一种土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法.pdf

本发明公开了一种土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法，属于土木工程中的路基技术领域，步骤如下：地基处理、砂砾石垫层施工、铺设双向土工格栅及透水土工布，逐层进行路基两侧粘土包边层与尾矿砂路基主体上料摊铺作业、碾压施工、尾矿砂路基主体和包边粘土间的单向土工格栅施工至设计标高，最后进行掺灰粘土封盖层施工。通过在路基两侧粘土包边层与尾矿砂路基主体之间铺设单向土工格栅，减小粘土与尾矿砂两种填料之间不均匀沉降、路基稳定性不足等缺陷。本发明具有结构简单、成本低廉、便于施工的优点，可增加尾矿砂用量及路基整体稳定性，减少不均匀沉降及路基土方用量、减少降水入渗和毛细水上升、提高路基断面内部排水性能。

1.  一种土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法，步骤如下：
（一）、地基处理：
1）、清除地表杂物，2）、地基挖方，3）、地基碾压；
（二）、砂砾石垫层（4）施工：在平整压实后的地基上铺设砂砾石垫层（4），砂砾石垫层（4）所用石料为抗风化的干净砾石或轧制碎石，石料缝隙用石屑填充、整平后碾压密实；
（三）双向土工格栅（6）、透水土工布（7）铺设：
在砂砾石垫层（4）上铺设双向土工格栅（6），拉紧并采用“U”型钉等措施固定双向土工格栅（6）于砂砾石垫层（4）表面，然后在双向土工格栅（6）上面再铺设透水土工布（7）；
（四）路基两侧粘土包边层（2）与尾矿砂路基主体（1）上料摊铺作业：
路基两侧粘土包边层（2）与尾矿砂路基主体（1）同步上料摊铺；整理尾矿砂和粘土填料的交界处，使其形成整齐的交界线；
（五）逐层碾压施工；
（六）尾矿砂路基主体（1）和路基两侧粘土包边层（2）之间的单向土工格栅（5）施工：
在尾矿砂路基主体（1）和路基两侧粘土包边层（2）之间水平分层铺设单向土工格栅（5），单向土工格栅（5）延伸至尾矿砂内，单向土工格栅（5）在路基两侧粘土包边层（2）内应满铺；
重复步骤（四）～（六）至设计标高；
（七）掺灰粘土封盖层（3）施工：
在尾矿砂路基主体（1）和路基两侧粘土包边层（2）的上表面先铺设一层单向土工格栅（5），然后在单向土工格栅（5）上方摊铺掺灰粘土作为封盖层（3）。

2.  根据权利要求1所述的土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法，其特征在于：步骤（一）中地基碾压的压实度不应小于90％，步骤（二）中砂砾石垫层（4）铺填完毕用推土机整平后以激振力200 KN以上的振动压路机先稳压1～2遍，再振压3～4遍。

3.  根据权利要求1所述的土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法，其特征在于：步骤（四）中路基两侧粘土包边层（2）与尾矿砂路基主体（1）上料摊铺时，按照每层虚铺厚度40㎝进行施工，压实后厚度基本为30㎝左右；包边粘土和尾矿砂摊铺时先用推土机进行初平，再用平地机进行精平施工，同时人工配合整理尾矿砂和粘土填料的交界处；步骤（五）中碾压施工时采用由路基两侧粘土包边层（2）向路基中心碾压的方法，碾压时轨迹重叠宽度不小于1/3轨迹宽，在路基两侧粘土包边层（2）与尾矿砂路基主体（1）交界处应着重碾压；尾矿砂与路基两侧粘土包边层（2）交界处采取静压两遍，轻震两遍，然后强震2~4遍，最后采用轻震1遍、静压4遍收面的碾压方式。

4.  根据权利要求1所述的土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法，其特征在于：步骤（六）中按照路基中包边粘土与尾矿砂每填高90㎝为一层进行铺设，单向土工格栅（5）延伸至尾矿砂内的铺设长度不小于1.0m。

5.  根据权利要求1所述的土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法，其特征在于：步骤（七）中封盖层（3）采用5%掺入比的石灰土，压实后的掺灰粘土层厚度应不小于50㎝，所述石灰土中的消石灰粒径不大于2 cm。

