專利名稱：連續(xù)配筋水泥混凝土路面端部制動(dòng)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種水泥混凝土路面加固技術(shù)，尤其涉及一種連續(xù)配筋水泥混凝
土路面端部制動(dòng)板。
背景技術(shù)：
水泥混凝土是我國(guó)采用的主要路面結(jié)構(gòu)形式之一，其特點(diǎn)為剛度大、強(qiáng)度高、穩(wěn) 定性好、耐疲勞、抗凍性和耐磨性優(yōu)良。但是，由于普通水泥混凝土路面在施工時(shí)不得不設(shè) 置很多的接縫(如脹縫、縮縫和施工縫等)，雨水容易透過(guò)接縫滲透到路面基層而產(chǎn)生唧 泥、錯(cuò)臺(tái)等病害；同時(shí)由于接縫處存在一定間隙，在車(chē)輛荷載沖擊作用下，容易造成接縫邊 緣混凝土碎裂。為了克服普通水泥混凝土的上述缺點(diǎn)，提高行車(chē)舒適性，道路工作者提出了 連續(xù)配筋混凝土路面(Continuously Reinforced Concrete Pavement,以下簡(jiǎn)稱CRCP)的 路面結(jié)構(gòu)形式。CRCP在路面縱向配有足夠數(shù)量的鋼筋，以控制混凝土路面板縱向收縮產(chǎn)生 的裂縫的擴(kuò)展，因此，CRCP在施工時(shí)完全不設(shè)脹、縮縫(除施工縫及構(gòu)造所需的脹縫外)，形 成一條完整而平坦的行車(chē)表面，改善了行車(chē)平穩(wěn)性和舒適性，同時(shí)也增加了路面板的整體 強(qiáng)度。 CRCP在季節(jié)性溫度變化下將產(chǎn)生周期性移動(dòng)，雖然板中由于受到土體約束而無(wú)位 移，但CRCP的兩端在一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)，這種移動(dòng)量有時(shí)高達(dá)10cm左右，如此 大的移動(dòng)量必須采取一定的措施加以限制，以避免混凝土板被擠壓破壞。目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn) 及我國(guó)規(guī)范推薦的端部設(shè)置主要結(jié)構(gòu)有如下四類 1、端部錨固地梁構(gòu)造如圖1所示，路面端部的變形控制主要依靠端部地梁所依 靠的土基的抗剪強(qiáng)度予以平衡；錨固設(shè)施一般無(wú)法完全限制CRCP的端部變形，所以還應(yīng)在 與CRCP連接的路面一定范圍內(nèi)設(shè)置幾條脹縫以消除殘余變形。 2、混凝土灌注樁錨固構(gòu)造如圖2所示，在縱向設(shè)置多排(一般一個(gè)車(chē)道一排)混
凝土灌注樁，樁頂與路面聯(lián)成整體；該構(gòu)造也是靠土的抗力來(lái)限制端部變形。 3、寬翼緣工字梁錨固構(gòu)造如圖3所示，設(shè)置一條寬翼緣工字梁接縫，接縫下面設(shè)
枕墊板，CRCP端部擱置在枕墊板上，可以自由活動(dòng)，與工字鋼連接的部位以脹縫填縫料填
塞，工字梁下翼緣埋入混凝土枕墊板內(nèi)；在與CRCP相連的普通混凝土路面中設(shè)置數(shù)條脹
縫，以分散接縫處殘留的端部位移。 4、連續(xù)設(shè)置多條脹縫構(gòu)造如圖4所示，在CRCP與普通混凝土路面連接處設(shè)置多 條脹縫，將變形消除在這些脹縫中。 上述的四類結(jié)構(gòu)，都需要在原地面開(kāi)挖較大深度( 一般大于1M)，當(dāng)原地基為軟弱 土體時(shí)，較大的開(kāi)挖量必然會(huì)導(dǎo)致土體在修筑錨固段以前發(fā)生潰散，失去強(qiáng)度；而當(dāng)原地基 為巖石時(shí)，較大的開(kāi)挖變得更加的困難，而爆破又有可能導(dǎo)致巖石的碎裂，同樣失去強(qiáng)度， 而且經(jīng)濟(jì)成本大幅度提高。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提出了一種連續(xù)配筋水泥混凝土路面端部制動(dòng)板，其結(jié)構(gòu)如下制動(dòng) 板的縱截面為ab、 bc、 cd、 de、 ef、 fa六段順次連接組成的多邊型，其中，ab平行于ef， fa、 bc、 de三者互相平行且都垂直于ab， ab長(zhǎng)度大于ef長(zhǎng)度，bc和de的總長(zhǎng)度小于fa長(zhǎng)度； ef所在的制動(dòng)板端面與新修的水泥混凝土路面端部連接，且ef段高度與新修的水泥混凝 土路面厚度相同，ab所在的制動(dòng)板端面與原有路面結(jié)構(gòu)連接。 制動(dòng)板內(nèi)設(shè)置有雙層鋼筋網(wǎng)，均采用HRB335級(jí)螺紋鋼筋，制動(dòng)板保護(hù)層厚度為
