專利名稱：彈性地基上的空心路面結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種道路面層結(jié)構(gòu)，特別涉及一種重載下的路面或飛機(jī)場(chǎng)的鋪面層結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)有的機(jī)場(chǎng)道面很厚，國(guó)內(nèi)一般為40cm左右，國(guó)外為40-60cm，混凝土公路路面的厚度也很厚，城市廣場(chǎng)、人行道上鋪設(shè)的大方磚、小方磚也很厚，既費(fèi)工費(fèi)錢，也極易損壞表面。眾所周知，路面層薄板的受力狀態(tài)是上層受壓，下層受拉，而混凝土的力學(xué)性能是抗壓性能好，抗拉能力差，兩者相差5-6倍以上，在板底因拉力過大而斷裂時(shí)，板上層的壓應(yīng)力遠(yuǎn)沒有達(dá)到極限應(yīng)力。此外，板中下部的拉應(yīng)力也很小。所以，道路面層薄板有70%的材料沒有發(fā)揮作用。
現(xiàn)有道(路)面層板的上表面與板底二十多度的溫差，造成很大溫度應(yīng)力，需要多設(shè)溫度縫，并且由于縫隙掉邊掉角，面層坑坑凹凹，嚴(yán)重影響行車的速度。此外，七十年代修建的許多道路面層薄板，在板下鋪設(shè)一砂墊層，砂層不能承重，荷載維以傳到基礎(chǔ)。板自重引起的壓應(yīng)力為0.0064MPa，可以略去不計(jì)，所以說路面薄板的基礎(chǔ)不承受重量，只起支托作用。
本發(fā)明的目的首先在于要改變路面(薄)板的受力性能，使板中的拉應(yīng)力大大減小，以便充分發(fā)揮混凝土的抗壓能力。
本發(fā)明的另一目的是要盡量降低板面與板底的溫差，從而加大路面板中溫度縫的間距使路面平坦少縫，以便使車輛能高速行駛。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，提出一種彈性地基上的空心道(路)面層板結(jié)構(gòu)，這種路面層板結(jié)構(gòu)主要由基層和面層構(gòu)成。其特征在于所述面層是一種減薄了的混凝土面層板，并在其底部設(shè)置一排橫穿面層板的圓孔?；蛟谄涞撞块_設(shè)有縱橫密布的圓錐形小孔洞。所述基層為剛性基礎(chǔ)，如貧混凝土層。在道路交叉處，路面板底部的圓孔也呈交叉狀并貫通。
本發(fā)明的空心路面結(jié)構(gòu)由三維有限元程度計(jì)算或其它有限元程度計(jì)算，在板底橫貫有一排圓孔的路面板時(shí)，其力學(xué)模型是彈性地基上連續(xù)圓柱厚殼板;在板底設(shè)置有密布的圓8錐形小孔洞的路面板時(shí)，其力學(xué)模型為彈性地基上連續(xù)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱殼板。包括板厚，孔洞直徑，孔與孔之間的距離，基礎(chǔ)的回彈模量等因素，構(gòu)成了多因素的優(yōu)代設(shè)計(jì)。使在路面層結(jié)構(gòu)中在荷載作用下主要產(chǎn)生壓應(yīng)力，拉應(yīng)力可控制在很小的數(shù)值。因此，面層板可以很薄?？招穆访嬉揽孔陨淼膭偠瘸惺艽蟛糠趾奢d，少量傳給基礎(chǔ)，充分發(fā)揮混凝土抗壓性能好的特點(diǎn)。
本發(fā)明的空心路面結(jié)構(gòu)的施工方法，其步驟為1)、壓實(shí)路基，鋪筑基層;
2)、裝設(shè)模板，并在模板下部掏開一排圓孔，以便鋪放圓管;或在模板范圍內(nèi)的基層表面放置密布的小圓錐殼體;
3)、在軌道式攤鋪機(jī)上裝設(shè)雙向液壓拔管機(jī)具，并將其架設(shè)在作為軌道的模板上;
4)、澆灌面層板混凝土;
5)、在混凝土終凝前適當(dāng)時(shí)間內(nèi)拔出圓管。
本發(fā)明的空心路面板中的拔管方法也可采用空心混凝土樓板相類似的方法。
