CN117051640A - 一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法，涉及公路工程混凝土路面破损养护维修技术领域，本发明设置凸型坑槽修补结构，在改善新旧混凝土面板接缝之外的区域的层间接触状态的基础上，重载及环境耦合作用下，有效改善水泥路面新旧板接缝区域的受力特征，在面层或者接缝处产生裂缝时，复合隔离层中的防水薄膜层防止水流到基层中，防止在行车荷载作用下，路面板产生泵吸、唧泥现象，同时在面层与基层间设置复合隔离层形式，改善面层与半刚性或刚性基层的层间接触状态，面层与基层间为竖向连续光滑接触，混凝土面板承受荷载时，整体受力把外荷载均匀地分散到基层上去。
Description
技术领域
本发明涉及公路工程混凝土路面破损养护维修技术领域，具体为一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法。
背景技术
当前混凝土路面修补主要采取划线切割—凿除破损混凝土—浇筑修补混凝土这一方式，未对修补区域混凝土路面与路基接触状态进行处理，同时未对新旧混凝土面板接缝处进行处理，这一处理方式，不符合我国水泥混凝土路面弹性半空间地基上小挠度薄板设计理论，它假设面层与基层间为竖向连续光滑接触，即在变形过程中面板与基层接触面始终吻合，面板与基层的竖向位移相等，且在面板与基层的接触面上没有摩擦阻力的存在。
而当前水泥混凝土路面修补摊铺混凝土面层时，水泥浆通过基层裂缝渗入基层内，在基层与面层间形成一种强度较弱的过渡层，过渡层使得基层与水泥混凝土面层之间存在很高的摩擦作用。新旧混凝土接缝处底部更是作为薄弱区域，在重载荷交通反复作用、温度或湿度梯度产生的翘曲应力或者干缩应力因素情况下产生应力集中，板底受到弯拉应力，由于应力集中而产生裂纹，在裂纹贯穿板厚的瞬间，混凝土板在裂纹两端附近的拉应力完全释放，就像一个拉紧的弹簧突然断开一样，混凝土板将产生巨大的回复力而使面层回缩，这种突然产生的回复力是非常大的。由于过渡层的存在将面层和基层粘接成了整体，因此，基层将阻止这种回复运动，这就必然在连结界面附近产生巨大的剪切力，剪切力的作用将很快使面层和基层之间的界面形成水平方向的裂纹，这一裂纹将使面层与基层沿过渡层分离，出现分离界面；
层间过渡层破碎后，破碎层会发生非均匀膨胀，加剧路面非均匀脱空，使路面承载力下降；水沿路面接缝或裂缝进入面层与基层的界面后，在车辆荷载冲击作用下，会引起破碎层的冲刷脱空，使面层与基层接触状况进一步恶化，水泥混凝土路面修补结构的破坏速度变快，从而使得水泥混凝土路面修补结构的使用寿命较短，修补效果不佳。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的水泥混凝土路面修补结构易产生二次破损的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法，其特征在于，该方法包括：
路面修补结构组合，包括凸型坑槽、基层、多层土工布层与防水薄膜层结合组成的复合隔离层、砂浆找平层、加强筋、传力杆、注浆层、预埋压力盒以及混凝土面层，其中：
a.凸型坑槽由凿除破损混凝土路面、待修补部分凿除基层组成，待修补部分凿除基层面积大于破损面层凿除面积，待修补部分凿除基层边界超出上层切割线并与原有面层底部组成空腔；
b.基层顶面经部分凿除后出现粗糙表面后，使用砂浆对基层粗糙顶面进行平层并形成找平层；
c.多层土工布层与防水薄膜层结合组成的复合隔离层位于凸型坑槽内找平层上；
d.传力杆采用U型传力杆，与加强筋配合，U型传力杆-加强筋复合结构安装时，传力杆-加强筋的传力杆功能端***钻孔内，加强筋功能端随之***空腔内，传力杆-加强筋复合结构在行车方向纵向排列，修补结构两侧边角处适当加密布置，通过横向加强筋焊接使之形成整体结构；