6.  根据权利要求1所述的土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法，其特征在于：步骤（四）中包边粘土与尾矿砂上料摊铺作业时，用推土机和平地机配合完成的摊铺作业面应保持为1.5%的横向坡度，填铺面在经过精平后应达到纵向和横向平顺均匀，层面无显著的局部凹凸的要求，从而实现较好的压实效果；同时应保证两侧包边粘土的粘土填料实际铺设宽度均大于设计宽度30cm以上，以避免路基边坡处压实度不足和施工期间降水冲刷的情况。

7.  根据权利要求1所述的土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法，其特征在于：在步骤（三）、（六）、（七）中单向土工格栅（5）和双向土工格栅（6）在铺设过程中不得使其出现扭曲、折皱、重叠，且应一次铺设足够的长度，在受力方向联结处的强度不得低于材料设计抗拉强度，且其搭接长度应不小于15 cm；距离单向土工格栅（5）和双向土工格栅（6）5cm范围内的填料粒径不得大于3cm；同时注意单向土工格栅（5）和双向土工格栅（6）在铺设好后应尽快用土料填盖以减少材料老化。

8.  根据权利要求1所述的土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法，其特征在于：在步骤（六）、（七）中单向土工格栅（5）在铺设过程时应确保将单向土工格栅受力方向垂直于路基走向。

9.  根据权利要求1所述的土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法，其特征在于：步骤（二）中砂砾石垫层（4）所用石料应级配良好，粒径≤30mm，石料的集料压碎值不大于30%，含泥量小于3%，所述砂砾石垫层（4）压实后的厚度不小于50㎝。

