一种路桥融合体系的路面防裂处治方法 |
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申请号 | CN202410091033.5 | 申请日 | 2024-01-23 | 公开(公告)号 | CN117966532A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
申请人 | 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司; | 发明人 | 杨大海; 汪志甜; 任园; 吴志刚; 张玉斌; 魏庆庆; 朱俊; 陶文斌; 杨凯; 石川; 李昊煜; 周小伍; 王倩; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种路桥融合体系的路面防裂处治方法系,在土路基与拼宽 桥梁 于伸缩缝衔接处设置L型侧向限位 钢 板,L型侧向限位钢板的 底板 埋置于土路基 水 稳碎石层内,其顶部距离 沥青 路 面层 1cm;在L型侧向限位钢板与拼宽桥梁板之间设置拼宽 密封胶 ;在L型侧向限位钢板 腹板 与土路基之间设置环 氧 沥青混合料,埋置于土路基沥青 混凝土 铺装层之下。本发明基于“刚性隔离,侧向约束”的创新理念,利用L型侧向限位钢板限位 变形 ,以及环氧沥青混合料抗变形、高粘接的优异性能,有效解决采用桩板道路、桩板 挡墙 路基及半山板桥等桥梁结构的改扩建工程中板桥伸缩缝与土路基衔接处路面纵向裂缝问题,减少路面维养,提升行车舒适性。 | ||||||
权利要求 | 1.一种路桥融合体系的路面防裂处治方法,其特征在于:在土路基与拼宽桥梁于伸缩缝衔接处设置L型侧向限位钢板,L型侧向限位钢板的底板埋置于土路基水稳碎石层内,其顶部距离沥青路面层1cm; |
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说明书全文 | 一种路桥融合体系的路面防裂处治方法技术领域[0001] 本发明属于工程建设领域,尤其是改扩建工程领域,具体涉及一种路桥融合体系的路面防裂处治方法。本发明能够有效解决改扩建工程中桥梁伸缩缝与土路基衔接处路面纵向裂缝问题,减少路面维养,提升行车舒适性,形成路桥融合道路关键技术。 背景技术[0002] 当前公路建设,具体表现在:①无地可占,无土可用形势严峻;②占地、取土代价加大;③土质处理、土地复垦成本提升。传统以地和土为主体建造公路的经济性和适用性受到严重冲击。 [0003] 采用路桥融合的理念、工业化的模式,在规模化、系列化的水平上,能够实现公路的少土、无土、高效、低价建设,是应对现实挑战、响应绿色发展的必然选择。当前解决道路改扩建时的征地困难和填方量大的问题,大致可以概括为三种路桥融合体系的解决方案:方案一是采用桩板挡墙路基,方案二是采用半山半桥式路基,方案三桩板道路结构。 [0004] 但实践证明,路桥融合体系在改扩建工程应用中,还存在技术难题有待解决,即:路桥衔接处路面层出现纵向裂缝,尤其伸缩缝处裂缝病害更为严重,路面经常需要维养。这是由于搭接板梁由于温度和汽车制动等作用,对路桥衔接处路面层产生纵向拉伸作用,另外在伸缩缝处,由于路桥衔接处路面层无侧向约束,在局部汽车轮载作用下路面沥青层易向桥梁伸缩缝侧发生横向变形,在拉伸作用和横向变形下,伸缩缝处路面极易产生裂缝,进而影响结构耐久性、舒适性和安全性。因此,迫切需要研发一种路桥融合体系的路面防裂处治方法,解决路面开裂问题,形成真正的路桥融合技术。 发明内容[0005] 针对现有技术的不足,本发明提供了一种路桥融合体系的路面防裂处治方法。 [0006] 本发明的目的通过以下技术方案来实现: [0008] 在L型侧向限位钢板与拼宽桥梁板之间设置拼宽密封胶; [0010] 本发明的进一步技术: [0011] 优选的,所述的L型侧向限位钢板采用Q235或更高级别钢材,钢板弹性模量为E,沿桥梁纵向长度为m,腹板高度h,底板宽度n,钢板厚度取t,上述参数可按下步骤计算: [0012] (1)确定L型侧向限位钢板沿桥梁纵向长度为m,m: [0013] L型侧向限位钢板的设置应覆盖桥梁伸缩装置范围:m≥b+0.4(m);b为梁端缝隙; [0014] (2)确定L型侧向限位钢板腹板高度h,m: [0015] h≥0.5m; [0016] (3)确定L型侧向限位钢板底板宽度n,m: [0017] 底板宽度n=max(0.3,0.7h); [0018] (4)计算L型侧向限位钢板腹板顶部A点和底部B点在汽车轮载下的主动土压力PA、PB,此处忽略土路基沥青层的影响,偏安全考虑忽略板桥梁端缝隙以外桥、路对L型侧向限位钢板的约束作用,即此时计算简化为将板桥梁端缝隙内的L型侧向限位钢板视为侧向受压的一端锚固一端简支的悬臂梁: [0019] 土路基碎石主动土压力系数: 为碎石层内摩擦角,取45°~50°; [0020] L型侧向限位钢板腹板A点主动土压力:PA=KaqL; [0022] 汽车轮载取后轮对应值即: [0023] (5)计算L型侧向限位钢板腹板侧向土压力合力及距离B点距离: [0024] L型侧向限位钢板腹板侧向主动土压力合力: [0025] Ea距离B点的距离C: [0026] (6)计算L型侧向限位钢板厚度t,mm; [0027] L型侧向限位钢板横向受弯惯性矩: [0028] 控制A点处沥青层横向变形不超过1.5mm,故A点的侧向变形:5 弹性模量E=2.06x10MPa,t取最小整数值。 [0029] 优选的,环氧沥青混合料包括粗集料、细集料、矿粉和环氧沥青,按照体积构成原理确定原材料用量,粗集料构成骨架结构,环氧沥青包裹粗集料后形成空隙,由细集料与矿粉、环氧沥青形成的环氧砂浆进行填充,并控制环氧砂浆关键筛孔。 [0031] (1)利用颗粒流软件建立一定尺寸的离散元计算模型; [0032] (2)根据掺配比例不同,向模型内逐步档随机投放颗粒; [0035] (5)采用guass peak拟合不同粗集料掺配比例下空隙率变化关系,从而找出空隙率最小值时,粗集料掺配比例。 [0037] [0038] Pc=1000×(1‑VC)×ρc [0039] 式中:ρc——合成级配密度,g/cm3;ρsc——合成级配的击实密度,g/cm3; [0040] VC——粗集料击实后空隙率,%;Pc——1m3环氧沥青混合料粗集料用量,kg。 [0041] 优选的,所述环氧沥青包裹粗集料后形成空隙,将粗集料根据比表面积相同的原则,等效为球体,环氧沥青按照一定沥青膜包裹球体,并撑开粗集料,球体半径及撑开体积按照下式计算: [0042] [0043] [0044] 式中:SA——比表面积,m2/kg;ρ——集料的密度,g/cm3;R——集料的等效球体直径,mm; [0045] Pa1——环氧沥青裹附粗集料后撑开体积比,%;u——沥青膜厚度,um; [0046] Pc1——5~10mm粗集料比例,%;Pc2——3~5mm粗集料比例,%; [0047] D1——5~10mm粗集料等效球体直径,mm;D2——3~5mm粗集料等效球体直径,mm; [0048] 优选的,所述环氧砂浆填充在环氧沥青包裹粗集料后,撑开了部分体积之后,形成3 的空隙之中,填充完后剩余空隙率为环氧沥青混合料空隙率,按照下式计算1m环氧沥青混合料中环氧砂浆用量: [0049] [0050] 式中:Pj——1m3环氧沥青混合料中环氧砂浆用量,kg;ρj——环氧砂浆的密度,g/3 cm;VV——环氧沥青混合料空隙率,%。 [0051] 优选的,所述细集料与矿粉、环氧沥青形成的环氧砂浆,环氧沥青以一定沥青膜厚度包裹矿粉和细集料,按照下式确定1m3环氧沥青混合料中矿粉、细集料和环氧沥青用量: [0052] G+g+Pa2=Pj [0053] Pa2=u×(G×SAG+g×SAg)×ρa [0054] 式中:G——1m3环氧沥青混合料细集料用量,kg;g——1m3环氧沥青混合料矿粉用3 量,kg;Pa2——1m 环氧沥青混合料中环氧砂浆的沥青用量,kg;ρa——环氧沥青的密度,g/ 3 cm; [0055] SAG——细集料比表面积,m2/kg;SAg——矿粉比表面积,m2/kg。 [0056] 优选的,所述环氧砂浆关键筛孔控制,以环氧砂浆中关键筛孔0.075mm通过率,控制砂浆中矿粉和细集料掺配比例,按照下式确定矿粉及细集料掺配比例: [0057] [0058] 100=G1+g1 [0059] 式中:S0.075——环氧砂浆0.075mm要求的筛孔通过率,%; [0060] ——细集料0.075mm的筛孔通过率,%; [0061] ——矿粉0.075mm的筛孔通过率,%; [0062] G1——环氧砂浆中细集料比例,%; [0063] g1——环氧砂浆中矿粉比例,%。 [0064] 总体而言,本发明提供技术方案与现有技术相比,具有以下有益效果: [0065] 1、本发明能够促进公路工程建设取得节地、节土、降碳的突出效果。路桥融合体系是实现公路改扩建工程少土、无土、高效、低价建设的理想结构。本发明有效解决路桥融合体系新土路基路面纵向裂缝这一“老、大、难”问题,减少路面维养,提升行车舒适性,形成路桥融合道路关键技术,有效促进路桥融合体系在国内外改扩建工程中的推广应用,经济、社会效益显著,应用前景广阔。 [0066] 2、本发明提供的环氧沥青混合料,首先,以体积参数控制的环氧沥青混合料的设计,粗集料形成骨架,增强混合料强度,将环氧砂浆充分填充在粗集料骨架空隙中,增加环氧沥青混合料与钢板粘结界面接触面积,使得钢板与环氧沥青混合料粘结牢固。其次,结合沥青成膜理论和体积填充方法,分别计算裹附沥青与填充沥青,从功能角度精确计算环氧沥青添加量,提升环氧沥青混合料性能,更加有效发挥出环氧沥青混合料粘结、承载等方面功能。 [0067] 3、本发明路桥融合体系结构受力性能可靠、耐久性能良好,在L型侧向限位钢板与土路基路面结构之间设置环氧沥青混合料,该材料具有良好的粘结性能和承载性能,有效提升路、桥连接处路面刚度,同时确保L性限位钢板与土路基连接牢固,确保整个装置性能稳定,结构耐久。 [0068] 4、处治方法简单、明确:本发明结构简单合理、施工便捷、通用性强,处治方法简便易操作,适用于采用路桥融合体系的改扩建工程中,除公路改扩建工程外,可广泛应用于其他工程建设领域,应用前景广阔。附图说明 [0069] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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。 [0070] 图1为本发明整体结构横断面示意图; [0071] 图2为图1的A‑A断面示意图; [0072] 图3为图1的B‑B横断面示意图; [0073] 图4为L型侧向限位钢板立面图; [0074] 图5为L型侧向限位钢板橫截面图; [0075] 图6为L型侧向限位钢板主动土压力计算示意图; [0076] 图7为测定混合料内部空隙率; [0077] 图中,1‑L型侧向限位钢板、2‑环氧沥青混合料、3‑现浇过渡段、4‑拼宽密封胶。 具体实施方式[0078] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例和附图,进一步阐述本发明,但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例,并非全部。基于实施方式中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例,都属于本发明的保护范围。 [0079] 如图1‑6本发明提供用于路面防裂处治的路桥融合体系,该方法具体为: [0080] L型侧向限位钢板1,设置在土路基与拼宽桥梁于伸缩缝衔接处,其底板埋置于土路基水稳碎石层内,通过环氧沥青混合料与土路基实现连接,其应顶部距离沥青路面层1cm; [0081] 环氧沥青混合料2,设置在L型侧向限位钢板腹板与土路基之间,埋置于土路基沥青混凝土铺装层之下;其包括粗集料、细集料、矿粉和环氧沥青组成,按照体积构成原理确定原材料用量,粗集料构成骨架结构,环氧沥青包裹粗集料后形成空隙,由细集料与矿粉、环氧沥青形成的环氧砂浆进行填充,并控制环氧砂浆关键筛孔。 [0082] 现浇过渡段3,设置在拼宽桥搭接板梁与土路基之间,搭接板梁内钢筋伸入其中,浇筑C40混凝土组成; [0083] 拼宽密封胶4,设置在L型侧向限位钢板与搭接板梁之间。 [0084] 所述的L型侧向限位钢板1,可参考以下案例设计: [0085] 某采用路桥融合体系的改扩建工程,应用了本发明路面防裂处治方法,拼宽桥梁为联长为42m的桩板结构,采用弹性混凝土无缝伸缩缝,梁端缝隙b=40mm;L型侧向限位钢5 3 板采用Q235钢材,弹性模量E=2.06x10MPa;土路基碎石层平均重度γ=22kN/m ,内摩擦角取45°。 [0086] (1)确定L型侧向限位钢板长度m(m): [0087] m≥0.04+0.4=0.44m,m取0.5m。 [0088] (2)确定L型侧向限位钢板腹板高度h(m): [0089] h=0.7m≥0.5m。 [0090] (3)确定L型侧向限位钢板底板宽度n(m): [0091] n=max(0.3,0.7x0.7)=0.49m。 [0092] (4)计算L型侧向限位钢板腹板顶部A点和底部B点在汽车轮载下的主动土压力PA、PB。 [0093] 汽车轮载按照《公路桥涵通用设计规范》取后轮对应值即: [0094] 土路基碎石主动土压力系数: [0095] L型侧向限位钢板腹板A点主动土压力:PA=0.172x583.3=100.3KPa; [0096] L型侧向限位钢板腹板B点主动土压力: [0097] PB=0.172x(22x0.7+583.3)=103.0KPa; [0098] (5)计算L型侧向限位钢板腹板侧向土压力合力及距离B点距离: [0099] 侧向主动土压力合力: [0100] Ea距离B点的距离C: [0101] (6)计算L型侧向限位钢板厚度t: [0102] L型侧向限位钢板横向受弯惯性矩: [0103] 为确保沥青路面层不开裂,控制A点处沥青层横向变形不超过1.5mm,A点的侧向变形: [0104] [0105] t≥19.9mm,t取20mm。 [0106] 所述的环氧沥青混合料2沿路线方向长度L=0.5+0.1=0.6m,横向宽度B=0.49+0.1=0.59m。 [0107] 所述的环氧沥青混合料2,设置在L型侧向限位钢板1腹板与土路基之间,埋置于土路基沥青混凝土铺装层之下;其包括粗集料、细集料、矿粉和环氧沥青,按照体积构成原理确定原材料用量,粗集料构成骨架结构,环氧沥青包裹粗集料后形成空隙,由细集料与矿粉、环氧沥青形成的环氧砂浆进行填充,并控制环氧砂浆关键筛孔。 [0108] 所述的环氧沥青混合料2,可参考以下案例设计: [0109] 原材料筛分结果如下所述所示: [0110] 表1集料筛分结果 [0111] [0112] 应用颗粒流软件建立二维离散元计算模型,集料厚度取1mm,设置所有集料总重量为100kg,公称最大粒径为9.5mm,模型边界250mm×500mm。按照粒径5~10mm与3~5mm集料比值为0:100、20:80、40:60、50:50、60:40、80:20、100:0的比例,利用颗粒流软件向模型内逐档随机投料,通过设置重力加速度使所有集料颗粒在重力作用下达到平衡,通过监控颗粒系统中平均不平衡力趋于稳定,沿着模型中心位置,设置半径为100mm的测量圆,测定混合料内部空隙率如图7所示,并采用guass peak拟合不同粗集料掺配比例下空隙率变化关系: [0113] 按照上述拟合结果,5~10mm与3~5mm在55:45时,空隙率最小。按照上述比例配制3 粗集料,对粗集进行马歇尔击实法,单面击实100次,测定混合料空隙率,并确定1m环氧沥青混合料中粗集料质量: [0114] [0115] [0116] 按照下式将两种粗集料按照相同比表面积,等效为单粒径的球体: [0117] [0118] 计算得5~10mm等效粒径D1为2.41mm,3~5mm等效粒径D2为1.76mm。 [0119] 根据环氧沥青混合料空间构成原理和沥青成膜特性,沥青膜厚度取10um,混合料空隙率按照3%进行控制,按照下式确定环氧沥青砂浆用量。 [0120] [0121] P′a1=Pa1×ρa=61.91kg [0122] [0123] 沥根据沥青成膜理论控制新沥青掺入比例,沥青以一定膜厚度裹附集料表面,计2 2 算细集料及矿粉的比表面积SAG=9.06m /kg,SAg=30.83m/kg,沥青膜厚度取10um,沥青密 3 度1020kg/m,计算沥青用量。环氧沥青用量主要包括包裹粗集料成膜沥青,以及环氧沥青砂浆中沥青, [0124] G+g+Pa2=532.4 [0125] [0126] 并以环氧砂浆关键筛孔0.075mm通过率为15%,控制环氧砂浆中矿粉和细集料掺配比例。 [0127] [0128] 100=g1+G1 [0129] 经计算环氧砂浆中矿粉及细集料比例为70:30。 [0130] 经计算,1m3环氧沥青混合料中5~10mm粗集料1215.5kg,3~5mm粗集料994.5kg,0~3mm细集料为238kg,矿粉为102kg,沥青用量为裹附粗集料沥青与环氧砂浆中沥青总和为254.3kg。 [0132] 需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 |