CN212452152U - 一种土工格室加筋水泥混凝土路面结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种土工格室加筋水泥混凝土路面结构。本实用新型路面结构主要包括自下而上依次铺设的基层、面层和磨耗层；基层是上、下两层土工布和中间土工格室加筋级配碎石层；面层是土工格室加筋的水泥混凝土层；磨耗层是水泥混合料磨耗层和土工格栅；土工格室沿道路方向的两侧留有拉环，将土工格室拉伸至张拉状态，用木楔穿过拉环将最外端土工格室固定。本实用新型解决了现有路面结构强度低，重载交通下水泥混凝土路面疲劳断裂、唧泥、错台等问题，使路面结构有较强承载能力和抗变形能力，从而减少路面结构破坏。
Description
技术领域
本实用新型属于公路工程水泥混凝土路面及施工技术领域，具体涉及一种土工格室加筋水泥混凝土路面结构。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展，交通基础设施尤其是高等级公路的建设迅猛发展，水泥混凝土作为一种强度高，稳定性好，成本低的材料，得到了广泛的应用。目前我国是世界上水泥混凝土路面里程最长的国家，水泥路面在我国主要分布于农村公路和高等级公路中。但由于交通量大幅度增加，车辆数量膨胀式上升和自然因素等原因，对水泥混凝土路面的使用条件日益苛刻。目前，已有的水泥混凝土路面大多也因上述原因过早地出现裂缝、断板、破碎、沉陷、错台、坑洞等病害，导致路面承载能力低，结构完整性差，达不到设计使用年限。
目前，我国针对水泥混凝土路面维修养护和病害防治的主要措施有沥青混合料修补、板块破碎和碾压稳定，铺筑沥青混凝土或水泥混凝土加铺层以及刻槽、罩面等措施。
(1)沥青混合料修补：对较小裂缝，及时将裂缝内的尘土清除干净，再灌填沥青砂缝补；对严重的裂缝，宜先将松动部分凿掉并清除干净后，在干燥情况下，用液体沥青涂刷缝壁，再填入沥青砂捣实、烫平，并以细砂覆盖。此种方法可以恢复裂缝传递板块间荷载的能力，并最大地减少垂直变形。但修补过程复杂，修补工艺要求较高，成本大，且在夏季时沥青混合料高温蠕变易产生车辙。
(2)板块破碎和碾压稳定：当裂缝分布遍及全板时，需要将整个板块击破翻除，再重新浇筑新混凝土板做基层。该过程人工成本高，且翻修过程中容易影响原有路面结构的稳定性，新旧混凝土板粘合也无法保证。
(3)铺筑沥青混凝土：通过增加沥青混凝土层可以增加路面结构的弯曲刚度，降低接缝处的弯沉差，减少面层的剪切应力，也能延长路面结构的疲劳断裂寿命。但铺筑沥青混凝土层势必会大大增加路面造价，同时由于沥青混合料遇高温容易蠕变产生车辙。
(4)水泥混凝土加铺层：先将原面板表面凿毛，除掉碎屑，清洗干净，涂刷掺有黏合剂的水泥浆，之后建筑混凝土加铺层。加铺层筑缝与原面板接缝对齐，且缝的类型应相同。目前修筑结合式加铺层费工费时，造价较高，工程应用受到了很大限制。
(5)刻槽、罩面：根据路面断裂情况，将混凝土板凿成长方形槽，刷洗干净后，用水泥砂浆涂抹槽壁和底面，然后以新混凝土罩面。目前以新混凝土罩面易产生脱落，无法保证新旧层混凝土达到完全结合，旧混凝土路面层接缝和裂缝易反射到新混凝土层上。
综上所述，目前采用的一系列方法，对路面结构病害防治有一定的效果，但也存在造价高，施工复杂，施工工艺高等不足。国内也逐步应用于土工格室加筋材料来提高路面结构的承载能力和抗变形能力。土工格室(Geocell)是一种由高分子聚合物宽条经强力焊接而成的三维网状结构，焊缝与片材长度方向垂直，展开后形成内联的网状结构，并可以在格室中充填砂、碎石或泥土等材料，构成具有强大侧向限制和大刚度的结构。目前被广泛应用于软土地基处理，边坡防护，管道支撑等工程。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种土工格室加筋水泥混凝土路面结构，以解决现有路面结构强度低，重载交通下水泥混凝土路面疲劳断裂、唧泥、错台等问题，使路面结构有较强的承载能力和抗变形能力，从而减少路面结构的破坏，延长水泥混凝土路面的实际使用寿命。
本实用新型的土工格室加筋水泥混凝土路面结构，它包括自下而上依次铺设的基层、面层和磨耗层；所述基层是上、下两层土工布和中间土工格室加筋级配碎石层；所述面层是土工格室加筋的水泥混凝土层；所述磨耗层是水泥混合料磨耗层和土工格栅；所述土工格室沿道路方向的两侧留有拉环，将土工格室拉伸至张拉状态，用木楔穿过拉环将最外端土工格室固定。