e.注浆层由具有弹性的注浆袋构成，注浆袋尺寸与空腔尺寸一致，注浆袋靠近加强筋的一侧开设两个连接孔A和两个连接孔B，弹性注浆袋外表面布置有小型网状管路，小型网状管路上设置有均匀分布小孔，网状管路呈井字结构并均匀分布于弹性注浆袋表面。
优化修补施工方法，包括：
步骤1、施工边界确定，受损旧水泥混凝土路面切割破除；
步骤2、路基顶面夯实、找平；
步骤3、压力盒预埋；
步骤4、隔离层铺设；
步骤5、加强筋-传力杆安装；
步骤6、注浆层铺设；
步骤7、修补材料浇筑。
本发明进一步地设置为：所述施工边界确定，受损旧水泥混凝土路面切割破除步骤中，待修补部分凿除基层边界与原有面层底部组成的空腔，在行车方向上长度大于0.5m小于1m，高度大于5cm小于20cm；
本发明进一步地设置为：所述压力盒预埋步骤中，在修补区域中心，基层顶面位置布置一个预埋压力盒，在修补区域边角两侧位置，基层顶面位置分别布置一个预埋压力盒，压力盒位于复合隔离层下，基层顶面上；对应的，在空腔区域，位于空腔顶面中心区域，以及临近修补接缝一侧的两个边角分别布置预埋压力盒；
本发明进一步地设置为：所述隔离层铺设步骤中，多层土工布层具体为两层，第一层土工布位于找平层上，防水薄膜层位于第一层土工布上，第二层土工布位于防水薄膜层上，两层土工布与一层防水薄膜形成复合隔离层夹层结构，复合隔离层边界粘结处理，多层土工布层与防水薄膜层结合组成的复合隔离层位于凸型坑槽内找平层上，铺设面积等于被凿除部分路基面积，一端深入原有混凝土路面与被凿除部分基层所夹成的空腔内并紧贴基层一侧；
本发明进一步地设置为：所述加强筋-传力杆安装步骤中，空腔铺设完复合隔离层后，在原有混凝土路面切割面一侧钻孔，将U型传力杆-加强筋复合结构安装，传力杆-加强筋的传力杆功能端***钻孔内，加强筋功能端随之***空腔内，传力杆-加强筋复合结构在行车方向纵向排列，修补结构两侧边角处适当加密布置，横向加强筋焊接构成整体结构；
本发明进一步地设置为：所述注浆层铺设步骤中，具体的，首先将L型注浆管出浆口一端连接弹性注浆袋，分别连接接口A与接口B，将弹性注浆袋放置入空腔区域，位于复合隔离层以及加强筋上，注浆口另一端朝上并高出原有路面标高；
本发明进一步地设置为：所述注浆层铺设步骤中，整平修补区域隔离层并清理干净接缝表面浮渣，在进行混凝土浇筑前，通过接口A对弹性注浆袋进行预充气，弹性注浆接口A有两个，将其中一个注浆口A阀门开关关闭，另一个注浆口A进行充气，袋使之支撑满空腔区域，关闭连接口阀门，同样的在注浆袋两端有预留连接网状管路的连接口B，连接口A将注浆材料注浆至注浆袋内进行填充，连接口B将注浆材料注至网状注浆管并通过均匀分布小孔进行释放。
本发明进一步地设置为：所述修补材料浇筑步骤中，在剩余施工范围内浇筑修补材料，修补材料采用微膨胀高抗裂水泥基快速修补材料，待修补材料硬化后，根据所测得中心区域以及边角区域压力盒压力，进行空腔区域初步注浆，初步注浆为向弹性注浆袋内部注浆，将接口阀门全部关闭的两个注浆接口A的其中一个打开，另一个保持关闭，通过打开阀门注浆口A进行加压注浆，注浆压力大于所测得修补区域预埋压力盒压力，不超过10％，待注浆接近完成，保持注浆压力，注浆压力持压，观测空腔区域压力盒所测得压力，若所测得压力稳定无明显变化，继续持压2分钟，关闭注浆口阀门避免压力下降；
本发明进一步地设置为：所述修补材料浇筑步骤中，待初步注浆材料硬化后，继续观测空腔区域压力盒压力，若压力盒压力有下降且下降区域平稳无明显变化后，通过注浆口B进行二次注浆，注浆监测过程同初步注浆一致，待注浆接近完成，保持注浆压力，注浆压力持压，观测空腔区域压力盒所测得压力，若所测得压力稳定无明显变化，继续持压2分钟，关闭注浆口阀门。
