寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)，在橫向建筑物側(cè)壁與路基的連接部位之間，填筑防凍結(jié)構(gòu)層，所述防凍結(jié)構(gòu)層的縱向剖面形狀大致為上窄下寬的直角梯形，所述防凍結(jié)構(gòu)層梯形的縱向直角邊朝向所述橫向建筑物的側(cè)壁。將防凍結(jié)構(gòu)層的縱向剖面形狀設(shè)計(jì)為上窄下寬的梯形，可以在保證防凍脹效果的同時(shí)，最大限度的節(jié)約材料，施工成本低，科學(xué)合理。
【專利說明】
寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]凍脹是由于土中水的凍結(jié)和冰體(特別是凸鏡狀冰體)的增長引起土體膨脹、地表不均勻隆起的作用。導(dǎo)致土體凍脹的因素甚多，包括土質(zhì)、水分狀態(tài)、負(fù)溫環(huán)境、水和土的含鹽量、土層上部壓力等等。這些因素綜合地決定并影響著某地區(qū)土的凍脹性。歸納起來主要有三個(gè)方面，即土、水和溫度三大要素。
[0003]而在寒冷地區(qū)修建涵洞、框架橋、箱型橋等橫向建筑物時(shí)，橫向建筑物的存在會(huì)對其周圍路基產(chǎn)生不利影響，尤其是在橫向建筑物與周圍路基的連接部位，由于橫向建筑物的風(fēng)洞效應(yīng)，會(huì)使該部位凍土的熱力梯度更加復(fù)雜，進(jìn)而改變周圍路基的凍結(jié)方式，由一般地段路基的單項(xiàng)凍結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向甚至多向凍結(jié)，因此加劇路基凍結(jié)程度，引起進(jìn)一步凍脹或融化壓縮，可能造成更嚴(yán)重凍脹或融沉病害。
[0004]中國專利CN203821188 U公開了一種嚴(yán)寒地區(qū)橫向建筑物周圍路基防凍脹結(jié)構(gòu)，在橫向建筑物的側(cè)壁和頂壁貼覆保溫板，保溫板外包覆保溫防凍結(jié)構(gòu)層，保溫防凍結(jié)構(gòu)層周圍包覆路基填料，保溫防凍結(jié)構(gòu)層延伸至路基填料頂面，能防止嚴(yán)寒地區(qū)橫向建筑物周圍這種凍脹危害集中部位路基的凍脹問題。其存在的問題也是目前路基防凍脹結(jié)構(gòu)所普遍存在的問題，具體包括:
[0005]I需要額外貼保溫層，施工工藝復(fù)雜；
[0006]2在復(fù)雜動(dòng)荷載及環(huán)境溫度條件下，僅靠外墻保溫長期效果得不到保障。
[0007]3碎石摻加水泥加工的填料層抗動(dòng)載荷能力差；
[0008]4填料層現(xiàn)場施工時(shí)均質(zhì)性得不到保障，整體性較差，在經(jīng)歷多次循環(huán)凍融后，其抗凍脹性能大大降低，因此使用壽命很低，在較短的時(shí)間內(nèi)就需要翻修；
[0009]5防凍結(jié)構(gòu)層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，一方面不能高效的起到防凍脹的作用，另一方面造成了材料的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)。
[0011 ]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0012]—種寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)，在橫向建筑物側(cè)壁與路基的連接部位之間，填筑泡沫混凝土作為防凍結(jié)構(gòu)層，所述防凍結(jié)構(gòu)層的縱向剖面形狀為上窄下寬的直角梯形，所述防凍結(jié)構(gòu)層梯形的縱向直角邊朝向所述橫向建筑物的側(cè)壁。
[0013]在寒冷地區(qū)，由于越接近地面的溫度越低，所以接近地表的凍脹現(xiàn)象往往更加顯著，因此，傳統(tǒng)的防凍層的剖面形狀，往往設(shè)計(jì)為上寬下窄的倒梯形，以減輕上部的凍脹作用。但事實(shí)上是，路基在凍結(jié)過程中其表面溫度降低較快，土體水分所具有的土水勢小;底部溫度相對較高，土體水分所具有的土水勢大，路基內(nèi)部形成溫度梯度和土水勢梯度。自然界中物體普遍的趨勢是自發(fā)地從能量高的狀態(tài)向能量低的狀態(tài)運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)化，因此，水分會(huì)從勢能高的路基下部向路基上部勢能低的凍結(jié)鋒面迀移積聚，當(dāng)水分補(bǔ)給充分時(shí)，聚冰層體積和凍脹力不斷增大，排擠土顆粒使路基產(chǎn)生凍脹。從這一過程中可以看出，發(fā)生凍脹時(shí)，水分主要是發(fā)生豎直向的迀移積聚；由于同一深度處的水分處于等勢面，因此水分極少發(fā)生水平向的迀移。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)的技術(shù)偏見，將防凍結(jié)構(gòu)層的底部較寬，可以有效的阻止位于填料層以下的土體中水分的向上迀移;位于上部的填料層無需阻擋水分的水平迀移，因此尺寸較小時(shí)，仍然可以保證填料層的抗凍性能，而且節(jié)約用料，成本較低。梯形的高與橫向建筑物的側(cè)壁直接接觸，避免了冷氣從橫向建筑物向路基的侵入，可以最大限度的降低風(fēng)洞效應(yīng)對路基的影響。
[0014]將防凍層的斷面尺寸設(shè)計(jì)為上窄下寬的梯形，在保證防凍效果的同時(shí)，減少填料用量，更加科學(xué)合理，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