一种土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法
技术领域
本发明属于土木工程中的路基技术领域。
背景技术
尾矿砂的主要组成即选矿厂排放的尾矿浆在经过脱水过程后形成的固体矿业废料，其存储设施即尾矿库，从环保和安全上来说是重大的污染源和危险源，尾矿库一旦出现事故不仅涉及到矿山自身的生产安全，而且关系到周边及其下游居民的生命财产的安危，主要危害包括：尾矿库垮塌、污染环境、占用土地资源、运营成本高等。
我国大量堆存并在不断增加的尾矿砂是巨大的潜在风险源，因此应研究合理的措施实现其综合应用，从而使这个工业废弃物达到“变废为宝”的目的。以我国近期情况来看，大规模的土木工程建设中需要设置取土场以解决填筑所需的土石方量，如能通过合理的设计和施工措施以实现将尾矿砂用于路基填筑等目的，则可实现既节约了取土场占地、又利用了尾矿料堆积存放的双赢目的。
经检索，在文献1：学位论文《粘土包边尾矿砂路基施工控制及稳定性研究》（吴广宇，2012，石家庄铁道大学）；文献2：专利申请《一种粘土包边尾矿砂路基结构及其施工方法》（申请公布号：CN 102704363 A，杨广庆）；文献3：《尾砂矿作为路基填料的探讨》（《公路》1998 年第11 期44-47 页）；文献4：专利《一种填筑尾矿砂的路基》（授权号：CN 203625741 U，张晓燕）中均提到了尾矿砂路基结构。其中文献1和3均未提及在粘土包边尾矿砂路基断面上设置由内向外的排水系统，因此不利于路基的长期稳定性；在文献2中通过在路基底部设置排水管来解决，但该方法排水区域有限且易于淤堵。文献4中路基结构上部为砂砾石上封层故外界降水易渗入路基体内，且该方法未考虑在路基断面上设置排水设施，故而不利于路基的长期性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单、成本低廉的土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法，可提高工业废弃物尾矿砂的再利用率、减少对土地资源的消耗、保证路基结构的安全性及工程质量、减少工程病害并提高耐久性。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法，步骤如下：
（一）、地基处理：
1）、清除地表杂物，2）、地基挖方，3）、地基碾压；
（二）、砂砾石垫层施工：在平整压实后的地基上铺设砂砾石垫层，砂砾石垫层所用石料为抗风化的干净砾石或轧制碎石，石料缝隙用石屑填充、整平后碾压密实；
（三）双向土工格栅、透水土工布铺设：
在砂砾石垫层上铺设双向土工格栅，拉紧并采用“U”型钉等措施固定双向土工格栅于砂砾石垫层表面，然后在双向土工格栅上面再铺设透水土工布；
（四）路基两侧粘土包边层与尾矿砂路基主体上料摊铺作业：
路基两侧粘土包边层与尾矿砂路基主体同步上料摊铺；整理尾矿砂和粘土填料的交界处，使其形成整齐的交界线；
（五）逐层碾压施工；
（六）尾矿砂路基主体和路基两侧粘土包边层间的单向土工格栅施工：
在尾矿砂路基主体和路基两侧粘土包边层之间水平分层铺设单向土工格栅，单向土工格栅延伸至尾矿砂内，单向土工格栅在路基两侧粘土包边层内应满铺；
重复步骤（四）～（六）至设计标高；
（七）掺灰粘土封盖层施工：
在尾矿砂路基主体和路基两侧粘土包边层的上表面先铺设一层单向土工格栅，然后在单向土工格栅上方摊铺掺灰粘土作为封盖层。
在步骤（一）中地基碾压的压实度不应小于90％，步骤（二）中砂砾石垫层铺填完毕用推土机整平后以激振力200 KN以上的振动压路机先稳压1～2遍，再振压3～4遍。
在步骤（四）中路基两侧粘土包边层与尾矿砂路基主体上料摊铺时，按照每层虚铺厚度40㎝进行施工，压实后厚度基本为30㎝左右；包边粘土和尾矿砂摊铺时先用推土机进行初平，再用平地机进行精平施工，同时人工配合整理尾矿砂和粘土填料的交界处；步骤（五）中碾压施工时采用由路基两侧粘土包边层向路基中心碾压的方法，碾压时轨迹重叠宽度不小于1/3轨迹宽，在路基两侧粘土包边层与尾矿砂路基主体交界处应着重碾压；尾矿砂与路基两侧粘土包边层交界处采取静压两遍，轻震两遍，然后强震2~4遍，最后采用轻震1遍、静压4遍收面的碾压方式。
在步骤（六）中按照路基中包边粘土与尾矿砂每填高90㎝为一层进行铺设，单向土工格栅延伸至尾矿砂内的铺设长度不小于1.0m。