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
本发明通过设置凸型坑槽修补结构，在改善新旧混凝土面板接缝之外的区域的层间接触状态的基础上，在重载及环境耦合作用下，有效改善水泥路面新旧板接缝区域的受力特征，与常规混凝土路面坑槽修补相比，通过延长复合隔离层铺设长度，当车辆集中荷载作用于接缝处时，新旧面板协同作用，板底的加强筋与复合隔离层有效分散应力，板底弯拉应力下降，应力集中现象得到有效改善；
本发明通过设置双层土工布包夹防水薄膜层，在面层或者接缝处产生裂缝时，复合隔离层中的防水薄膜层防止水流到基层中，防止在行车荷载作用下，路面板产生泵吸、唧泥现象，从而阻止了接缝处错台与板脱空的产生，延长水泥混凝土路面修补结构的使用寿命，有效解决防水层抗碎石或尖锐物体穿刺能力差的缺陷，保证路面以下土工膜的完整性；
本发明在面层与基层间设置复合隔离层形式，改善面层与半刚性或刚性基层的层间接触状态，面层与基层间为竖向连续光滑接触，混凝土面板承受荷载时，整体受力把外荷载均匀地分散到基层上去，从而解决了现有技术中存在的水泥混凝土路面修补结构易产生二次破损的问题。
附图说明
图1为本发明的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法的优化施工流程图；
图2为本发明的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法凸型坑槽结构图；
图3为本发明的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法凸型坑槽底部侧边空腔结构图；
图4为本发明的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法土工布、防水薄膜、注浆管、U型加强筋-传力杆位置结构示意图；
图5为本发明的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法加强筋-传力杆安装连接结构示意图；
图6为本发明的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法的弹性注浆袋结构示意图；
图7为本发明的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法的压力盒安装位置图；
图8为本发明的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法的弹性注浆袋外部网状管路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施条例仅仅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。
请参阅图1-图8，本发明提供一种技术方案：一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法，其特征在于，该方法包括：
路面修补结构组合，包括凸型坑槽、基层、多层土工布层与防水薄膜层结合组成的复合隔离层、砂浆找平层、加强筋、传力杆、注浆层、预埋压力盒以及混凝土面层，其中：
a.凸型坑槽由凿除破损混凝土路面、待修补部分凿除基层组成，待修补部分凿除基层面积大于破损面层凿除面积，待修补部分凿除基层边界超出上层切割线并与原有面层底部组成空腔，如图2所示；
b.基层顶面经部分凿除后出现粗糙表面后，使用砂浆对基层粗糙顶面进行平层并形成找平层；
