CN108867415B - 一种适用于长大纵坡桥面的抗剪修补结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于长大纵坡桥面的抗剪修补结构，包括有预制上层、预制下层，预制上层底面具有梯形凹槽，预制下层顶面具有梯形凸台，预制上层底面的梯形凹槽与预制下层顶面的梯形凸台相匹配，预制下层的底面设有定位孔，桥面板上固定设置有与预制下层底面的定位孔相配合的定位柱；所述预制上层、预制下层为沥青混凝土结构，预制上层底面具有富油层，预制下层顶面具有电加热层。本发明有效防止修复后重新出现滑移的现象，前期强度高，可以快速通车，修复后表面平整，保证了行车的舒适感，修补后的桥面区域具有良好抗剪和抗变形性能。

Description

一种适用于长大纵坡桥面的抗剪修补结构

技术领域

本发明涉及桥梁面养护领域，尤其是一种适用于长大纵坡桥面的抗剪修补结构。

背景技术

我国地形地理环境复杂多变，其中不乏许多陡峭的山丘，随着东部及平原公路路网的基本完成，国家在山区公路的投入逐年增多，而山区道路长大纵坡桥面路段的出现将是不可避免的；同时伴随着城市化的进程，为缓解交通拥堵情况，许多城市耗费巨资建立起了高架桥，这些高架桥的进口匝道与出口匝道，存在大量纵坡桥桥面路段。

沥青面层由于其良好的行车舒适性和低噪音、能够承受荷载和保护桥梁等优点，被广泛铺装于我国大部分桥面的钢板或者混凝土板上，常见的形式为约10cm厚的双层沥青面层。而纵坡段桥面不同于水平段桥面，对于纵坡上行桥段的铺装沥青面层结构来说，其上表行车速度较低，根据沥青材料的温度时间换算法则“长时间的承受荷载与高温条件一致，而且时间是累计的”，故而纵坡上行桥面铺装沥青面层结构承受荷载产生的变形相当于水平桥面行车次数的数倍产生的变形；而纵坡下行桥段由于车辆的刹车减速作用容易产生过大的推移力。这些情况使得桥面铺装层需要具有良好的抗剪性能和抗变形能力，否则，桥面铺装层一方面极易出现由于自身抗剪能力不足而导致的车辙等病害，另一方面会由于层间粘结抗剪强度不足而产生层间滑移、造成如月牙状层间剪切破坏类病害。如果没有进行处理和养护，这些病害将会不断发展，最终对桥体造成更加严重的损害。此外，桥面防水粘结层同样是铺装结构中极为薄弱的结构体系，容易因为防水粘结层抗剪强度不足失效而导致桥面铺装出现滑移、脱层等病害问题，严重影响桥面铺装的使用性能及寿命。

目前，对于纵坡桥面铺装层抗剪能力不足导致的车辙、层间滑移、脱层等病害并没有十分有效的方法，桥面养护大部分借用沥青路面的养护技术，主要使用冷补沥青混合料对破坏区域进行修复，即首先对破损区域进行铣刨，然后铺设冷补沥青混合料碾压密实。而使用冷补沥青混合料修复纵坡桥面难以保证修复质量，修复后的纵坡桥面呈现出使用寿命短的问题，不能真正解决铺装层抗剪能力不足和层间连接薄弱的问题，治标不治本。经相关调查发现一些路段滑移破坏后已经过修补，但在修补过的桥面上仍然会不同程度出现了滑移破坏。而且桥面板与铺装层弹性模量相差巨大，桥面铺装处于不利的受力状态，若不能妥善解决桥面板与修复区域铺装层的粘结问题，修复区域的滑移病害会向周围延伸，造成更大范围的破坏。且经冷补沥青混合料修补的修复区域前期强度低，需要保持修补区域中心略高于四周，等待行车荷载压实。这样破坏了行车的舒适性，而且加大了汽车冲击荷载，对修补区域周围结构不利。

铺设冷补沥青混合料过程中，铺装面层污染程度将直接影响层间粘结层的抗剪强度。在铺设过程中，由于不同的结构层在施工完成后有一定的间歇时间，此时会因天气、行车、机械漏油等因素对路面造成一定污染。有研究表明，泥土和油污的二次污染会使层间粘结的抗剪强度下降高达10-50％。纵坡桥面养护后存在抗剪和抗变形效果不佳、修复区域前期强度低、养护时层间粘结层易受污染以及重复建设所导致的人力、物力、财力浪费严重的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于长大纵坡桥面的抗剪修补结构，修补后的桥面区域具有良好抗剪和抗变形性能。