具体的，所述土工格室选用5-10cm高度的强化HDPE片材料，经高强力焊接而形成的一种三维网状格室结构；所述土工布选用以涤纶短纤维为主经不同的设备和工艺铺排成网状的无纺土工布。
具体的，所述土工格室经张拉后单孔长22-25cm，单孔宽15-18cm，格室片材厚度为1-2cm。
具体的，所述木楔固定的深度为25～30cm。
具体的，所述面层的土工格室结构层厚介于20-30cm之间时，铺设双层土工格室；土工格室结构层厚低于20cm时，则铺设单层土工格室。
具体的，所述基层采用石料强度不低于Ⅳ级，形状接近立方体或圆球形的天然碎石填筑而成；所述面层采用抗压强度为8-10MPa的水泥混凝土填筑而成。
具体的，所述磨耗层的水泥混合料磨耗层厚度为2-5.0cm。
进一步，在土工格室加筋水泥混凝土的面层两侧设置路面排水沟，排水沟宽度为12-15cm，横向排水坡度在1％-2％之间。
本实用新型的路面结构，在水泥混凝土中加入了土工格室，使水泥混凝土侧向约束大大增强，从而提高了水泥混凝土面层的承载能力和整体性，避免产生较大的沉降变形；在级配碎石中加入土工格室，使级配碎石侧向约束大大增强，从而提高基层的承载能力和整体性，避免产生较大的沉降变形。土工格室改善了水泥混凝土路面结构的受力特性和路面裂缝状况，减少路面开裂，从而提高了水泥混凝土路面结构的抗变形能力，有效减少路面结构厚度，降低工程造价，适用于各种等级的重载交通道路和软弱地基上的道路。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
(1)本实用新型提供的土工格室加筋水泥混凝土路面结构，与普通的水泥混凝土路面相比，在水泥混凝土中增加土工格室后，土工格室的蜂窝状结构将水泥混凝土路面板块分成若干小块，大大降低了温度引起的体积变化，缓解了由于荷载与温度的共同作用导致的路面破坏，提高了路面结构的承载能力和整体性，同时土工格室加筋水泥混凝土层可有效扩散和均化上部荷载，减少不均匀沉降，提高了水泥混凝土路面结构的抗变形能力。在级配碎石基层中加入土工格室，使级配碎石侧向约束大大增强，从而提高基层的承载能力和整体性，避免产生较大的沉降变形。
(2)路面结构铺设的水泥混合料磨耗层+土工格栅能与土工格室加筋水泥混凝土层有很好的变形协调性。水泥混合料磨耗层能有效避免因土工格室顶端应力集中导致的水泥混凝土面层的破坏。高强度土工格栅的设置一方面可承受磨耗层与土工格室加筋水泥混凝土之间的横向剪切作用，同时缓解两者界面上的应力集中现象；另一方面能防止基层底部的裂缝延伸至面层产生反射裂缝，有助于增强水泥混合料的抗弯拉、抗剪切强度。土工布的设置则起到张拉膜和联结的作用，使上下层位结构协调一致，更好扩散和均化上部荷载，协调不均匀变形，同时兼有加筋、隔离、过滤、排水，防护等多种功能。
(3)本实用新型的施工方法简单，土工格室张拉简易，且能张拉至完全状态，同时由于路面结构增加土工格室后，大大提升了路面结构的承载能力，因此可适当减薄水泥混凝土板块厚度，降低工程造价，延长路面的实际使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型的土工格室加筋水泥混凝土路面结构的剖面示意图。
图2为本实用新型的土工格室木楔固定示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的路面结构作进一步说明。
参见图1，本实施例的土工格室加筋水泥混凝土路面结构，它包括自下而上依次铺设的基层3、面层2和磨耗层1，图1中4为路基。基层3是上、下两层的土工布7和中间的土工格室9加筋的级配碎石层8；所述面层2是土工格室9加筋的水泥混凝土层6；所述磨耗层1是水泥混合料磨耗层11和土工格栅5。参见图2，所述土工格室9沿道路方向的两侧留有拉环10，将土工格室9拉伸至张拉状态，用木楔11穿过拉环10将最外端土工格室9固定。
上述土工格室加筋水泥混凝土路面结构的施工方法，包括如下步骤：
(1)路基4的整平：根据道路设计及施工规范要求，对现有路基4进行整平并碾压至需要的压实度，保证路基4表面平整，坡度均匀，无大颗粒碎石及杂物；路基4整平后铺设一层无纺土工布7，并开始制作固定土工格室的木楔11。