10cm ;鋼筋網(wǎng)縱向鋼筋間距45cm，上層縱向鋼筋直徑為16mm，下層縱向鋼筋直徑為25mm ;橫
向鋼筋間距14cm，上層橫向鋼筋直徑為16mm，下層橫向鋼筋直徑為20mm。 本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果是開(kāi)挖量小、巖土強(qiáng)度破壞小、成本低廉、可有效防
治混凝土板的擠壓破壞。

圖1，端部錨固地梁構(gòu)造示意圖；圖2，混凝土灌注樁錨固構(gòu)造示意圖；圖3，寬翼緣工字梁錨固構(gòu)造示意圖；圖4，連續(xù)設(shè)置多條脹縫構(gòu)造示意圖；圖5，本實(shí)用新型制動(dòng)板縱截面結(jié)構(gòu)示意圖圖6，制動(dòng)板所受被動(dòng)土壓力示意圖；圖7，制動(dòng)板所受主動(dòng)土壓力示意圖。
具體實(shí)施方式制動(dòng)板具體結(jié)構(gòu)為制動(dòng)板的縱截面為ab、bc、cd、de、ef 、fa六段順次連接組成的 多邊型，其中，ab平行于ef， fa、bc、de三者互相平行且都垂直于ab， ab長(zhǎng)度大于ef長(zhǎng)度， bc和de的總長(zhǎng)度小于fa長(zhǎng)度；ef所在的制動(dòng)板端面與新修的水泥混凝土路面端部連接， 且ef段高度與新修的水泥混凝土路面厚度相同，ab所在的制動(dòng)板端面與原有路面結(jié)構(gòu)連 接。 連續(xù)配筋混凝土路面在端部范圍內(nèi)發(fā)生縱向位移時(shí)，將對(duì)路面端部和橋頭連接等 部位產(chǎn)生水平推力。制動(dòng)板的作用是借助地基的被動(dòng)土壓力對(duì)連續(xù)配筋混凝土路面端部的
縱向位移進(jìn)行約束。路面端部的最大容許縱向位移量s。越小，制動(dòng)板所承受的水平推力 就越大；S。越大，則水平推力越小。隨S。最大容計(jì)量的變化，對(duì)制動(dòng)板提供的水平推力的 要求也隨之變化。 路面板(連續(xù)配筋混凝土路面)和制動(dòng)板一起作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)物，在沒(méi)有水平 荷載作用的情況下，結(jié)構(gòu)物無(wú)水平移動(dòng)的趨向。制動(dòng)板的ab、 cd、 ef面承受著相等的靜止 土壓力，bc面不產(chǎn)生摩阻力。參見(jiàn)圖5，若結(jié)構(gòu)物承受水平荷載N"N2，且K > ^，則結(jié)構(gòu)物 產(chǎn)生具有向左移動(dòng)的趨勢(shì)，ab面上的土壓力將減少，cd面上的土壓力將增大，而且在bc面 上，將產(chǎn)生與移動(dòng)方向相反的摩擦阻力，以表達(dá)式描述，可寫(xiě)為= & -尸。cos(5 + ")， 式中，Pj為沿bc面上的極限塑性剪力，Pp-Pa cos(S+a)為制動(dòng)板ab、cd面的被動(dòng)土壓力 與主動(dòng)土壓力之差。[0022] 參見(jiàn)圖6，制動(dòng)板所受被動(dòng)土壓力分析 在ab面上，按水平荷載NrN2的方向，制動(dòng)板產(chǎn)生水平移動(dòng)，推擠土體，從而逐漸增 大墻對(duì)土體的側(cè)向應(yīng)力，而土中逐漸增大的抗剪力阻止這一滑動(dòng)的產(chǎn)生。當(dāng)制動(dòng)板對(duì)土體 的側(cè)向應(yīng)力增大到某一數(shù)值，使土的抗剪強(qiáng)度充分發(fā)揮時(shí)，土壓力增大到最大值，即為被動(dòng) 土壓力值Pp。如圖6所示 在ab面上的被動(dòng)土壓力Pp值的計(jì)算采用朗金土壓力理論，設(shè) ①土體是地表為一平面的半無(wú)限體，土壓力方向與地表面平行； ②達(dá)到被動(dòng)應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，土體向側(cè)向壓縮； ③被動(dòng)應(yīng)力狀態(tài)只存在于破裂棱體之內(nèi)，即局部土體中出現(xiàn)極限狀態(tài)，而破裂棱 體之外仍處于彈性平衡狀態(tài)。 ④伸張與壓縮對(duì)土的影響很小，忽略豎直方向上土的變形對(duì)土壓力的影響。 若土體表面為水平面的均質(zhì)彈性半無(wú)限體，即水平面垂直向下和沿水平方向都為 無(wú)限伸展。