本发明所采用的技术方案如下：

一种适用于长大纵坡桥面的抗剪修补结构，包括有预制上层、预制下层，预制上层底面具有梯形凹槽，预制下层顶面具有梯形凸台，预制上层底面的梯形凹槽与预制下层顶面的梯形凸台相匹配，预制下层的底面设有定位孔，桥面板上固定设置有与预制下层底面的定位孔相配合的定位柱；所述预制上层、预制下层为沥青混凝土结构，预制上层底面具有富油层，预制下层顶面具有电加热层。

所述的预制上层、预制下层内分别布置多层玻璃纤维格栅，预制上层、预制下层分别为改性沥青混凝土模压制成，且油石比为4-6％。

所述的预制下层的底面设有五个定位孔，五个定位孔分别位于预制下层的中心处以及四个拐角处。

所述的定位柱的材质为金属件，桥面板为钢板或混凝土板，且定位柱与钢板焊接固定或定位柱固定配合于混凝土板上的钻孔内。

所述的富油层为改性沥青层，富油层的厚度d，且

其中a为待修补区域的长度，b为待修补区域的宽度，H为待修补区域的深度。

所述的电加热层为S形排布的加热电阻丝，加热电阻丝的材质为碳纤维，加热电阻丝两端连接有电源，电源的电压为U，单位为V；在通电加热过程中，富油层融化所吸收的热量为Q₁，且Q₁＝∑C_bm·G_a·(t-t_a)，其中C_bm为所采用的改性沥青的平均比热，单位为kcal/(kg·℃·h)，G_a为富油层改性沥青的质量，单位为kg，t为融化富油层所需的温度，单位为℃，t_a为现场的施工温度，单位为℃；融化富油层过程中，富油层融化所散失的热量为Q₂，且

M为沥青到预制上层和预制下层的放热系数，M＝0.0232kcal/(h·m²·℃)，l₁，l₂分别为预制上层、预制下层的边缘厚度，单位为m，λ为预制上层或预制下层的导热系数，λ＝0.4-0.6kcal/(h·m·℃)；F为施工区面积大小，F＝a*b，单位为m²；

电源所提供的能量为Q_额，Q_额＝U²T/R，其中U为电源电压，单位为V，T为施工时间，单位为s，R为加热电阻丝的总阻值，单位为Ω；Q_额＝U²T/R＝k(Q₁+Q₂)；其中k为保证热源设备正常工作的富余系数，且1.2≤k≤1.5；即加热电阻丝总阻值R的取值范围为：

与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：

在预制上层与预制下层沥青混凝土中添加玻璃纤维，抑制了高温情况下沥青流动，提升了预制模块的抗剪切能力；预制上层与预制下层之间采用梯形界面粘结，增加了粘结面积，提高了层间的抗剪切能力；采用定位柱和定位孔配合，分担预制修补块和桥面板之间的水平剪切力，有效防止修复后再次出现滑移的病害；采用电热粘结，不会因为施工时的污染降低面层之间粘结能力；富油层的厚度将预制上层与预制下层间粘结的沥青用量控制在最佳用量，剩余的沥青融化后充分填充预制修补块与原路面之间的缝隙，保证了粘结效果；修复后的桥面前期强度高，不需要等待降温即可开放交通，且桥面修复后表面平整，保证了行车的舒适感。本发明通过预制模块的安装保证了长大纵坡桥面的修复效果，缩短了修复工作的时间，提升了工作效率且节约了人力与物力。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的预制上层结构示意图；

图3为本发明的预制下层结构示意图；

图4为本发明的预制下层上表面加热电阻丝布设示意图。

具体实施方式

参见附图，一种适用于长大纵坡桥面的抗剪修补结构，包括有预制上层1、预制下层2，预制上层1底面具有梯形凹槽3，预制下层2顶面具有梯形凸台4，预制上层1底面的梯形凹槽3与预制下层2顶面的梯形凸台4相匹配，预制下层2的底面设有定位孔5，桥面板6上固定设置有与预制下层2底面的定位孔5相配合的定位柱7；预制上层1、预制下层2为沥青混凝土结构，预制上层1底面具有富油层8，预制下层2顶面具有电加热层9；