c.多层土工布层与防水薄膜层结合组成的复合隔离层位于凸型坑槽内找平层上；
d.传力杆采用U型传力杆，与加强筋配合，U型传力杆-加强筋复合结构安装时，传力杆-加强筋的传力杆功能端***钻孔内，加强筋功能端随之***空腔内，传力杆-加强筋复合结构在行车方向纵向排列，修补结构两侧边角处适当加密布置，通过横向加强筋焊接使之形成整体结构，如图5所示，其中，A端浇筑与新修补混凝土中，B端通过钻孔植入原路面混凝土中，C端***空腔，位于复合隔离层上；
e.注浆层由具有弹性的注浆袋构成，注浆袋尺寸与空腔尺寸一致，注浆袋靠近加强筋的一侧开设两个连接孔A和两个连接孔B，弹性注浆袋外表面布置有小型网状管路，小型网状管路上设置有均匀分布小孔，网状管路呈井字结构并均匀分布于弹性注浆袋表面，如图6所示。
优化修补施工方法，包括：
S1.首先对受损的旧水泥混凝土路面进行切割破除，确定修复时的施工边界，对受损的路面进行挖掘，挖掘深度为原有混凝土路面板厚度，挖到路基顶面，进一步的，挖除部分路基，挖除深度大于5cm小于20cm，如图3所示；
S2.挖除后的路基顶面采用小型夯实机具进行重新夯实，夯实以达到原有混凝土路面路基压实度为标准进行，压实后的路基部分以及空腔部分采用砂浆对挖除后路基顶面进行找平，如图4所示；
S3.找平工作完成，预埋压力盒分别布置于不同位置，在修补区域中心，基层顶面位置布置一个预埋压力盒，在修补区域边角两侧位置，基层顶面位置分别布置一个预埋压力盒，压力盒位于复合隔离层下，基层顶面上；对应的，在空腔区域，位于空腔顶面中心区域，以及临近修补接缝一侧的两个边角分别布置预埋压力盒，如图7所示；
S4.铺设复合隔离层，多层土工布层与防水薄膜层结合组成的复合隔离层位于凸型坑槽内找平层上，铺设面积等于被凿除部分路基面积，一端深入原有混凝土路面与被凿除部分基层所夹成的空腔内并紧贴基层一侧；
S5.所述路基找平层顶面以及空腔铺设完复合隔离层后，在原有混凝土路面切割面一侧钻孔，将U型传力杆-加强筋复合结构安装，传力杆-加强筋的传力杆功能端***钻孔内，加强筋功能端随之***空腔内，传力杆-加强筋复合结构在行车方向纵向排列，修补结构两侧边角处适当加密布置，通过横向加强筋焊接使之形成整体结构；
S6.传力杆-加强筋复合结构安装完成，将L型注浆管出浆口一端连接弹性注浆袋，分别连接接口A与接口B，将弹性注浆袋放置入空腔区域，位于复合隔离层以及加强筋上，注浆口另一端朝上并高出原有路面标高；
S7.整平修补区域隔离层并清理干净接缝表面浮渣，保持干净整洁，在进行混凝土浇筑前，通过接口A对弹性注浆袋进行预充气，弹性注浆接口A有两个，将其中一个注浆口A阀门开关关闭，另一个注浆口A进行充气，袋使之支撑满空腔区域，关闭连接口阀门；
S8.完成后，根据修补材料配合比以及原有混凝土路面板长、板宽以及板厚度三个尺寸，在空场地浇筑相同尺寸相同配合比的预制面板，预制面板用于确定注浆压力，只需要制备一块，将硬化至相应强度等级的预制板吊装至修补区域，安装平整后采集布设于路基顶面预埋压力盒压力，以及边角位置预埋压力盒压力，压力采集完成后将预制板块吊出。该步骤只需进行一次，所获得注浆压力在后续不同标段不同桩号进行使用，修补区域预埋压力盒亦不用继续布设；
S9.在剩余施工范围内浇筑修补材料，所述修补材料为微膨胀高抗裂水泥基快速修补材料，待修补材料硬化后，根据所测得中心区域以及边角区域压力盒压力，进行空腔区域初步注浆，初步注浆为向弹性注浆袋内部注浆，将接口阀门全部关闭的两个注浆接口A的其中一个打开，另一个保持关闭，通过打开阀门注浆口A进行加压注浆，注浆压力大于所测得修补区域预埋压力盒压力，不超过10％。待注浆接近完成，保持注浆压力，注浆压力持压，观测空腔区域压力盒所测得压力，若所测得压力稳定无明显变化，继续持压2分钟，关闭注浆口阀门避免压力下降；