本發(fā)明的空心路面結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有1、空心路面板在荷載作用下主要產(chǎn)生壓應(yīng)力，發(fā)生在圓孔兩側(cè)，在圓孔頂部和板底(沿圓孔長(zhǎng)度方向)產(chǎn)生很小的拉應(yīng)力。拉、壓應(yīng)力的大小可以通過斷面形式的設(shè)計(jì)加以調(diào)整。
2、空心路面板依靠自身的剛度可以承受大部分荷載，小部分傳給了基礎(chǔ)，充分發(fā)揮混凝土抗壓性能好的特點(diǎn)，拉應(yīng)力可控制在很小范圍內(nèi)，因此板厚可以很薄，一般在10cm以內(nèi)。
3、由于板底一排密布的圓孔和空氣相通，板的上表面與板底的溫差將大大小于原有的二十多度，溫度應(yīng)力隨之降低，板面橫縫間距可以加大，使道路更為平坦。
4、空心道(路)面經(jīng)濟(jì)效益較大，新建一個(gè)一級(jí)機(jī)場(chǎng)，可節(jié)省人民幣兩仟多萬，全國(guó)在機(jī)場(chǎng)、公路中推廣，每年可節(jié)省數(shù)億、十?dāng)?shù)億元。
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的空心路面結(jié)構(gòu)，參照附圖并結(jié)合實(shí)施例進(jìn)行具體描述。


圖1為本發(fā)明的空心路面結(jié)構(gòu)實(shí)施例之一的透視圖;
圖2為本發(fā)明的空心路面結(jié)構(gòu)實(shí)施例之二的透視圖;
圖3為圖1所示的空心路成結(jié)構(gòu)在交叉處的圓孔交接平面圖。
在圖1-3中1、空心路面板 2、基層3、板底圓孔 4、板底圓錐形小孔洞實(shí)施例如圖所示的板底有一排圓孔的空心道(路)面板，采用目前國(guó)內(nèi)機(jī)型DC-8-63F的輪胎壓力最大為1.38MPa，一只機(jī)輪重20噸，混凝土的E＝35000MPa，μ＝0.167;采用文格爾地基假設(shè)，取基層貧混凝土的回彈模量K為100MPa，設(shè)板厚為10cm，圓孔直徑為3cm，圓孔凈距為3cm和6cm兩種情況，計(jì)算簡(jiǎn)圖按平面形變(切1cm厚薄片)二維有限元分別計(jì)算了一個(gè)孔和五個(gè)孔兩種情況，最后按三維有限元計(jì)算了一個(gè)孔，厚10cm，長(zhǎng)50cm，孔凈距為6cm，采用的程序是北京理工大學(xué)的三維有限元程序GAD，計(jì)算結(jié)果為(1)、在以上幾種情況下，板中部板內(nèi)最大的壓應(yīng)力為5MPa，發(fā)生在圓孔兩側(cè)。在板邊增大三分之一，約為7.5MPa。
(2)、圓孔凈距為3cm時(shí)，孔頂最大拉應(yīng)力為0.1MPa，最大主拉應(yīng)力(彈性軟科學(xué)范圍)為0.11MPa，此時(shí)圓孔兩側(cè)最大壓應(yīng)力為4.5MPa，傳給基礎(chǔ)的垂直壓應(yīng)力最大為2.8MPa。
(3)、圓孔凈距為6cm時(shí)，孔頂最大拉應(yīng)力為0.5MPa，最大主拉應(yīng)力(彈性軟科學(xué)范圍)為0.7MPa，此時(shí)，圓孔兩側(cè)最大壓應(yīng)力為1.4MPa，傳給基礎(chǔ)的垂直壓應(yīng)力為1.4MPa。
(4)、圓孔凈距為6cm時(shí)，三維有限元計(jì)算荷載水平應(yīng)力之合力(沿孔洞長(zhǎng)度方向指向道[路]面的縱縫)為34Kg，估計(jì)圓孔凈距為3cm時(shí)，該合力為68Kg。
(5)、在20T重的一只機(jī)輪作用下，圓孔凈距為6cm時(shí)，輪跡壓在五條圓孔上方，板底每條面積上的垂直壓應(yīng)力之合力為800Kg，五條面積的合力為4T;當(dāng)圓孔凈距為3cm時(shí)，估計(jì)傳到基層的垂直壓應(yīng)力之合力為8T，最大的垂直壓應(yīng)力為3.5MPa。
