CN102304885B - 刚柔复合结构路面及制造该路面的现浇方法和预制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种刚柔复合结构路面及制造该路面的现浇方法和预制方法，刚柔复合结构路面，包括：路床层；垫层；基层；刚性层，所述刚性层包括多个规则排列的、互相之间留有缝隙配合安装的刚性砌块；柔性层，所述柔性层包括柔性填充层和柔性表层。本发明将刚性层顶面设计为规则的蜂巢状凹凸结构，利用沥青混凝土柔性材料特性，形成柔性沥青混凝土层对刚性砌块结构凹凸空隙进行裹覆和填充，同时兼具刚性、柔性路面特性，达到刚柔复合受力的结构特点，大大节约了道路施工成本，使得道路基层抗重载交通冲击能力大幅加强，有效延长了道路寿命，适用于大规模的推广使用。

Description

刚柔复合结构路面及制造该路面的现浇方法和预制方法

技术领域

本申请涉及一种刚柔复合结构路面及制造该路面的现浇方法和预制方法。

背景技术

目前我国道路工程路面结构设计分为刚性路面和柔性路面两种，柔性路面设计采用弹性体系理论为基础，结构设计以双圆均布垂直和水平荷载作用下的三层弹性体系理论为基础采用路表容许回弹弯沉容许弯拉应力及容许剪应力三项设计指标。(中华人民共和国行业标准《城市道路设计规范》CJJ37-90)。柔性路面道路承重层为道路基层，基层分为有结合料稳定类(有机结合料和无机结合料)和无结合料的粒料类(嵌锁型和级配型)(中华人民共和国行业标准《公路沥青路面设计规范》JTJB50-2006)。上述规范柔性路面道路结构设计，在弹性体理论基础上，道路结构基层(柔性基层、刚性基层、半刚性基层)均采用按照整体结构进行设计。道路结构层之间均为平面层叠结构。

在目前国内道路建设中，采用水泥稳定碎石这一半刚硬结构作路面基层为主流。但水泥稳定碎石半刚性结构存在如下技术缺陷：

1、由于温度热胀冷缩的影响，水泥稳定碎石基层产生的温度裂缝不能避免，对沥青路面造成的反射裂缝已经成为影响道路使用寿命的最主要因素之一。

2、由于水泥稳定碎石结构为减少收缩裂缝，水泥用量受到严格限制(6％以下)，使得这种结构强度低(高速公路设计3.5MPa)抗冲击疲劳能力不强，在道路重载车辆的反复冲击下路基损坏严重，成为我国道路损坏的最主要因素之一。

3、水泥稳定碎石结构，造成目前我国重载交通的道路使用寿命基本上在5--8年，远不如国外道路使用平均寿命。

国外针对这一问题，在上世纪80年代开始设计使用全厚式长寿命路面，道路结构全部采用柔性沥青路面结构，但道路工程费用很高，不适于在我国大面积推广使用。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种刚柔复合结构路面，包括：一种刚柔复合结构路面，其特征在于，包括：路床层，所述路床层为压实的道路路基；垫层，所述垫层以灰土或级配砂砾构成，设置于所述路床层之上；基层，所述基层以水泥稳定碎石基层或二灰基层构成，设置于垫层之上；刚性层，所述刚性层设置于所述基层之上，所述刚性层包括多个规则排列的、互相之间留有缝隙配合安装的刚性砌块；柔性层，所述柔性层包括裹覆、填充、嵌入多个所述刚性砌块之间凹面、缝隙的柔性填充层和设置于所述刚性层之上的柔性表层。

优选的，所述刚性层与所述柔性层为凸凹曲面连接。

优选的，所述刚性砌块为厚度大于15厘米的柱体、椎体、柱体与柱体组合而成的块状体、椎体与椎体组合而成的块状体或柱体与椎体组合而成的块状体。

优选的，所述刚性砌块外径小于100厘米。

优选的，所述刚性砌块的横截面为矩形、圆形或正多边形。

优选的，所述刚性砌块包括：设置于所述刚性砌块下部的六棱柱；设置于所述刚性砌块上部的六棱锥，所述六棱锥底面与所述六棱柱顶面重合，所述六棱锥顶面呈正六边型且小于所述六棱锥底面。