在步骤（七）中封盖层采用5%掺入比的石灰土，压实后的掺灰粘土层厚度应不小于50㎝，所述石灰土中的消石灰粒径不大于2 cm。
在步骤（四）中包边粘土与尾矿砂上料摊铺作业时，用推土机和平地机配合完成的摊铺作业面应保持为1.5%的横向坡度，填铺面在经过精平后应达到纵向和横向平顺均匀，层面无显著的局部凹凸的要求，从而实现较好的压实效果；同时应保证两侧包边粘土的粘土填料实际铺设宽度均大于设计宽度30cm以上，以避免路基边坡处压实度不足和施工期间降水冲刷的情况。
在步骤（三）、（六）、(七)中单向土工格栅和双向土工格栅在铺设过程中不得使其出现扭曲、折皱、重叠，且应一次铺设足够的长度，在受力方向联结处的强度不得低于材料设计抗拉强度，且其搭接长度应不小于15 cm；距离单向土工格栅和双向土工格栅5cm范围内的填料粒径不得大于3cm；同时注意单向土工格栅和双向土工格栅在铺设好后应尽快用土料填盖以减少材料老化。
在步骤（六）、（七）中单向土工格栅在铺设过程时应确保将单向土工格栅受力方向垂直于路基走向。
步骤（二）中砂砾石垫层所用石料应级配良好，粒径≤30mm，石料的集料压碎值不大于30%，含泥量小于3%，所述砂砾石垫层压实后的厚度不小于50㎝。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过在路基边坡两侧设置粘土包边层并与尾矿砂路基主体之间铺设单向土工格栅，可减小粘土与尾矿砂两种填料由于性能差异而导致的不均匀沉降、路基稳定性不足等缺陷；单向土工格栅置于路基两侧粘土包边层的土体中作为增强拉筋材料，延伸至尾矿砂路基主体内与尾矿砂填料一起构成一个复合受力体，可提高其整体强度，改善其变形与破坏特性；封盖层内经掺灰处理后的粘土强度和刚度得以提升，同时减少了外界降水入渗，封盖层下满铺的单向土工格栅可调整均化路基所承受的上部荷载，有利于减少不均匀沉降。本发明具有施工方便、结构简单、成本低廉、路基整体强度高的优点，可提高工业废弃物尾矿砂的再利用率及路基的整体稳定性，减少不均匀沉降及路基粘土填料用量、减少降水入渗和毛细水上升、提高路基断面内部排水性能。
附图说明
图1是本发明中路基断面的结构示意图；
图中：1-尾矿砂路基主体，2-路基两侧粘土包边层，3-封盖层，4-砂砾石垫层，5-单向土工格栅，6-双向土工格栅，7-透水土工布。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明公开了一种土工格栅加筋粘土包边尾矿砂路基的施工方法，该路基结构断面如图1所示，包括置于地表上的尾矿砂路基主体1，以及设置在尾矿砂路基主体1两侧的粘土包边层2和上表面的封盖层3，所述尾矿砂路基主体1下方设有沿路基走向的砂砾石垫层4，所述砂砾石垫层4设置于地表下，在砂砾石垫层4与尾矿砂路基主体1之间自下而上依次铺设双向土工格栅和透水土工布，所述路基两侧粘土包边层2中水平、间隔铺设单向土工格栅5且单向土工格栅5延伸至尾矿砂路基主体1内。所述尾矿砂路基主体1和路基两侧粘土包边层2上表面的封盖层3为掺灰粘土，在尾矿砂路基主体1与封盖层3之间铺设单向土工格栅5。具体施工步骤如下：
（一）、地基处理：
1）、清除地表杂物，2）、地基挖方，3）、地基碾压，其压实度不应小于90％；
（二）、砂砾石垫层4施工：在平整压实后的地基上铺设砂砾石垫层4，砂砾石垫层4压实后的厚度不小于50㎝，砂砾石垫层4所用石料应级配良好，粒径≤30mm，石料的集料压碎值不大于30%，含泥量小于3%，所用石料为抗风化的干净砾石或轧制碎石，石料缝隙用石屑填充，整平后碾压密实，用推土机整平后以激振力200 KN以上的振动压路机先稳压1～2遍，再振压3～4遍；
（三）双向土工格栅6、透水土工布7铺设：
砂砾石垫层4经检验合格后在其上先铺设双向土工格栅6，拉紧并采用“U”型钉等措施固定双向土工格栅6于砂砾石垫层4表面，然后在双向土工格栅6上面再铺设透水土工布7；
（四）路基两侧粘土包边层2与尾矿砂路基主体1上料摊铺作业：
路基两侧粘土包边层2与尾矿砂路基主体1同步上料摊铺，包边粘土和尾矿砂摊铺时先用推土机进行初平，再用平地机进行精平施工，同时人工配合整理尾矿砂和粘土填料的交界处，使其形成整齐的交界线。可按照每层虚铺厚度40㎝进行上料摊铺，压实后厚度基本为30㎝左右，应保证两侧粘土填料的实际铺设宽度均大于设计宽度30cm以上，以避免路基边坡处压实度不足和施工期间降水冲刷的情况；包边粘土与尾矿砂在上料摊铺作业时，用推土机和平地机配合完成的摊铺作业面应保持为1.5%的横向坡度，填铺面在经过精平后应达到纵向和横向平顺均匀，层面无显著的局部凹凸的要求，从而实现较好的压实效果；
