[发明专利]低路堤防排水试验系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于检验高速公路细粒土低路堤防排水效果的试验技术领域，具体涉及一种低路堤防排水试验系统及其方法。

背景技术

目前我国公路用地指标偏高，平原地区高速公路路基平均填土高度3.7m～5m，路基过高将造成土石方数量增加，桥涵、排水和防护工程数量增加，公路用地面积增大，工程规模大，造价高，对周围自然环境也产生负面影响。随着国家高速公路网和农村公路建设的全面实施，环境和资源约束的矛盾更加突出。节约土地是公路建设必须优先考虑的问题。我国平原地区高速公路路基平均填土高度较大，已不能适应建设资源节约型和环境友好型社会的要求。降低路基高度，采用低路堤方案是实现土地节约的有效措施。

虽然低路堤方案具有“节约土地、降低工程规模、节省工程投资、路侧安全性好、与自然、人文环境和谐”的优点；但低路堤也存在排水困难问题，气候环境、地下水等对路基土性能产生显著影响，不仅造成路基土长期强度衰减，而且含水量较高的路基在重型汽车动荷载作用下将产生较大的塑性变形，并加剧软土地基的沉降变形，导致路基路面产生过早的变形破坏。因此，要保证低路堤在抵抗环境影响和汽车荷载作用时具有足够的强度，就必须采取十分有效的防排水技术措施，但目前尚无成熟的低路堤防排水设计方法与技术措施。为此，寻求一种科学有效的检验低路堤防排水效果的试验方法和设备，已经成为低路堤防排水设计乃至整个低路堤工程建设中一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低路堤防排水试验系统及其方法，用于检验高速公路细粒土低路堤防排水效果，为低路堤防排水设计和施工提供科学的依据。

本发明的目的是这样实现的：

地下水位、土的类型以及环境因素是影响低路基湿度的主要因素，而路基湿度对路基回弹模量具有重要的影响。随着湿度的增大路基回弹模量将会降低，其抵抗变形的能力会大大减弱，从而影响路基的使用寿命。对于一般粘质土和粉质土路基，毛细水上升高度为地下水位线以上0.5～1.0m，通常毛细水高度范围内这部分路基含水量过高。若在路基内部设置一定厚度的沙石垫层，由于沙石垫层孔径较大，不易形成毛细带，从而可以阻止毛细水的上升，起到防水的效果；若在路基内部设置透水性较好的PVC软式透水管或三维复合排水网等，再设置相应排水通道，则可将渗入路基的地面水和部分地下水排出，从而降低地下水位，到达排水的目的。然而，如何检验路基中防排水设施的效果，反过来指导低路堤防排水设计显得十分重要。

为检验低路基中防排水设施的效果，本发明设计了三个模型槽，分别模拟三种工况，用以比较。工况一，不设防排水设施；工况二，设置普通沙垫层防水材料；工况三，设置新型复合防排水材料。

地下水在粘质土或粉质土压实路基中上升缓慢，为加快试验速度，在模型槽底部铺设一层10cm厚的碎石层作为持水层，其上铺设一层透水土工布，防止地基细粒土落入碎石孔隙中。同时在通入模型槽的进水口处设置滤网，防止碎石堵塞进水管道。

为了消除温度对试验结果的影响，试验要求在(25±2℃)的恒温试验室中进行。

具体地说，本发明包括低路堤防排水试验系统和低路堤防排水试验方法。

一、低路堤防排水试验系统(简称系统)

本系统包括有机玻璃模型箱、带刻度水箱、联结管路、进水阀门、排水阀门、滤网、自来水、碎石持水层、透水土工布、地基填土、路堤填土、渗水土工织物、沙垫层防水设施、PVC渗沟、新型复合防排水板、孔隙水压力计、土壤吸力传感器、含水率探头、带排水孔的隔板和综合测试仪；

带刻度水箱、联结管路和有机玻璃模型箱前后依次连接成一个整体；

在带刻度水箱内盛有自来水；

在联结管路上设置有进水阀门和排水阀门，在联结管路插入有机玻璃模型箱内的端口连接有滤网；

在有机玻璃模型箱内设置有两块带排水孔的隔板，将有机玻璃模型箱分隔成三个大小一样的第1、2、3模型槽；

在第1模型槽内，底部铺设碎石持水层和透水土工布，下部填筑地基填土，上部填筑路堤填土；

在第2模型槽内，从下到上依次铺设有碎石持水层、透水土工布、地基填土、渗水土工织物、沙垫层防水设施和填筑路堤填土；

在第3模型槽内，从下到上依次铺设有碎石持水层、透水土工布、地基填土、PVC渗沟、新型复合防排水板和填筑路堤填土；

在第1、2、3模型槽内埋设传感仪器：

在地基填土内的同一高度埋设有两组孔隙水压力计、土壤吸力传感器和含水率探头；

在路堤填土内上下不同高度内分别埋设有两组孔隙水压力计、土壤吸力传感器和含水率探头。