面剪应力传递示意图；
35.图6为以0.7为底的指数和的变化规律图。
36.附图标记说明：
37.101、第一面板砌块；102、第二面板砌块；103、第三面板砌块；2、筋材；3、土工袋；4、排水孔；5、排水渠；6、土工格室；7、第二介质层；8、土工布；9、连接部；10、凹陷部；11、连接孔；12、凸起部；13、第一介质层；14、第一介质。
具体实施方式
38.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
42.结合图1-图6所示，本实施例提供的加筋土复合体路堤，包括：
43.至少两层第一介质层13，所述第一介质层13由呈层叠状态铺设的第一介质14逐层累积而成；
44.筋材2，呈层状铺设于每层所述第一介质层13的上表面，相邻两层所述筋材2之间的间距为d，d满足d＝2n
·d50
，其中，d
50
为所述第一介质14的平均粒径，n为所述筋材2对沿其高度方向的其中一侧的所述第一介质14的传力影响层数。
45.可选的，所述第一介质层13为填土层，所述第一介质为土颗粒。
46.可选的，所述筋材2为土工格栅。
47.需要说明的是，所述第一介质层13的上表面指的是所述第一介质层13沿图1中箭头所指的“上”的方向的表面；所述高度方向指的是图1中箭头所指的上下方向；所述筋材2的加筋作用通过筋-土界面摩阻力逐渐向所述第一介质层13内部远离所述筋材2的方向传递而对所述第一介质14形成约束作用，并随着所述第一介质14的层数的增加，所述筋材2对所述第一介质14的约束力逐渐减小，当所述第一介质14的层数增加到一定程度时，所述筋材2对所述第一介质14的约束力接近于0，则认为此时的所述第一介质14的层数为所述筋材2对沿其高度方向的其中一侧的所述第一介质14的传力影响层数。
48.本实施例提供的加筋土复合体路堤，通过设置呈层状的筋材2铺设于每层第一介质层13的上表面，相邻两层所述筋材2之间的距离d、第一介质14的平均粒径、d
50
筋材对沿其高度方向的其中一侧的第一介质14的传力影响层数n之间满足d＝2n
·d50
，实现针对不同的介质类型，通过公式d＝2n
·d50
计算得到对应的所述第一介质层13的厚度，即得到不同的介质类型对应的相邻两层所述筋材2之间合理的距离，从而有效增加路堤的刚度，减小路堤竖向沉降变形，避免在路堤与其它建筑物之间产生较大的沉降差，从而降低列车产生的振动，增强行车平稳性。
49.需要说明的是，采用所述筋材2对所述第一介质层13进行加筋可以增加路堤的刚度，针对不同的所述第一介质类型，本实施例提供的竖向加筋间距(即相邻两层所述筋材2之间的间距d)的计算公式可以得到适用于不同粒径大小的所述第一介质的竖向加筋间距，通过分层铺设并碾压，形成加筋土复合体，从而效增加路堤的刚度，同时，加筋土具有较好的应力扩散作用，利用其应力扩散作用，可以加快列车载荷对路堤产生的附加应力的衰减，从而降低作用在路基上的竖向应力，减小竖向沉降变形，降低列车产生的振动，增强行车平稳性，其中，所述竖向指的是图1中箭头所指的上下方向。
50.具体地，n的取值为15。
51.本实施例提供的加筋土复合体路堤，通过设置n的取值为15，可以根据公式d＝2n
·d50
计算得到相邻两层所述筋材2之间的距离为d＝30d
50
，即得到最合理的竖向加筋间距，从而得到所述第一介质层13的最合理厚度，可以保证所述筋材2对所述第一介质层的所有第一介质14具有约束力，保证加筋土复合体路堤的稳定性。
52.需要说明的是，n的取值的依据如下：
53.所述筋材2的加筋作用通过筋-土界面摩阻力逐渐向所述第一介质层13内部远离所述筋材2的方向传递而对所述第一介质层13形成有效的约束作用，进而减小加筋土复合体的变形以及提高其承载能力，结合图5所示，为便于分析，选取长度为δx、高度为sv的单元体进行受力分析，加筋土复合体在荷载作用下，筋-土界面产生剪应力τi，并通过第一介质逐层传递，在所述第一介质层13中的第一层所述第一介质14到第n层所述第一介质14处产生剪应力增量分别为：将相邻层的所述第一介质14之间的平均传递效率取值为0.7，则上述剪应力增量与筋-土界面剪应力τi之间的关系表示为
[0054][0055][0056]
……
，
[0057][0058][0059]
随着n的增大，的系数0.7n逐渐减小，当小于等于预设值时(其中，所述的预设值为接近0的数)，则表示第n层所述第一介质的剪应力接近于0，当所述第一介质14的层数大于n时，所述筋材2对所述第一介质14起到约束作用极小，可以忽略，因此，认为n即是所述筋材2对所述第一介质14的传力影响层数，并且，所述筋材2对其上、下两侧都产生剪应力，当每层所述第一介质层13的上、下两端都设置有所述筋材2时，每层所述第一介质层13的厚度(即相邻两层所述筋材2之间的间距d)则为每层所述第一介质14的高度的2n倍，其中，所述第一介质14的高度即为其平均粒径d