出于土體內(nèi)任一豎直面都是對(duì)稱面，因此，地面以下h深度處的M點(diǎn)在土的自重 作用下豎直面和水平面上的剪應(yīng)力都為零，故該點(diǎn)處于彈性平衡狀態(tài)，其應(yīng)力狀態(tài)為 豎向應(yīng)力o z = Y h ;水平應(yīng)力o x = K。 Y h，其中，h為連續(xù)配筋水泥混凝土路面 深度，Y為填土容重，K。為主動(dòng)土壓力系數(shù) 由于制動(dòng)板與土體間無(wú)摩擦力，因而無(wú)剪應(yīng)力，亦即制動(dòng)板ab面為主應(yīng)力面。當(dāng) 制動(dòng)板無(wú)位移時(shí)，它不影響土體中原有的應(yīng)力狀態(tài)，制動(dòng)板后(cd段所在面)土體仍處于彈 性狀態(tài)。 制動(dòng)板在外力作用下擠壓土體，o z仍不變，o x隨著制動(dòng)板位移增加而逐步增大。 當(dāng)制動(dòng)板位移擠壓土體使c^增大到土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，c^達(dá)到最大值Op，土體形 成一系列破裂面，此時(shí)制動(dòng)板ab面上水平應(yīng)力c^為最大主應(yīng)力，即朗金被動(dòng)土壓力。破
裂面與水平面成"'=45°-，。此時(shí)大、小主應(yīng)力h和03有如下關(guān)系式
(<formula>formula see original document page 5</formula>
式中
沿墻深度方向被動(dòng)土壓力分布強(qiáng)度； 朗金被動(dòng)土壓力系數(shù)
<formula>formula see original document page 5</formula> 參見(jiàn)圖7，制動(dòng)板所受主動(dòng)土壓力分析 在cd段的制動(dòng)板面上，制動(dòng)板在土壓力作用下離開(kāi)土體產(chǎn)生一微小的移動(dòng)，從而 使制動(dòng)板對(duì)土體的側(cè)向應(yīng)力(它與土壓力大小相等、方向相反)逐漸減小，土體出現(xiàn)向下滑 動(dòng)的趨勢(shì)。這時(shí)，土中逐漸增大的抗剪力抵抗著這一滑動(dòng)的產(chǎn)生。當(dāng)制動(dòng)板的側(cè)向應(yīng)力減 小到某一數(shù)值，且土的抗剪強(qiáng)度充分發(fā)揮時(shí)，土壓力減小到最小值，土體即處于極限平衡狀 態(tài)，此時(shí)相應(yīng)的土壓力即為土體的主動(dòng)土壓力Pa。 [OO38] 在cd面上的主動(dòng)土壓力計(jì)算采用庫(kù)侖土壓力理論，設(shè) ①制動(dòng)板后(cd段所在面)土體為均質(zhì)散粒體，粒間僅有內(nèi)摩擦力而無(wú)粘聚力； ②當(dāng)制動(dòng)板產(chǎn)生一定位移時(shí)，制動(dòng)板后(cd段所在面)土體將形成破裂棱體，并沿制動(dòng)板cd面和破裂面滑動(dòng)； ③破裂面為通過(guò)制動(dòng)板板踵的一平面； 當(dāng)制動(dòng)板后土體開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)，土體處在極限平衡狀態(tài)，破裂棱體在其自重W、土壓 力E和破裂面反力R作用下維持靜力平衡。ab為制動(dòng)板背面，bc為破裂面，bc與豎直方向
的夾角e為破裂角，abc即為破裂棱體。其中破裂角e是未知的，當(dāng)e等于某一定值時(shí)，
Ea(主動(dòng)土壓力的反力)值達(dá)最大，而后又逐漸減小。Ea的最大值即為庫(kù)侖主動(dòng)土壓力。相 應(yīng)的be面即為主動(dòng)狀態(tài)最危險(xiǎn)破裂面。 巡 令~;f = 0可解出主動(dòng)土壓力的表達(dá)式為 P為制動(dòng)板所用混凝土材料密度； H為制動(dòng)板縱截面ab段高度； c為原有路面結(jié)構(gòu)粘聚力； Y為填土的容重； ^為新路面結(jié)構(gòu)內(nèi)摩擦角角度； S為制動(dòng)板ab面摩擦角； |3為土體表面的傾角； a為制動(dòng)板ab面傾角； 通過(guò)對(duì)路面板和制動(dòng)板組成的整體結(jié)構(gòu)物所受主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的受力 分析，可以按以下的設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)制動(dòng)板尺寸 1)確定新路面結(jié)構(gòu)、舊路面結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)要求、自然環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)； 2)設(shè)定制動(dòng)板尺寸； 3)根據(jù)確定的參數(shù)和制動(dòng)板尺寸計(jì)算制動(dòng)板所能承受的極限塑性剪力PJ ; 4)計(jì)算約束力E P ; 5)計(jì)算制動(dòng)板的容許抗力^ =4" ; B為安全系數(shù)； 6)若>E P則表明制動(dòng)板尺寸滿足要求；否則重新設(shè)定制動(dòng)板的幾何尺寸，重 復(fù)步驟3)至6)。
