CN1847528A - 一种施工简便的水泥混凝土超薄路面 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种施工简便的水泥混凝土超薄路面结构,它主要由基层和面层构成。做法是:在基层表面撒铺一层3至5cm厚的大石子(砾石或碎石),要求均匀铺满。基层为有结合料的半刚性基础时,要求工人用木夯或铁锨拍打石子,使石子嵌入基层1cm左右,浇筑水泥混凝土后,路面底层与基层表面的一层3至5cm厚的大石子粘接在一起,即构成厚12cm的超薄路面。在车轮荷载下,路面底层将发生应力集中现象:即荷载将垂直或顺着大石子周围倾斜向下传向基层、传向垫层、传向土基,从而充分发挥了水泥混凝土的抗压性能,路面底层的水平弯拉应力变得很小。超薄路面每平方米可省造价人民币40元左右,1公里高速路(双向八车道)可省人民币80万元左右。
Description
本发明属于一种公路水泥混凝土超薄路面结构,特别涉及于机场道面、港口码头、市政及厂矿道路、广场铺面等工程领域。
众所周知,传统的路面薄板的受力状态是上层受压,下层受拉,而水泥混凝土的力学性能是抗压性能好,抗拉性能差,两者相差7倍以上,当板底因弯拉应力过大而断裂时,板上层的压应力远没有达到极限应力。此外,板中部的拉压应力也很小,所以说,薄板路面大约有70%材料没有充分发挥作用。
本发明的目的首先在于要改变路面薄板的受力性能,使板底的弯拉应力大大减小(约为1MPa以下),轮载将垂直或倾斜向下传向基层,以便充分发挥水泥混凝土的抗压能力,从而可以减少路面厚度。本发明提出一种施工简便的超薄路面结构,厚度为12公分。
本发明的超薄路面结构的技术方案是:它主要由基层和面层构成,其特征是在基层表面撒铺一层3至5cm厚的大石子(砾石或碎石),要求均匀铺满。当基层是贫混凝土、沥青混合料、水泥稳定土、石灰稳定土等结合料的半刚性基础,则在基层表面撒铺一层3至5cm厚的大石子(砾石或碎石),要求均匀铺满,要用木夯或铁锹拍打石子,使石子嵌入基层表面1cm左右,再浇筑路面水泥混凝土,厚12cm。
本发明的超薄路面结构的施工方法十分简便:
1.当地基、垫层、基层完工后,按上述要求在基层表面撒铺一层大石子(砾石或碎石),厚3至5cm,要求均匀铺满。如基层是贫混凝土、沥青混合料、水泥稳定土、石灰稳定土等有结合料的半刚性基础,撒铺一层3至5cm的大石子(砾石或碎石)后,要求用木夯或铁锹拍打大石子,使其嵌入基层表面1cm左右。
2.不需要支装模板,不设胀缩缝,路面不切缝,可以像沥青路面一样大面积摊铺。使用滑模摊铺机或沿道路纵向支模进行半机械化施工(高12cm),是为了使路面更加平整;三、四级公路可使用碾压混凝土;山区缺电时,浇筑路面水泥混凝土可使用木制长条夯夯实、平整、抹平路面,养生即可。
3.养护。
按照以上施工步骤,即构成本发明水泥混凝土超薄路面,厚度为12cm。
附图说明:
图1为本施工简便的水泥混凝土超薄路面结构的实施例之一的透视图;
在图1中:1-路面结构;2-面层;3-基层;4-面层底部的大石子层。
本发明的超薄路面结构有以下五个特点:
1.浇筑路面水泥混凝土时,路面底部的水泥砂浆渗入3至5cm厚的一层大石子的孔缝中,则路面底部不是混凝土,而是水泥砂浆稳定石子,石子的弹性模量高,路面上层的混凝土的弹性模量低,轮载下,将发生应力集中现象,这种应力方向和轮载方向一致,都是垂直向下或沿石子周围倾斜向下,从而充分发挥了水泥混凝土的抗压能力,因此它可以减薄到12cm厚。过去传统的教科书上常把应力集中描述为坏现象,本发明巧妙地利用了应力集中现象,改变了薄板路面的受力状态。