S10.根据注浆材料特性，待初步注浆材料硬化后，继续观测空腔区域压力盒压力，若压力盒压力有下降且下降区域平稳无明显变化后，通过注浆口B进行二次注浆，注浆监测过程同初步注浆一致，待注浆接近完成，保持注浆压力，注浆压力持压，观测空腔区域压力盒所测得压力，若所测得压力稳定无明显变化，继续持压2分钟，关闭注浆口阀门。
综上，本发明所提供的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法，通过设置凸型坑槽修补结构，有效改善水泥路面新旧板接缝区域的受力特征，水泥路面修补新板与旧板间的传荷能力机制有效改善，与常规混凝土路面坑槽修补相比，通过延长复合隔离层铺设长度，当车辆集中荷载作用于接缝处时，新旧面板协同作用，板底的加强筋与复合隔离层有效分散应力，板底弯拉应力下降，应力集中现象得到有效改善，此外通过设置复合隔离层，使用双层土工布包夹防水薄膜层，有效解决防水层抗碎石或尖锐物体穿刺能力差的缺陷，保证路面以下土工膜的完整性。同时，在面层或者接缝处产生裂缝时，复合隔离层中的防水薄膜层防止水流到基层中，从而防止在行车荷载作用下，路面板产生泵吸、唧泥现象，从而阻止了接缝处错台与板脱空的产生，延长水泥混凝土路面修补结构的使用寿命，而在面层与基层间设置复合隔离层形式，改善面层与半刚性或刚性基层的层间接触状态，面层与基层间为竖向连续光滑接触，混凝土面板承受荷载时，整体受力把外荷载均匀地分散到基层上去。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法，其特征在于，该方法包括：
路面修补结构组合，包括凸型坑槽、基层、多层土工布层与防水薄膜层结合组成的复合隔离层、砂浆找平层、加强筋、传力杆、注浆层、预埋压力盒以及混凝土面层，其中：
a.凸型坑槽由凿除破损混凝土路面、待修补部分凿除基层组成，待修补部分凿除基层面积大于破损面层凿除面积，待修补部分凿除基层边界超出上层切割线并与原有面层底部组成空腔；
b.基层顶面经部分凿除后出现粗糙表面后，使用砂浆对基层粗糙顶面进行平层并形成找平层；
c.多层土工布层与防水薄膜层结合组成的复合隔离层位于凸型坑槽内找平层上；
d.传力杆采用U型传力杆，与加强筋配合，U型传力杆-加强筋复合结构安装时，传力杆-加强筋的传力杆功能端***钻孔内，加强筋功能端随之***空腔内，传力杆-加强筋复合结构在行车方向纵向排列，修补结构两侧边角处适当加密布置，通过横向加强筋焊接使之形成整体结构；
e.注浆层由具有弹性的注浆袋构成，注浆袋尺寸与空腔尺寸一致，注浆袋靠近加强筋的一侧开设两个连接孔A和两个连接孔B，弹性注浆袋外表面布置有小型网状管路，小型网状管路上设置有均匀分布小孔，网状管路呈井字结构并均匀分布于弹性注浆袋表面。
优化修补施工方法，包括：
步骤1、施工边界确定，受损旧水泥混凝土路面切割破除；
步骤2、路基顶面夯实、找平；
步骤3、压力盒预埋；
步骤4、隔离层铺设；
步骤5、加强筋-传力杆安装；
步骤6、注浆层铺设；
步骤7、修补材料浇筑。
2.根据权利要求1所述的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法，其特征在于，所述施工边界确定，受损旧水泥混凝土路面切割破除步骤中，待修补部分凿除基层边界与原有面层底部组成的空腔，在行车方向上长度大于0.5m小于1m，高度大于5cm小于20cm。
3.根据权利要求1所述的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法，其特征在于，所述压力盒预埋步骤中，在修补区域中心，基层顶面位置布置一个预埋压力盒，在修补区域边角两侧位置，基层顶面位置分别布置一个预埋压力盒，压力盒位于复合隔离层下，基层顶面上；对应的，在空腔区域，位于空腔顶面中心区域，以及临近修补接缝一侧的两个边角分别布置预埋压力盒。