(2)铺设基层3：根据道路设计宽度选取相应规格的土工格室9，本实例选用土工格室9单孔长(L)为22cm，单孔宽(B)为18cm，格室片高度(H)为10cm，格室片厚度(D)为1.5mm；土工格室9张拉后为曲线形态；现场沿道路方向铺设及张拉土工格室9，保证土工格室9拉伸至张拉完全状态，然后将木楔11穿过土工格室9两侧拉环10并打入路基4，固定于路基4表面，木楔11顶端与路基4表面高度相等；最后将级配碎石填筑到土工格室9内，并充分压实；在压实后的土工格室9加筋的级配碎石层8上铺设一层无纺土工布7。
(3)铺设面层2：首先将土工格室9拉伸至张拉状态；然后将木楔11穿过土工格室9两侧拉环10并打入基层3，固定于基层3表面，木楔11露出部分不能高于基层3表面高度；紧贴两侧的土工格室木楔11布设木板制模；将水泥混凝土拌和好以后浇筑在土工格室9加筋的木板模具中；待土工格室9加筋的水泥混凝土层6终凝后，进行脱模、养护、干燥，使其达到设计强度。
(4)设置路面排水沟：在土工格室加筋水泥混凝土路面两侧设置宽度为12cm，横向排水坡度为1.5％的碎石排水沟。
(5)铺筑磨耗层1：在土工格室9加筋的水泥混凝土层6上表面铺设一层土工格栅5，再在水泥混凝土层6表面摊铺水泥混合料磨耗层11碾压至压实状态。
本实用新型提出了一种磨耗层加土工格栅、土工格室加筋水泥混凝土面层和两层无纺土工布加级配碎石层三者组成的新型水泥混凝土路面结构，并详细地介绍了这种新型路面结构施工方法。与传统的水泥混凝土路面结构相比，该路面结构因土工格室强大的侧向约束作用，具有强度高、完整性好和抗变形能力强的特点。水泥混合料磨耗层能有效避免因应力集中导致的水泥混凝土面层的破坏；高强度土工格栅的设置可承受磨耗层与土工格室加筋水泥混凝土之间的横向剪切作用，同时缓解两者界面上的应力集中现象，有助于增强水泥混合料的抗弯拉、抗剪切强度。土工布的设置则起到张拉膜和联结的作用，使上下层位结构协调一致，更好扩散和均化上部荷载，协调不均匀变形，同时兼有加筋、隔离、过滤、排水、防护等多种功能。综上所述，该路面结构承载能力和抗变形能力强，施工方法简单易操作，工程造价低，面层板厚度计算方法步骤清晰，可得到最优设计方案，具有很大的经济效益和工程意义。
显然，以上描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而非全部的实施例。本实用新型属于公路工程水泥混凝土路面及施工技术领域，在本领域技术人员没有做出创造性技术的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型的权利要求保护范围。
Claims (8)
1.一种土工格室加筋水泥混凝土路面结构，其特征在于：它包括自下而上依次铺设的基层、面层和磨耗层；所述基层是上、下两层土工布和中间土工格室加筋级配碎石层；所述面层是土工格室加筋的水泥混凝土层；所述磨耗层是水泥混合料磨耗层和土工格栅；所述土工格室沿道路方向的两侧留有拉环，将土工格室拉伸至张拉状态，用木楔穿过拉环将最外端土工格室固定。
2.根据权利要求1所述土工格室加筋水泥混凝土路面结构，其特征在于：所述土工格室选用5-10cm高度的强化高密度聚乙烯片即HDPE片材料，经高强力焊接而形成的一种三维网状格室结构；所述土工布选用以涤纶短纤维为主铺排成网状的无纺土工布。
3.根据权利要求2所述土工格室加筋水泥混凝土路面结构，其特征在于：所述土工格室经张拉后单孔长22-25cm，单孔宽15-18cm，格室片材厚度为1-2cm。
4.根据权利要求3所述土工格室加筋水泥混凝土路面结构，其特征在于：所述木楔固定的深度为25~30cm。
5.根据权利要求1所述土工格室加筋水泥混凝土路面结构，其特征在于：所述面层的土工格室结构层厚介于20-30cm之间时，铺设双层土工格室；土工格室结构层厚低于20cm时，则铺设单层土工格室。
6.根据权利要求1所述土工格室加筋水泥混凝土路面结构，其特征在于：所述基层采用石料强度不低于Ⅳ级，形状接近立方体或圆球形的天然碎石填筑而成；所述面层采用抗压强度为8-10MPa的水泥混凝土填筑而成。
7.根据权利要求1所述土工格室加筋水泥混凝土路面结构，其特征在于：所述磨耗层的水泥混合料磨耗层厚度为2-5.0cm。
8.根据权利要求1所述土工格室加筋水泥混凝土路面结构，其特征在于：在土工格室加筋水泥混凝土的面层两侧设置路面排水沟，排水沟宽度为12-15cm，横向排水坡度在1%-2%之间。
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