實(shí)施例 在云關(guān)坡互通匝道連續(xù)配筋混凝土路面設(shè)計(jì)中，采用了本實(shí)用新型的制動(dòng)板，具
體的設(shè)計(jì)過(guò)程如下 云關(guān)坡互通匝道設(shè)計(jì)參數(shù) 車(chē)輛荷載參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)軸載P = 100KN，輪胎壓力p = 0. 7MPa，荷載傳遞系數(shù)J = 2.2，使用初期設(shè)計(jì)車(chē)道每日通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)NS= 1500輛/日，交通量年增長(zhǎng)率 Y ' = 6%，設(shè)計(jì)使用年限t = 30年，輪跡橫向分布系數(shù)n = 0. 39，溫度梯度T = 27°C， 連續(xù)配筋水泥混凝土路面板(新路面結(jié)構(gòu))厚度h = 25cm，制動(dòng)板末端(ab段)高度H=100cm，最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值Tg = 86 (°C /m) 混凝土材料參數(shù)彈性模量Ee = 28000MPa，泊松比y =0. 15，溫度變形系 數(shù)a = 0. 00001，收縮系數(shù)Z = 0. 0005，密度P = 2400kg/m3，設(shè)計(jì)抗彎拉強(qiáng)度f(wàn)cm = 4. 5MPa，抗拉強(qiáng)度:o l = 2. 4MPa 鋼筋參數(shù)彈性模量ES = 2. 0 X 105MPa，屈服強(qiáng)度f(wàn)sy = 380MPa，抗拉強(qiáng)度o s = 450MPa，粘結(jié)強(qiáng)度RS = 4. OMPa 舊路路基參數(shù)基層頂面當(dāng)量回彈模量Et = lOOMPa，基層頂面計(jì)算回彈模量Etc
nEt，修正系數(shù)計(jì)算荷載應(yīng)力時(shí)"=1.718x10
-3
/ ^0.8
，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)n = 0. 35，表
面磨擦系數(shù)f = 1.5，原有路面結(jié)構(gòu)內(nèi)磨擦角w = 38°，粘聚力c = 0. 08MPa 新路路基參數(shù)基層頂面當(dāng)量回彈模量Et = 100MPa，基層頂面計(jì)算回彈模量Et
nEt，修正系數(shù)計(jì)算荷載應(yīng)力時(shí)"=1.718x10
—3
、i
、0.8
，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)n = 0. 35，密
度P
1920kg/m3，表面磨擦系數(shù)f = 1. 5，內(nèi)磨擦角p = 35° ，粘聚力c = 0. 08MPa 計(jì)算步驟
1) e T = _aTT = -0. 00001X27 = _0. 00027， e T為該地區(qū)的年最大溫度應(yīng)變；
2) 端部完全自由時(shí)的位移
e "2 0.1875x28000x10
Q " 7 2xl.5x0扁l
3)根據(jù)朗金理論，制動(dòng)板末端的被動(dòng)土壓力為
x27)2 =6.075cw
2400 xl2
2
-tan
45 + ^ l + 2c/ftan 2 J
45 + ^
45。 +
350
十2x0.08xlxtan
45。 +35。
=4428.5 l紐/c附
4)根據(jù)庫(kù)侖土壓力理論，cd面上的主動(dòng)土壓力為
尺=丄;^2
Jx2100xlx 2
cos2 (p _ a)
cos2 a cos(tJ + a)
1 + J sin(p + 5) sin(p _ 〃) "\| cos(<5 + or) cos(or - yff)
cos2(35°-30°)
cos2(30°)cos(30°+30°)
1 + .