(6)、結(jié)論現(xiàn)場(chǎng)足尺實(shí)驗(yàn)方案如下板厚10cm，寬4米(即每個(gè)孔洞長(zhǎng)4m)，長(zhǎng)5m或10-30米，縱縫即施工縫(平縫)，橫縫可切成寬0.3cm，深2cm的縫，供脹、縮使用。圓孔直徑為3cm，凈距為3cm，迂施工橫縫時(shí)，縫離孔邊距離為1-1.5cm，基層采用貧混凝土，其強(qiáng)度≥5MPa，其它不變。
在道路交叉處(參見圖3)，雙方板底圓孔應(yīng)垂直(正交)相交，并相互貫通，類似自來水管的“三通”。拔管方法可參考空心樓板的拔管技術(shù)。
本發(fā)明的“空心道(路)面結(jié)構(gòu)”是與日本、歐州的“多孔路面”有實(shí)質(zhì)性的區(qū)別，國(guó)外的多孔路面板F層是無規(guī)則的蜂窩狀，板厚未改變，受力狀況未改變，多孔路面的目的在于排水和降低燥音。本發(fā)明成功的改變了板底拉應(yīng)力過大的狀況，同時(shí)可起到排水和降低燥音的作用。
權(quán)利要求
1.一種彈性地基上的空心路面結(jié)構(gòu)，它主要由基層和面層構(gòu)成，其特征在于所述面層是一種減薄了的混凝土面層板并在其板底部設(shè)置一排橫穿面層板的圓孔。
2.一種彈性地基上的空心路面結(jié)構(gòu)，它主要由基層和面層構(gòu)成，其特征在于在減薄了的混凝土面層板底部開設(shè)有縱橫密布的圓錐形小孔洞。
3.如權(quán)利要求1或2所述的路面結(jié)構(gòu)，其特征在于所述基層為剛性基礎(chǔ)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的路面結(jié)構(gòu)，其特征在于所述基層為貧混凝土。
5.如權(quán)利要求1所述的路面結(jié)構(gòu)，其特征在于在路面交叉處，面層板底的圓孔互相交叉并貫通。
6.一種彈性地基上的空心路面結(jié)構(gòu)的施工方法，其步驟為1)、壓實(shí)路基，鋪筑基層;2)、裝設(shè)模板，并在模板下部掏開一排圓孔，以便鋪放圓管;或在模板范圍內(nèi)的基層表面放置密布的小圓錐殼體;3)、在軌道式攤鋪機(jī)上裝設(shè)雙向液壓拔管機(jī)具，并將其架設(shè)在作為軌道的模板上;4)、澆灌面層板混凝土;5)、在混凝土終凝前適當(dāng)時(shí)間內(nèi)拔出圓管。
7.一種如權(quán)利要求1或2所述的路面結(jié)構(gòu)，其特征是它應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)道面，混凝土公路路面，港口碼頭，廣場(chǎng)鋪面，廠房和大廳的地坪面層。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種道路面層結(jié)構(gòu)，特別涉及于一種重載下的路面或機(jī)場(chǎng)的鋪面層結(jié)構(gòu)。它主要由基層和面層構(gòu)成。其中的面層是一種減薄了的混凝土面層板，并在其底部設(shè)置有一排橫穿面層板的圓孔，或在其底部開設(shè)有縱橫密布的圓錐形小孔洞。本發(fā)明的空心路面結(jié)構(gòu)應(yīng)用了新的軟科學(xué)模型，用三維有限元程序計(jì)算，改變了面層板的受力狀態(tài)，使板中拉應(yīng)力降到最小，從而減薄了板的厚度，節(jié)省了大量材料和投資。
文檔編號(hào)E01C7/14GK1098155SQ9410535
公開日1995年2月1日 申請(qǐng)日期1994年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月20日
發(fā)明者姚行厚 申請(qǐng)人:姚行厚