2.超薄路面的力学模型不是“薄板”,原因有三:一是超薄路面材料不是均匀连续;二是超薄路面材料不是各向同性;三是超薄路面与薄板路面的受力状态完全不同,这个问题可以用三维有限元进行理论计算,也可以用激光光弹性实验进行应力分析,超薄路面的受力状态呈现出“厚壳”的特征。有人会说,宏观看,超薄路面在轮载下仍是一块受弯板,底层仍有水平方向的弯拉应力。不错,弹性地基上的超薄路面仍会受弯变形,但因超薄路面刚度大,水平方向的弯拉应力小,它与荷载应力的合力方向仍是倾斜向下。
3.超薄路面底层的温度翘曲应力将比超薄路面降低很多,这是因为路面底层的结构是“水泥沙浆稳定石子”,石子的导热系数比沙浆的导热系数大,石子要热胀,但受到沙浆的阻止,路面底层中部的温度比路边高,温度翘曲应力将从路面底层的中部向路边迅速衰减(普通路面温度翘曲应力将从板底向板边迅速积累增加),它只能用三维有限元求得数值解,也可以用激光光弹性实验进行应力分析,这将十分费钱费力。
4.取消接缝,不设胀缩缝,路面不切缝。有人认为不可思议,不理解。这是因为水平面内的胀缩(包括弯拉应力及温度翘曲应力造成的胀缩很小)很小,所以超薄路面可以像沥青路面一样大面积摊铺,十分复杂的接缝问题迎刃而解。高等级公路及机场道面为了平整及面层拉毛(增大摩擦系数)可纵向支装横板。
5.本发明的超薄路面的根据有三:一是三维有限元的理论计算;二是经过长沙交通学院强度测试,在5吨荷载作用下,厚12cm的超薄路面的最大弯拉应力为1.57mpa,而厚24cm的普通路面的最大弯拉应力为1.60mpa,二者相当;三是发明人在数十年的施工经验及从事空心路面、超薄路面结构的力学分析,使施工技术一步一步的简化。
综上所述,本发明的超薄路面优点有二:一是经济效益巨大,每平方米路面造价可省人民币40元左右,1公里高速路(双向8车道)可省人民币80万元左右;机场超薄路面厚20cm,每平方米可省人民币60元左右,一座机场可省人民币数千万元;二是施工简便,将受到施工企业的欢迎。
结论:从古到今,任何技术创新,都要经过观察、实验、假设、理论这样的发展过程,超薄路面经过了十余年的历程,将得到进一步的发展。
Claims (4)
1.一种水泥混凝土超薄路面结构,它主要由路面和基层构成,其特征是在基层表面撒铺一层3至5cm厚的大石子(砾石或碎石),要求均匀铺满,当浇筑水泥混凝土路面时,路面底层的水泥砂浆将渗入这一层大石子孔隙中,即构成厚12cm的超薄路面。它的力学模型不是“薄板”,而类似于“厚壳”。
2.一种水泥混凝土超薄路面结构,它主要由路面和基层构成,其特征在于基层是贫混凝土,沥青混合料、水泥稳定土、石灰稳定土等有结合料的半刚性基础,在其表面撒铺一层3至5cm厚的大石子(砾石或碎石)要求均匀铺满,用木夯或铁锹拍打石子,使石子嵌入基层1cm左右,再浇筑水泥混凝土路面,厚12cm。
3.一种水泥混凝土超薄路面结构,它主要由路面和基层构成,超薄路面取消胀缝、缩缝,可以大面积摊铺。高等级公路可纵向支装模板,目的是为了路面更加平整,低等级公路可以不支模板,使用碾压混凝土。贫困县、乡、山区修水泥混凝土路面时,没有电,可使用石夯夯实基础,用木制长条夯夯实路面水泥混凝土,瓦工抹平路面即可。超薄路面面层不切缝。
4.一种水泥混凝土超薄路面结构,它主要由路面和基层构成,它涉及于机场道面、港口码头,市政及厂矿道路、广场铺面等工程领域,即普通(道)路面可按超薄路面要求施工,减薄50%板厚。但机场道面、港口码头基层表面铺的这层石子厚度应是超薄道面厚度的1/4至1/3,即5至6cm,码头应是7至10cm。
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