预制上层1、预制下层2内分别布置多层玻璃纤维格栅，预制上层、预制下层分别为改性沥青混凝土模压制成，且油石比为4-6％；

预制下层2的底面设有五个定位孔5，五个定位孔5分别位于预制下层2的中心处以及四个拐角处；

定位柱7的材质为金属件，桥面板6为钢板或混凝土板，且定位柱7与钢板焊接固定或定位柱7固定配合于混凝土板上的钻孔内；

富油层8为改性沥青层，富油层8的厚度d，且

其中a为待修补区域的长度，b为待修补区域的宽度，H为待修补区域的深度；

电加热层9为S形排布的加热电阻丝，加热电阻丝的材质为碳纤维，加热电阻丝两端连接有电源，电源的电压为U，单位为V；在通电加热过程中，富油层8融化所吸收的热量为Q1，且Q₁＝∑C_bm·G_a·(t-t_a)，其中C_bm为所采用的改性沥青的平均比热，改性沥青在不同温度下的平均比热值参考表一，单位为kcal/(kg·℃·h)，G_a为富油层8改性沥青的质量，单位为kg，t为融化富油层8所需的温度，单位为℃，t_a为现场的施工温度，单位为℃；融化富油层8过程中，富油层8融化所散失的热量为Q₂，且

M为沥青到预制上层1和预制下层2的放热系数，M＝0.0232kcal/(h·m²·℃)，l₁，l₂分别为预制上层1、预制下层2的边缘厚度，单位为m，λ为预制上层1或预制下层2的导热系数，λ＝0.4-0.6kcal/(h·m·℃)；F为施工区面积大小，F＝a*b，单位为m²；电源所提供的能量为Q_额，Q_额＝U²T/R，其中U为电源电压，单位为V，T为施工时间，单位为s，R为加热电阻丝的总阻值，单位为Ω；Q_额＝U²T/R＝k(Q₁+Q₂)；其中k为保证热源设备正常工作的富余系数，且1.2≤k≤1.5；即加热电阻丝总阻值R的取值范围为：

表一：改性沥青在不同温度下的比热表

t(℃)	1～20	20～60	60～100	100～150	150～180
						C<sub>bm</sub>(kcal/(kg·℃·h))	0.263～0.299	0.299～0.346	0.346～0.394	0.394～0.442	0.442～0.525

Claims (4)

1.一种适用于长大纵坡桥面的抗剪修补结构，其特征在于，包括有预制上层、预制下层，预制上层底面具有梯形凹槽，预制下层顶面具有梯形凸台，预制上层底面的梯形凹槽与预制下层顶面的梯形凸台相匹配，预制下层的底面设有定位孔，桥面板上固定设置有与预制下层底面的定位孔相配合的定位柱；所述预制上层、预制下层为沥青混凝土结构，预制上层底面具有富油层，预制下层顶面具有电加热层；

所述的富油层为改性沥青层，富油层的厚度d，且

其中a为待修补区域的长度，b为待修补区域的宽度，H为待修补区域的深度；

所述的电加热层为S形排布的加热电阻丝，加热电阻丝的材质为碳纤维，加热电阻丝两端连接有电源，电源的电压为U，单位为V；在通电加热过程中，富油层融化所吸收的热量为Q₁，且Q₁＝∑C_bm·G_a·(t-t_a)，其中C_bm为所采用的改性沥青的平均比热，单位为kcal/(kg·℃·h)，G_a为富油层改性沥青的质量，单位为kg，t为融化富油层所需的温度，单位为℃，t_a为现场的施工温度，单位为℃；融化富油层过程中，富油层融化所散失的热量为Q₂，且

M为沥青到预制上层和预制下层的放热系数，M＝0.0232kcal/(h·m²·℃)，l₁，l₂分别为预制上层、预制下层的边缘厚度，单位为m，λ为预制上层或预制下层的导热系数，λ＝0.4-0.6kcal/(h·m·℃)；F为施工区面积大小，F＝a*b，单位为m²；电源所提供的能量为Q_额，Q_额＝U²T/R，其中U为电源电压，单位为V，T为施工时间，单位为s，R为加热电阻丝的总阻值，单位为Ω；Q_额＝U²T/R＝k(Q₁+Q₂)；其中k为保证热源设备正常工作的富余系数，且1.2≤k≤1.5；即加热电阻丝总阻值R的取值范围为：

2.根据权利要求1所述适用于长大纵坡桥面的抗剪修补结构，其特征在于，所述的预制上层、预制下层内分别布置多层玻璃纤维格栅，预制上层、预制下层分别为改性沥青混凝土模压制成，且油石比为4-6％。

3.根据权利要求1所述适用于长大纵坡桥面的抗剪修补结构，其特征在于，所述的预制下层的底面设有五个定位孔，五个定位孔分别位于预制下层的中心处以及四个拐角处。

4.根据权利要求1所述适用于长大纵坡桥面的抗剪修补结构，其特征在于，所述的定位柱的材质为金属件，桥面板为钢板或混凝土板，且定位柱与钢板焊接固定或定位柱固定配合于混凝土板上的钻孔内。

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