优选的，所述六棱锥侧面与底面的夹角为30°-85°。

优选的，所述六棱柱六个侧面中相邻两侧面相交处设置有圆弧倒角。

本发明的实施例提供了一种制造刚柔复合结构路面的现浇方法，其特征在于，包括：步骤一，压实道路路基，形成路床层；步骤二，在所述路床层上铺设灰土或级配沙砾，形成垫层；步骤三，在所述垫层上铺设水泥稳定碎石基层或二灰基层构成基层；步骤四，在所述基层上以滑模法现浇高强度混凝土；步骤五，所述高强度混凝土初凝前采用模压工艺成型，将所述高强度混凝土模压成多个权利要求1-8任一权利要求所述的刚柔复合路面中的刚性砌块，形成凹凸蜂巢状的所述刚性层；步骤六，养护，使所述刚性层达到设计强度；步骤七，采用胶轮压路机对所述刚性层进行碾压；步骤八，在所述刚性层上部摊铺沥青混凝土，形成所述柔性填充层；步骤九，将所述柔性填充层挤压密实；步骤十，在所述刚性层上部铺设沥青混凝土，形成所述柔性表层；步骤十一，整平所述柔性表层。

本发明的实施例提供了一种制造刚柔复合结构路面的预制方法，其特征在于，包括：步骤一，压实道路路基，形成路床层；步骤二，在所述路床层上铺设灰土或级配沙砾，形成垫层；步骤三，在所述垫层上铺设水泥稳定碎石基层或二灰基层构成基层；步骤四，用高强度混凝土预制多个权利要求1-8任一权利要求所述的刚柔复合路面中的刚性砌块；步骤五，在所述基层上铺设所述预制刚性砌块，形成所述刚性层；步骤六，对所述刚性砌块下部缝隙采用灌注乳化沥青砂浆；步骤七，对所述刚性砌块上部摊铺沥青混凝土，形成所述柔性填充层；步骤八，将所述柔性填充层挤压密实；步骤九，在所述刚性层上部铺设沥青混凝土，形成所述柔性表层；步骤十，整平所述柔性表层。

与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点和有益效果的一种或几种：

1、本发明独特的刚柔复合结构设计，并以刚性砌块和沥青混凝土填充配合，解决了道路基层整体性联接易产生温度收缩裂缝引起道路结构破坏的难题。

2、本发明独特的刚柔复合结构设计及刚性砌块，使单独的每一块刚性砌块能够在水平和垂直两个方向上受到压力，相互制约，解决了装配式铺设道路基层的整体稳定性。

3、本发明的刚柔复合结构路面，采用预制和现浇两种制造方法，简单实用，实现了道路基础的工厂化生产，强度更高。

4、本发明特有的蜂巢式刚性层布局及六棱柱和六棱锥组合刚性砌块结构，利用刚性结构围成的蜂巢状网格对柔性沥青碎石层结构进行限制滑移，克服了柔性沥青结构层推挤佣包的问题，在刚性层发生温缩裂缝时，限制了刚性层收缩裂缝引起的反射裂缝的发展。这一工艺突破了以往结构设计，各结构层均为平面层叠结构的特点，有效改善道路路面结构受力。凹凸结构的交合面提高了道路结构抗剪切应力破坏的能力。

5、本发明的刚性层裂缝发生在凹面区域，在柔性沥青材料填充最厚的凹面区域，弧形凹面区域的刚性结构使得路面垂直压力产生分解为水平方向的压力，挤压凹面处柔性沥青材料对产生于该区域的刚性反射裂缝，具有挤压修复作用。

6、本发明采用混凝土制作刚性砌块，大大节约了道路施工成本，使得道路基层抗重载交通冲击能力大幅加强，有效延长了道路寿命，适用于大规模的推广使用。

7、本发明将刚性层顶面设计为规则的凹凸结构，利用沥青混凝土柔性材料特性，形成柔性沥青混凝土层对刚性砌块结构凹凸空隙进行裹覆和填充，不但保留了路面刚性层刚性特性，也突破了以往道路结构刚性、柔性结构层以平面层叠的联接方式，充分发挥了两种结构的各自优势，并克服单一结构无法克服的质量通病。刚性凹凸结构的受力特性，改变了传统道路结构底部承受弯拉应力的受力方式。充分利用了混凝土抗压能力强的材料特性。刚柔复合路面结构工艺，使得刚性结构与柔性结构形成立体填充，达到刚柔复合受力的结构特点。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1为本发明的刚柔复合结构路面一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明刚柔复合结构路面的刚性砌块一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

本发明的一个实施例提供了一种刚柔复合结构路面，如图1所示，包括：路床层，所述路床层为压实的道路路基；垫层1，所述垫层1以灰土或级配砂砾构成，设置于所述路床层之上，为所述刚性层3找平；基层2，所述基层2以水泥稳定碎石基层或二灰基层构成，设置于垫层1之上；刚性层3，所述刚性层3设置于所述基层2之上，所述刚性层3包括多个规则排列的、互相之间留有缝隙配合安装的刚性砌块；所述柔性层4包括裹覆、填充、嵌入多个所述刚性砌块之间凹面、缝隙的柔性填充层和设置于所述刚性层3之上的柔性表层。