（五）逐层碾压施工：
碾压时采用由路基两侧粘土包边层2向路基中心碾压的方法，碾压时轨迹重叠宽度不小于1/3轨迹宽，在路基两侧粘土包边层2与尾矿砂路基主体1交界处应着重碾压；尾矿砂与路基两侧粘土包边层2交界处采取静压两遍，轻振两遍，然后强振2~4遍，最后采用轻振1遍、静压4遍收面的碾压方式；压实质量检测方法及指标应按照表1、表2确定。
（六）尾矿砂路基主体1和路基两侧粘土包边层2间的单向土工格栅5施工：
在尾矿砂路基主体1和路基两侧粘土包边层2之间水平铺设单向土工格栅5，按照路基中包边粘土与尾矿砂每填高90㎝为一层进行铺设，单向土工格栅5延伸至尾矿砂内的铺设长度不小于1.0m，在路基两侧粘土包边层2的粘土内应满铺；
重复步骤（四）～（六）至设计标高；
（七）掺灰粘土封盖层3施工：
在尾矿砂路基主体1和路基两侧粘土包边层2的上表面先铺设一层单向土工格栅5，然后在单向土工格栅5上方摊铺掺灰粘土作为封盖层3，封盖层3采用5%掺入比的石灰土，压实后的掺灰粘土层厚度应不小于50㎝，所述石灰土中的消石灰粒径不大于2 cm。
为了保证单向土工格栅5和双向土工格栅6施工质量，在步骤（三）、（六）、（七）中单向土工格栅5和双向土工格栅6在铺设过程中不得使其出现扭曲、折皱、重叠，且应一次铺设足够的长度，在受力方向联结处的强度不得低于材料设计抗拉强度，且其搭接长度应不小于15 cm；距离单向土工格栅和双向土工格栅5cm范围内的填料粒径不得大于3cm；同时注意单向土工格栅5和双向土工格栅6在铺设好后应立即用土料填盖以免老化等损坏。在步骤（六）、（七）中单向土工格栅5在铺设过程时应确保将单向土工格栅5受力方向垂直于路基走向。
双向土工格栅6可选用双向聚丙烯土工格栅，单向土工格栅5可选用单向高密度聚乙烯土工格栅；透水土工布7是由合成纤维通过针刺或编织而成的透水性土工合成材料，具有优秀的过滤、隔离、加固防护作用。砂砾石垫层4上方铺设的双向土工格栅6和透水土工布7可提高路基的承载力和刚度、便于排出路基内部水分和隔离路基内填筑的尾矿砂填料、减少地下毛细水上升对路基产生病害等作用；路基两侧粘土包边层2采用粘土包边可消除尾矿砂抗冲刷、侵蚀能力差，在降水及风力侵蚀作用下易产生坡面破坏等缺陷，同时粘土包边可减少降水对路基本体的入渗；在路基两侧粘土包边层2与尾矿砂路基主体1交界处铺设单向土工格栅5可以减少尾矿砂路基主体1与路基两侧粘土包边层2两者之间的差异沉降、提高路基边坡稳定性或提高路基边坡坡度以减小土地资源占用、在路基断面内可实现减少路基两侧粘土包边层2包边粘土用量增加尾矿砂用量。
封盖层3内为掺灰粘土经掺灰处理后粘土强度和刚度均得以提升，同时减少了外界降水入渗；封盖层3下方满铺的单向土工格栅5的受力方向应垂直路基轴向,可调整均化路基所承受的上部荷载，有利于减少不均匀沉降。
本发明采用在路基两侧粘土包边层2与尾矿砂路基主体1交界处铺设单向土工格栅，目的在于减小粘土和尾矿砂两种填料由于性能差异而导致的路基不均匀沉降、路基稳定性不足等病害。单向土工格栅置于路基两侧粘土包边层2的土体中作为增强拉筋材料，与尾矿砂路基主体1的尾矿砂填料一起构成一个复合受力体，可提高其整体强度，改善其变形与破坏特性，即形成“加筋土”复合受力结构。
本发明的质量控制标准如下：
一、路基压实质量控制标准：
路基填料的压实最佳含水量及最大干密度及其它指标应取具有代表性的试样进行击实试验确定。击实试验方法按现行部颁《公路土工试验规程》（JTG E40—2007）进行。施工中如发现填料性质有变化，则应及时补做相关的土工试验。为确保路基主体填筑质量，按照表1中的压实度（重型）和CBR值双指标法对土质路基的质量进行控制。

二、压实质量检测频率，压实度等指标的分层检测及频率见下表2执行
       综上所述，本发明具有结构简单、成本低廉、路基整体强度高的优点，可提高工业废弃物尾矿砂的再利用率及路基的整体稳定性，减少不均匀沉降及路基粘土填料用量、减少降水入渗和毛细水上升、提高路基断面内部排水性能，减少对土地资源的消耗、保证路基结构的安全性及工程质量、减少工程病害并提高耐久性，且该设计施工方法便于掌握、成本低廉故有利于推广。