4.根据权利要求1所述的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法，其特征在于，所述隔离层铺设步骤中，多层土工布层具体为两层，第一层土工布位于找平层上，防水薄膜层位于第一层土工布上，第二层土工布位于防水薄膜层上，两层土工布与一层防水薄膜形成复合隔离层夹层结构，复合隔离层边界粘结处理，多层土工布层与防水薄膜层结合组成的复合隔离层位于凸型坑槽内找平层上，铺设面积等于被凿除部分路基面积，一端深入原有混凝土路面与被凿除部分基层所夹成的空腔内并紧贴基层一侧。
5.根据权利要求1所述的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法，其特征在于，所述加强筋-传力杆安装步骤中，空腔铺设完复合隔离层后，在原有混凝土路面切割面一侧钻孔，将U型传力杆-加强筋复合结构安装，传力杆-加强筋的传力杆功能端***钻孔内，加强筋功能端随之***空腔内，传力杆-加强筋复合结构在行车方向纵向排列，修补结构两侧边角处适当加密布置，横向加强筋焊接构成整体结构。
6.根据权利要求1所述的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法，其特征在于，所述注浆层铺设步骤中，具体的，首先将L型注浆管出浆口一端连接弹性注浆袋，分别连接接口A与接口B，将弹性注浆袋放置入空腔区域，位于复合隔离层以及加强筋上，注浆口另一端朝上并高出原有路面标高。
7.根据权利要求6所述的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法，其特征在于，所述注浆层铺设步骤中，整平修补区域隔离层并清理干净接缝表面浮渣，在进行混凝土浇筑前，通过接口A对弹性注浆袋进行预充气，弹性注浆接口A有两个，将其中一个注浆口A阀门开关关闭，另一个注浆口A进行充气，袋使之支撑满空腔区域，关闭连接口阀门，同样的在注浆袋两端有预留连接网状管路的连接口B，连接口A将注浆材料注浆至注浆袋内进行填充，连接口B将注浆材料注至网状注浆管并通过均匀分布小孔进行释放。
8.根据权利要求1所述的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法，其特征在于，所述修补材料浇筑步骤中，在剩余施工范围内浇筑修补材料，修补材料采用微膨胀高抗裂水泥基快速修补材料，待修补材料硬化后，根据所测得中心区域以及边角区域压力盒压力，进行空腔区域初步注浆，初步注浆为向弹性注浆袋内部注浆，将接口阀门全部关闭的两个注浆接口A的其中一个打开，另一个保持关闭，通过打开阀门注浆口A进行加压注浆，注浆压力大于所测得修补区域预埋压力盒压力，不超过10％，待注浆接近完成，保持注浆压力，注浆压力持压，观测空腔区域压力盒所测得压力，若所测得压力稳定无明显变化，继续持压2分钟，关闭注浆口阀门避免压力下降。
9.根据权利要求8所述的一种水泥路面修补用结构组合设计优化方法，其特征在于，所述修补材料浇筑步骤中，待初步注浆材料硬化后，继续观测空腔区域压力盒压力，若压力盒压力有下降且下降区域平稳无明显变化后，通过注浆口B进行二次注浆，注浆监测过程同初步注浆一致，待注浆接近完成，保持注浆压力，注浆压力持压，观测空腔区域压力盒所测得压力，若所测得压力稳定无明显变化，继续持压2分钟，关闭注浆口阀门。
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