本发明的一个实施例提供了一种刚柔复合结构路面，所述刚性层与所述柔性层为凸凹曲面连接，所述柔性填充层嵌入所述刚性砌块缝隙、凹面之间使所述刚性层与柔性层构成刚柔咬合复合体。

本发明的一个实施例提供了一种刚柔复合结构路面，所述刚性砌块依据道路荷载等级，总厚度宜取大于15厘米的柱体、椎体、柱体与柱体组合而成的块状体、椎体与椎体组合而成的块状体或柱体与椎体组合而成的块状体。

本发明的一个实施例提供了一种刚柔复合结构路面，所述刚性砌块的顶面为上凸的曲面，所曲面设置有中心定位凹槽，用于安装时定位。

本发明的一个实施例提供了一种刚柔复合结构路面，所述刚性砌块在竖直方向为其轴向，与轴向垂直的方向为径向，所述刚性砌块的外径小于100厘米。

本发明的一个实施例提供了一种刚柔复合结构路面，所述刚性砌块的横截面为矩形、圆形或正多边形，所述正多边形。

本发明的一个实施例提供了一种刚柔复合结构路面，所述刚性砌块包括：设置于所述刚性砌块下部的六棱柱；设置于所述刚性砌块上部的六棱锥，所述六棱锥底面与所述六棱柱顶面重合，所述六棱锥顶面呈正六边型且小于所述六棱锥底面。

本发明的一个实施例提供了一种刚柔复合结构路面，所述六棱锥侧面与底面的夹角为30°-85°，充分利用刚性砌块截面尺寸变化，可有效提高道路结构抗剪切应力。

本发明的一个实施例提供了一种刚柔复合结构路面，所述六棱柱六个侧面中相邻两侧面相交处设置有圆弧倒角，所述六棱锥的六个侧面中相邻两侧面相交处也设置有圆弧倒角，所述六棱柱和六棱锥相交处也设置有圆弧倒角，以便于沥青混凝土灌入填充与所述刚性砌块配合安装，增加道路结构柔性。

本发明所述刚柔复合结构路面使用时，所述柔性表层受力形成向下的压力，所述柔性表层将压力传递给所述刚性层3，所述刚性层3由多个蜂巢状所述刚性砌块装配构成，所述刚性砌块具有凸起结构，刚性砌块之间形成凹形区域，沥青混凝土柔性填充层包覆、嵌入所述刚性砌块、填充多个刚性砌块之间的凹形空隙，使得道路路面结构整体具备了柔性路面结构特性，凹凸结构的交合面提高了道路结构抗剪切应力破坏的能力，温度裂缝发生在所述刚性层3上部填充柔性材料的区域，在柔性沥青材料填充最厚的凹面区域，弧形凹面区域的刚性结构使得路面垂直压力产生分解为水平方向的压力，所述刚性砌块之间相互作用，挤压凹面处柔性沥青材料，对产生于该区域的刚性反射裂缝，具有挤压修复作用。

本发明的一个实施例提供了一种制造刚柔复合结构路面的现浇方法，包括：步骤一，压实道路路基，形成路床层；步骤二，在所述路床层上铺设灰土或级配砂砾，形成垫层1，用于所述刚性层3找平；步骤三，在所述垫层1上铺设水泥稳定碎石基层或二灰基层构成基层2；步骤四，在所述基层2上以滑模法现浇C40高强度混凝土；步骤五，所述高强度混凝土初凝前采用模压工艺成型，将所述高强度混凝土模压成多个所述刚性砌块，形成凹凸蜂巢状的所述刚性层3；步骤六，待养护达到设计强度；步骤七，采用胶轮压路机对所述刚性层3进行碾压；步骤八，在所述刚性层3上部摊铺沥青混凝土，形成所述柔性填充层；步骤九，利用凸起外形的曲面将所述柔性填充层挤压密实；步骤十，在所述刚性层3上部铺设沥青混凝土，形成所述柔性表层；步骤十一，整平所述柔性表层。