50
，从而得到
[0060]
d＝2n
·d50
。
[0061]
进一步地，对于长度为δx、高度为sv的单元体，所述筋材2的加筋作用产生的总的附加力f
add
表示为
[0062][0063]
即
[0064]fadd
＝(0.7 0.72
…
0.7
n-1
0.7n)
×
τi×w×
δx
[0065]
其中，w表示加筋土复合体路堤的宽度，结合图6所示，图6为以0.7为底的指数和随指数项数的变化趋势图，从图中可以看出以0.7为底的指数和呈上凸型变化规律，随着指数项的增加，其和的增长速率在不断降低，当指数项达到15项后(即n＝15)，指数和基本不再增加，则认为所述筋材2对所述第一介质14的传力影响层数为15层，从而得到
[0066]
d＝30d
50
。
[0067]
可选的，所述的预设值可以为0.001kpa、0.002kpa。
[0068]
具体地，所述加筋土复合体路堤还包括：面板砌块组件，与基准面呈角度θ设置于所述第一介质层13的沿水平方向的两侧，适于在水平方向固定所述第一介质层13，其中，0
°
＜θ＜90
°
。
[0069]
需要说明的是，所述面板砌块组件构成路堤的边坡，所述面板砌块组件限制了所述第一介质层13的第一介质沿水平方向的流失，根据需要，可以形成近乎直立的路堤边坡，从而达到节约用地的目的，其中，所述水平方向指的是图1中箭头所指的水平方向；所述基准面为路基的上表面。
[0070]
本实施例提供的加筋土复合体路堤，通过面板砌块组件设置于所述第一介质层13的沿水平方向的两侧，所述面板砌块在水平方向固定所述第一介质层13，增加路堤的刚度，减小路堤变形，同时所述面板砌块组件与基准面呈角度设置，实现形成预设角度的路堤边坡，从而减少占用的土地面积，达到节约用地的目的。
[0071]
可选的，所述筋材2通过路堤两侧的所述面板砌块组件进行固定，在上覆荷载的作用下形成“网兜效应”，降低所述第一介质层13所承受的载荷，并使载荷分布更加均匀，增加路堤的刚度，降低路堤变形；并且所述面板砌块组件、所述筋材2与所述第一介质层13之间的变形相互制约，可进一步增加路堤的刚度，提升路堤的抗震性能。
[0072]
具体地，所述面板砌块组件由多个面板砌块拼接而成，所述面板砌块包括：
[0073]
第一面板砌块101，所述第一面板砌块101的一端设置有连接部9，远离所述连接部9的一端设置有连接孔11，所述连接部9或连接孔11适于与相邻的面板砌块上的连接孔11或连接部9配合连接；
[0074]
第二面板砌块102，设置于所述面板砌块组件的下端，所述第二面板砌块102的一端埋设于基准面以下，所述第二面板砌块102位于基准面以上的一端设置有连接部9，所述第二面板砌块102的连接部9适于与相邻的所述第一面板砌块101上的连接孔11配合连接；
[0075]
第三面板砌块103，设置于所述面板砌块组件的顶端，所述第三面板砌块103的一端设置有连接孔11，适于与相邻的所述第一面板砌块101上的连接部9配合连接。
[0076]
可选的，所述面板砌块为混凝土面板砌块。
[0077]
可选的，所述连接部9为刚性柱，进一步可选的，所述连接部9的材质为混凝土。
[0078]
可选的，连接部9的截面为方形，对应地，所述连接孔11为方形孔。
[0079]
可选的，每个所述面板砌块上的所述连接部9的数量为一个或多个，进一步可选的，所述连接部9的数量为四个，对应的，所述连接孔11的数量为四个。
[0080]
本实施例提供的加筋土复合体路堤，通过设置面板砌块组件由多个面板砌块拼接而成，所述面板砌块上设置有连接部9和/或连接孔11，通过所述连接部9与所述连接孔11的配合，实现相邻所述面板砌块之间的连接和固定，增加连接的稳定性和可靠性，同时便于多个所述面板砌块的拼接和安装，加快施工速度，提供工作效率。
[0081]
具体地，所述面板砌块还包括：凹陷部10和/或凸起部12，所述凹陷部10设置于所述面板砌块远离所述第一介质层13的一侧顶端，所述凸起部12设置于所述面板砌块远离所述第一介质层13的一侧底端，所述凹陷部10或所述凸起部12适于与相邻的所述面板砌块的凸起部12或凹陷部10啮合。
[0082]
本实施例提供的加筋土复合体路堤，通过设置面板砌块包括凹陷部10和/或凸起
部12，相邻的所述面板砌块上的所述凹陷部10与所述凸起部12相啮合，防止雨水等液体进入所述面板砌块内部，并进一步增加了相邻所述面板砌块之间的连接的稳定性和可靠性。
[0083]