[0015]此外，防凍脹的結(jié)構(gòu)主體部分為泡沫混凝土，它是一種多孔結(jié)構(gòu)，具有導(dǎo)熱系數(shù)低，抗沖擊性能好等特點(diǎn)，是理想的無機(jī)防寒保溫和抗沖擊材料，能有效的避免凍脹破壞及橋涵構(gòu)筑物過渡段由于均勻沉降導(dǎo)致的跳車等災(zāi)害。
[0016]所述防凍結(jié)構(gòu)層的深度根據(jù)最大凍結(jié)深度確定。例如當(dāng)防凍結(jié)構(gòu)層的深度等于最大凍結(jié)深度時(shí)，可以最大限度的保證結(jié)構(gòu)的抗凍脹性能。
[0017]所述防凍結(jié)構(gòu)層的頂部為路面填料層。路面填料層的填料即為鋪設(shè)路面時(shí)所用的常規(guī)填料。
[0018]所述防凍結(jié)構(gòu)層為泡沫混凝土填料層。
[0019]所述泡沫混凝土中添加增稠劑，所述增稠劑由下述組分的原料按重量配比制成:硅粉:60-100份;膨潤土: 40-70份;有機(jī)高分子粘結(jié)劑:0.3-1份。
[0020]針對防凍脹泡沫混凝土所設(shè)計(jì)的增稠劑，可以降低施工過程中泡沫混凝土的流動(dòng)性和穩(wěn)泡性，進(jìn)而提高泡沫混凝土的整體性和均質(zhì)性，因此泡沫混凝土的強(qiáng)度等力學(xué)性能得到加強(qiáng)。而且，由于泡沫混凝土的均質(zhì)性更好，因此極少出現(xiàn)較大孔洞或貫通孔洞的情況，導(dǎo)熱系數(shù)減小，并且減少路基中水分入滲，抑制凍脹。試驗(yàn)表明，在凍融循環(huán)條件下該泡沫混凝土具備良好的抵抗凍脹變形的性能。
[0021]所述有機(jī)高分子粘結(jié)劑為:聚丙烯酸、羥丙甲基纖維素、黃原膠或聚丙烯酰胺。
[0022]優(yōu)選的，增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:70-80份;膨潤土:45-65份;黃原膠:0.6-0.8份。
[0023]優(yōu)選的，增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:80-90份;膨潤土:40-50份;羥丙甲基纖維素:0.3-0.6份。
[0024]優(yōu)選的，增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:75-90份;膨潤土:45-60份;聚丙烯酸:0.5-0.8份。
[0025]增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:75-90份;膨潤土: 45-60份;聚丙烯酰胺:0.4-0.8份。
[0026]所述增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的8%_15%。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:
[0028]將防凍結(jié)構(gòu)層的縱向剖面形狀設(shè)計(jì)為上窄下寬的梯形，可以在保證防凍脹效果的同時(shí)，最大限度的節(jié)約材料，施工成本低，科學(xué)合理。
[0029]防凍結(jié)構(gòu)層所采用的泡沫混凝土，添加了為了提高防凍脹性所設(shè)計(jì)的增稠劑，不僅提高泡沫混凝土抗凍脹性能，還能提高泡沫混凝土的強(qiáng)度等力學(xué)性能，使得使用壽命大大增加，延長了路基翻修的時(shí)間。
【附圖說明】
[0030]圖1是橋梁過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖2是涵洞過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖中:1、防凍結(jié)構(gòu)層，2、橋基側(cè)壁，3、路基填料，4、路面填料，5、涵洞側(cè)壁。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0034]實(shí)施例1:
[0035]如圖1所示，在橋梁與路基的連接部位，橋基側(cè)壁2與路基填料3之間設(shè)有防凍結(jié)構(gòu)層I，防凍結(jié)構(gòu)層I的縱向剖面形狀為上窄下寬的直角梯形，防凍結(jié)構(gòu)層I的高與橋基側(cè)壁2接觸，防凍結(jié)構(gòu)層I的頂端鋪設(shè)路面填料4，防凍結(jié)構(gòu)層I的斜邊外側(cè)為路基填料3。
[0036]防凍結(jié)構(gòu)層采用泡沫混凝土填料層，該泡沫混凝土中添加有增稠劑。
[0037]為了保證現(xiàn)場施工質(zhì)量，特研制了現(xiàn)澆泡沫混凝土專用增稠劑(增稠劑的詳細(xì)內(nèi)容見實(shí)施例3-7)，使得現(xiàn)場泡沫混凝土孔隙均勻，一次性澆筑高度達(dá)Im以上，實(shí)現(xiàn)了所澆筑的泡沫混凝土保溫性能好，輕質(zhì)高強(qiáng)，抗動(dòng)力荷載作用佳。
[0038]實(shí)施例2:
[0039]如圖2所示，在涵洞與路基的連接部位，涵洞側(cè)壁5與路基填料3之間設(shè)有防凍結(jié)構(gòu)層I，防凍結(jié)構(gòu)層I的縱向剖面形狀為上窄下寬的直角梯形，防凍結(jié)構(gòu)層I的高與涵洞側(cè)壁5接觸，防凍結(jié)構(gòu)層I的頂端鋪設(shè)路面填料4，防凍結(jié)構(gòu)層I的斜邊外側(cè)為路基填料3。
[0040]值得一提的是，防凍結(jié)構(gòu)層也可以在頂部朝向橫向建筑物一側(cè)延伸，覆蓋橫向建筑物的頂部，也在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0041 ] 實(shí)施例3:
[0042]在泡沫混凝土中添加的增稠劑的配方為:硅粉:60份;膨潤土:70份;黃原膠:I份，制備時(shí)，按照上述成分及重量百分比稱取后，在常溫下將其放入容器進(jìn)行攪拌、均勻即可。增稠劑在使用時(shí)，按照增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的8%進(jìn)行摻加。
[0043]實(shí)施例4:
[0044]在泡沫混凝土中添加的增稠劑的配方為:硅粉:100份;膨潤土:40份;聚丙烯酰胺:0.3份，制備時(shí)，按照上述成分及重量百分比稱取后，在常溫下將其放入容器進(jìn)行攪拌、均勻即可。增稠劑在使用時(shí)，按照增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的10%進(jìn)行摻加。
[0045]實(shí)施例5:
[0046]在泡沫混凝土中添加的增稠劑的配方為:硅粉:70份;膨潤土:50份;羥丙甲基纖維素:0.3份，制備時(shí)，按照上述成分及重量百分比稱取后，在常溫下將其放入容器進(jìn)行攪拌、均勻即可。增稠劑在使用時(shí)，按照增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的12%進(jìn)行摻加。
[0047]實(shí)施例6:
[0048]在泡沫混凝土中添加的增稠劑的配方為:硅粉:80份;膨潤土:50份;聚丙烯酸:0.5份，制備時(shí)，按照上述成分及重量百分比稱取后，在常溫下將其放入容器進(jìn)行攪拌、均勻即可。增稠劑在使用時(shí)，按照增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的13%進(jìn)行摻加。
[0049]實(shí)施例7:
[0050]在泡沫混凝土中添加的增稠劑的配方為:硅粉:60份;膨潤土:60份;聚丙烯酰胺:
0.5份，制備時(shí)，按照上述成分及重量百分比稱取后，在常溫下將其放入容器進(jìn)行攪拌、均勻即可。
[0051]增稠劑在使用時(shí)，按照增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的15%進(jìn)行摻加。
[0052]對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，未予以詳細(xì)說明的部分，為現(xiàn)有技術(shù)，在此不進(jìn)行贅述。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)，其特征在于:在橫向建筑物側(cè)壁與路基的連接部位之間，填筑防凍結(jié)構(gòu)層，所述防凍結(jié)構(gòu)層的縱向剖面形狀為上窄下寬的直角梯形，所述防凍結(jié)構(gòu)層梯形的縱向直角邊朝向所述橫向建筑物的側(cè)壁。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述防凍結(jié)構(gòu)層的深度根據(jù)最大凍結(jié)深度確定。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述防凍結(jié)構(gòu)層的頂部為路面填料層。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述泡沫混凝土中添加增稠劑，所述增稠劑由下述組分的原料按重量配比制成:硅粉:60-100份；膨潤土: 40-70份;有機(jī)高分子粘結(jié)劑:0.3-1份。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述有機(jī)高分子粘結(jié)劑為:聚丙烯酸、羥丙甲基纖維素、黃原膠或聚丙烯酰胺。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:70-80份;膨潤土: 45-65份;黃原膠:0.6-0.8份。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)，其特征在于:增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:80-90份；膨潤土:40-50份；羥丙甲基纖維素:0.3-0.6份。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)，其特征在于:增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:75-90份;膨潤土: 45-60份；聚丙烯酸:0.5-0.8份。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)，其特征在于:增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:75-90份;膨潤土: 45-60份;聚丙烯酰胺:0.4-0.8份。10.根據(jù)權(quán)利要求5-9任一所述的寒冷地區(qū)橋涵構(gòu)筑物過渡段防凍脹結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的8%_15%。
【文檔編號】E01C3/06GK106049214SQ201610375546
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】譚賢君, 陳衛(wèi)忠, 田洪銘, 袁敬強(qiáng)
【申請人】中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所