本发明的一个实施例提供了一种制造刚柔复合结构路面的预制方法，步骤一，压实道路路基，形成路床层；步骤二，在所述路床层上铺设灰土或级配沙砾，形成垫层1，用于所述刚性层3找平；步骤三，在所述垫层1上铺设水泥稳定碎石基层或二灰基层构成基层2；步骤四，用高强度混凝土预制多个所述刚性砌块；步骤五，在所述基层2上铺设所述预制刚性砌块，形成所述刚性层3；步骤六，对所述刚性砌块下部缝隙采用CA灌注乳化沥青砂浆；步骤七，对所述刚性砌块上部摊铺沥青混凝土，形成所述柔性填充层；步骤八，将所述柔性填充层挤压密实；步骤九，在所述刚性层3上部铺设沥青混凝土，形成所述柔性表层；步骤十，整平所述柔性表层。

在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (8)

1.一种刚柔复合结构路面，其特征在于，包括：

路床层，所述路床层为压实的道路路基；

垫层(1)，所述垫层(1)以灰土或级配砂砾构成，设置于所述路床层之上；

基层(2)，所述基层(2)以水泥稳定碎石基层或二灰基层构成，设置于垫层(1)之上；

刚性层(3)，所述刚性层(3)设置于所述基层(2)之上，所述刚性层(3)包括多个规则排列的、互相之间留有缝隙配合安装的刚性砌块；

柔性层(4)，所述柔性层(4)包括裹覆、填充、嵌入多个所述刚性砌块之间凹面、缝隙的柔性填充层和设置于所述刚性层(3)之上的柔性表层；

所述刚性砌块为厚度大于15厘米的柱体、椎体、柱体与柱体组合而成的块状体、椎体与椎体组合而成的块状体或柱体与椎体组合而成的块状体；

所述刚性砌块的横截面为矩形、圆形或正多边形；

所述刚性砌块包括：设置于所述刚性砌块下部的六棱柱；设置于所述刚性砌块上部的六棱锥，所述六棱锥底面与所述六棱柱顶面重合，所述六棱锥顶面呈正六边型且小于所述六棱锥底面。

2.如权利要求1所述的刚柔复合结构路面，其特征在于，所述刚性层与所述柔性层为凸凹曲面连接。

3.如权利要求1所述的刚柔复合结构路面，其特征在于，所述刚性砌块的顶面为上凸的曲面。

4.如权利要求1所述的刚柔复合结构路面，其特征在于，所述刚性砌块外径小于100厘米。

5.如权利要求1所述的刚柔复合结构路面，其特征在于，所述六棱锥侧面与底面的夹角为30°—85°。

6.如权利要求1所述的刚柔复合结构路面，其特征在于，所述六棱柱六个侧面中相邻两侧面相交处设置有圆弧倒角。

7.一种制造刚柔复合结构路面的现浇方法，其特征在于，包括：

步骤一，压实道路路基，形成路床层；

步骤二，在所述路床层上铺设灰土或级配沙砾，形成垫层(1)；

步骤三，在所述垫层(1)上铺设水泥稳定碎石基层或二灰基层构成基层(2)；

步骤四，在所述基层(2)上以滑模法现浇高强度混凝土；

步骤五，所述高强度混凝土初凝前采用模压工艺成型，将所述高强度混凝土模压成多个权利要求1-6任一权利要求所述的刚柔复合路面中的刚性砌块，形成凹凸蜂巢状的所述刚性层(3)；

步骤六，养护，使所述刚性层(3)达到设计强度；

步骤七，采用胶轮压路机对所述刚性层进行碾压；

步骤八，在所述刚性层(3)上部摊铺沥青混凝土，形成所述柔性填充层；

步骤九，将所述柔性填充层挤压密实；

步骤十，在所述刚性层(3)上部铺设沥青混凝土，形成所述柔性表层；

步骤十一，整平所述柔性表层。

8.一种制造刚柔复合结构路面的预制方法，其特征在于，包括：

步骤一，压实道路路基，形成路床层；

步骤二，在所述路床层上铺设灰土或级配沙砾，形成垫层(1)；

步骤三，在所述垫层(1)上铺设水泥稳定碎石基层或二灰基层构成基层(2)；

步骤四，用高强度混凝土预制多个权利要求1-6任一权利要求所述的刚柔复合路面中的刚性砌块；

步骤五，在所述基层(2)上铺设所述预制的刚性砌块，形成所述刚性层(3)；

步骤六，对所述刚性砌块下部缝隙采用灌注乳化沥青砂浆；

步骤七，对所述刚性砌块上部摊铺沥青混凝土，形成所述柔性填充层；

步骤八，将所述柔性填充层挤压密实；

步骤九，在所述刚性层(3)上部铺设沥青混凝土，形成所述柔性表层；

步骤十，整平所述柔性表层。