具体地，所述加筋土复合体路堤还包括：排水孔4，所述排水孔4贯穿设置于所述面板砌块上，所述排水孔4适于导出所述第一介质层13中的液体。
[0084]
可选的，所述液体为水。
[0085]
可选的，所述排水孔4沿路堤高度方向均匀分布，需要说明的是，所述排水孔4预设在面板砌块中，在施工过程中，所述排水孔4按照规范要求进行设置，在需要设置所述排水孔4的高度位置处使用预设有所述排水孔4的面板砌块，而不需要设置所述排水孔4的高度位置处使用未预设有所述排水孔4的面板砌块。
[0086]
具体地，所述加筋土复合体路堤还包括：排水渠5，设置于所述基准面上，并位于所述面板砌块远离所述第一介质层13的一侧，所述排水渠5适于容纳并排出由所述排水孔4导出的液体。
[0087]
可选的，路堤两侧的所述面板砌块组件上均设置有所述排水孔，对应地，路堤两侧均设置有所述排水渠5。
[0088]
需要说明的是，所述排水渠5用于汇集所述排水孔4排出的液体以及其它多余的液体，防止液体滞留在路堤内部而在列车动荷载作用下形成超孔隙水压力，若形成超孔隙水压力，则会降低路堤强度，进而对路堤的稳定性产生影响。
[0089]
本实施例提供的加筋土复合体路堤，通过设置排水孔4导出所述第一介质层13中的液体，并通过排水渠5排出，有效防止液体滞留在路堤内部，避免在列车动荷载作用下形成超孔隙水压力而降低路堤的强度，从而增强路堤的稳定性。
[0090]
具体地，所述加筋土复合体路堤还包括：土工袋3，设置于所述第一介质层13与所述面板砌块之间，所述土工袋3适于固定所述第一介质层13及所述筋材2。
[0091]
需要说明的是，所述土工袋3采用所述第一介质14填充，设置于所述第一介质层13沿水平方向的两侧，可起到阻挡路堤填土颗粒流失，增加路堤抗震性能的作用，所述筋材2铺设于路堤内部，并穿过所述土工袋3，并通过路堤两侧的面板砌块进行固定。
[0092]
本实施例提供的加筋土复合体路堤，通过在所述第一介质层13与所述面板砌块之间设置土工袋3，所述土工袋3固定所述第一介质层13及所述筋材2，有效阻挡所述第一介质的流失和所述筋材2的移动，从而保证路堤的稳定性。
[0093]
具体地，所述加筋土复合体路堤还包括：排水层，设置于所述第一介质层13的下方，适于排出所述第一介质层13中的液体，所述排水层包括第二介质层7，组成所述第二介质层7的第二介质的尺寸大于所述第一介质14的尺寸。
[0094]
可选的，所述排水层的厚度为0.3m～0.5m。
[0095]
可选的，所述第二介质为碎石。
[0096]
具体地，所述排水层还包括：
[0097]
土工格室6，铺设于所述基准面上，所述土工格室6中填充所述第二介质，所述土工格室6适于固定所述第二介质；
[0098]
土工布8，设置于所述第二介质层7的上下两端，适于隔开所述第二介质与所述第一介质，并固定所述第二介质层7。
[0099]
需要说明的是，所述土工格室6位于路堤底部，一方面可约束所述第二介质层7的
变形，另一方面可对上覆压力产生应力扩散的作用，降低作用在地基上的应力，从而减小地基竖向沉降变形；所述第二介质层7的外部使用所述土工布8包裹，起到隔离反滤的作用，防止所述第一介质14进入所述第二介质层7堵塞孔隙而影响排水效果。
[0100]
本实施例提供的加筋土复合体路堤，通过在所述第一介质层13的下方设置排水层，所述排水层中的第二介质的尺寸大于所述第一介质的尺寸，有效加快排水的速度，避免在列车动荷载作用下形成超孔隙水压力而降低路堤的强度，并且，通过在土工格室6填充所述第二介质，实现固定所述第二介质的同时，还起到一定的应力扩散作用，从而减小路基的变形，增加路基的稳定性。
[0101]
以下对所述加筋土复合体路堤的施工步骤进行详细的记述：
[0102]
以所述第一介质为填土，所述第二介质为碎石进行说明，首先在路基两侧开挖形成所述排水渠5，将所述面板砌块组件的第二面板砌块102按照一定倾角θ埋置于地基中，铺设所述土工布8，在所述土工布8上部铺设所述土工格室6，分层填充碎石，并碾压压实，在碎石层顶部再铺设一层所述土工布8，并利用面板砌块进行固定，形成所述排水层；然后，通过所述连接部9和所述连接孔11拼接预制好的所述面板砌块，在所述土工袋3中填充路堤填土，并错位叠放，与所述面板砌块接触，形成与所述面板砌块一致的倾角，填充填土并进行碾压，达到规范规定的压实度；继而，根据竖向加筋间距计算公式d＝30d
50
确定上下两层所述筋材2之间的距离，当填土压实到竖向加筋间距高度d时，在路堤横断面上贯穿铺设所述筋材2，并穿过所述土工袋3，利用所述面板砌块进行固定。重复上述步骤，直到达到路堤要求高度h为止。
[0103]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。