sin(35°+30°)sin(35。 - 0。) (cos(30°+30°)cos(30°-0°)=632.7 Ag/t7w 5)制動(dòng)板錨固的極限抗剪力 PL， = Pp-Pacos( S+a ) = 4428. 51-632. 7Xcos(30。 +30° )= 4428.51-316.35 =4412. 16kg/cm 6)計(jì)算被約束的端部位移S s : 錨固系統(tǒng)要求完全約束，故被約束的端部位移等于路面端部最大容許縱向位移 量，艮卩Ss = S。 = 6.075 7)根據(jù)被約束位移計(jì)算土體對(duì)制動(dòng)板的約束力E P，為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定路面端部 最大容許縱向位移量S。沿路面板長(zhǎng)度呈直線分布，則Z尸=~^fe> =謹(jǐn)=7二 x 1.5 x 0.0021 = 1417.5紐/c附 " ci^rW 0.00001x27x100 8)制動(dòng)板安全系數(shù)計(jì)算
尸'4412 16取安全系數(shù)為1. 5，計(jì)算制動(dòng)板容許抗力尸丄=^ = _^_ = 2941.44&/^ PL = 2914. 44 > E P = 1417. 5 ; 由計(jì)算可知，采用本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，可以有效地限制連續(xù)配筋混凝土路面的縱 向位移。具體施工中，均采用常規(guī)技術(shù)和施工規(guī)范。
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權(quán)利要求一種連續(xù)配筋水泥混凝土路面端部制動(dòng)板，其特征在于制動(dòng)板的縱截面為ab、bc、cd、de、ef、fa六段順次連接組成的多邊型，其中，ab平行于ef，fa、bc、de三者互相平行且都垂直于ab，ab長(zhǎng)度大于ef長(zhǎng)度，bc和de的總長(zhǎng)度小于fa長(zhǎng)度；ef所在的制動(dòng)板端面與新修的水泥混凝土路面端部連接，且ef段高度與新修的水泥混凝土路面厚度相同，ab所在的制動(dòng)板端面與原有路面結(jié)構(gòu)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)配筋水泥混凝土路面端部制動(dòng)板，其特征在于制動(dòng)板 內(nèi)設(shè)置有雙層鋼筋網(wǎng)，均采用HRB335級(jí)螺紋鋼筋，制動(dòng)板保護(hù)層厚度為10cm鋼筋網(wǎng)縱向鋼 筋間距45cm，上層縱向鋼筋直徑為16mm，下層縱向鋼筋直徑為25mm ;橫向鋼筋間距14cm，上 層橫向鋼筋直徑為16mm，下層橫向鋼筋直徑為20mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種連續(xù)配筋水泥混凝土路面端部制動(dòng)板，制動(dòng)板的縱截面為ab、bc、cd、de、ef、fa六段順次連接組成的多邊型，其中，ab平行于ef，fa、bc、de三者互相平行且都垂直于ab，ab長(zhǎng)度大于ef長(zhǎng)度，bc和de的總長(zhǎng)度小于fa長(zhǎng)度；ef所在的制動(dòng)板端面與新修的水泥混凝土路面端部連接，且ef段高度與新修的水泥混凝土路面厚度相同，ab所在的制動(dòng)板端面與原有路面結(jié)構(gòu)連接。本實(shí)用新型有益技術(shù)效果開(kāi)挖量小、巖土強(qiáng)度破壞小、成本低廉、可有效防止混凝土板的擠壓破壞。
文檔編號(hào)E01C11/04GK201520930SQ200920126759
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者何兆益, 危接來(lái), 吳宏宇, 周家明, 姚博, 岳軍聲, 曾好, 熊衛(wèi)士, 王強(qiáng), 石飛, 蔣祖恩, 陳克群, 魏建明, 魏河廣 申請(qǐng)人:貴州省高等級(jí)公路管理局;重慶交通大學(xué);重慶交通建設(shè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司