一种路桥融合体系的路面防裂处治方法与流程

本发明属于工程建设领域，尤其是改扩建工程领域，具体涉及一种路桥融合体系的路面防裂处治方法。本发明能够有效解决改扩建工程中桥梁伸缩缝与土路基衔接处路面纵向裂缝问题，减少路面维养，提升行车舒适性，形成路桥融合道路关键技术。

背景技术：

1、当前公路建设，具体表现在：①无地可占，无土可用形势严峻；②占地、取土代价加大；③土质处理、土地复垦成本提升。传统以地和土为主体建造公路的经济性和适用性受到严重冲击。

2、采用路桥融合的理念、工业化的模式，在规模化、系列化的水平上，能够实现公路的少土、无土、高效、低价建设，是应对现实挑战、响应绿色发展的必然选择。当前解决道路改扩建时的征地困难和填方量大的问题，大致可以概括为三种路桥融合体系的解决方案：方案一是采用桩板挡墙路基，方案二是采用半山半桥式路基，方案三桩板道路结构。

3、但实践证明，路桥融合体系在改扩建工程应用中，还存在技术难题有待解决，即：路桥衔接处路面层出现纵向裂缝，尤其伸缩缝处裂缝病害更为严重，路面经常需要维养。这是由于搭接板梁由于温度和汽车制动等作用，对路桥衔接处路面层产生纵向拉伸作用，另外在伸缩缝处，由于路桥衔接处路面层无侧向约束，在局部汽车轮载作用下路面沥青层易向桥梁伸缩缝侧发生横向变形，在拉伸作用和横向变形下，伸缩缝处路面极易产生裂缝，进而影响结构耐久性、舒适性和安全性。因此，迫切需要研发一种路桥融合体系的路面防裂处治方法，解决路面开裂问题，形成真正的路桥融合技术。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种路桥融合体系的路面防裂处治方法。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：

3、一种路桥融合体系的路面防裂处治方法，在土路基与拼宽桥梁于伸缩缝衔接处设置l型侧向限位钢板，l型侧向限位钢板的底板埋置于土路基水稳碎石层内，其顶部距离沥青路面层1cm；

4、在l型侧向限位钢板与拼宽桥梁板之间设置拼宽密封胶；

5、在l型侧向限位钢板腹板与土路基之间设置环氧沥青混合料，埋置于土路基沥青混凝土铺装层之下。

6、本发明的进一步技术：

7、优选的，所述的l型侧向限位钢板采用q235或更高级别钢材，钢板弹性模量为e，沿桥梁纵向长度为m，腹板高度h，底板宽度n，钢板厚度取t，上述参数可按下步骤计算：

8、(1)确定l型侧向限位钢板沿桥梁纵向长度为m，m：

9、l型侧向限位钢板的设置应覆盖桥梁伸缩装置范围：m≥b+0.4(m)；b为梁端缝隙；

10、(2)确定l型侧向限位钢板腹板高度h，m：

11、h≥0.5m；

12、(3)确定l型侧向限位钢板底板宽度n，m：

13、底板宽度n＝max(0.3，0.7h)；

14、(4)计算l型侧向限位钢板腹板顶部a点和底部b点在汽车轮载下的主动土压力pa、pb，此处忽略土路基沥青层的影响，偏安全考虑忽略板桥梁端缝隙以外桥、路对l型侧向限位钢板的约束作用，即此时计算简化为将板桥梁端缝隙内的l型侧向限位钢板视为侧向受压的一端锚固一端简支的悬臂梁：

15、土路基碎石主动土压力系数：为碎石层内摩擦角，取45°～50°；

16、l型侧向限位钢板腹板a点主动土压力：pa＝kaql；

17、l型侧向限位钢板腹板b点主动土压力：pb＝ka(γh+ql)，γ为土路基水泥稳定碎石层平均重度；

18、汽车轮载取后轮对应值即：

19、(5)计算l型侧向限位钢板腹板侧向土压力合力及距离b点距离：

20、l型侧向限位钢板腹板侧向主动土压力合力：

21、ea距离b点的距离c：

22、(6)计算l型侧向限位钢板厚度t，mm；

23、l型侧向限位钢板横向受弯惯性矩：

24、控制a点处沥青层横向变形不超过1.5mm，故a点的侧向变形：弹性模量e＝2.06x105mpa，t取最小整数值。

25、优选的，环氧沥青混合料包括粗集料、细集料、矿粉和环氧沥青，按照体积构成原理确定原材料用量，粗集料构成骨架结构，环氧沥青包裹粗集料后形成空隙，由细集料与矿粉、环氧沥青形成的环氧砂浆进行填充，并控制环氧砂浆关键筛孔。

26、优选的，粗集料包括3～5mm、5～10mm两档，粗集料构成的骨架结构，借助软件模型确定最佳密实状态下，两档粗集料的掺配比例，按照如下步骤进行：

27、(1)利用颗粒流软件建立一定尺寸的离散元计算模型；

28、(2)根据掺配比例不同，向模型内逐步档随机投放颗粒；

29、(3)设置重力加速度使得集料下沉并达到稳定，以平均不平衡力趋于稳定控制；

30、(4)混合料内部沿着模型中心位置，设置测量圆测定混合料空隙率；

31、(5)采用guass peak拟合不同粗集料掺配比例下空隙率变化关系，从而找出空隙率最小值时，粗集料掺配比例。

32、优选的，所述的环氧沥青混合料粗集料用量，将粗集料按照比例掺配后，进行马歇尔击实试验，单面击实100次，测定其击实密度及击实后空隙率，并按照下式计算1m3环氧沥青混合料粗集料用量：

33、

34、pc＝1000×(1-vc)×ρc

35、式中：ρc——合成级配密度，g/cm3；ρsc——合成级配的击实密度，g/cm3；

36、vc——粗集料击实后空隙率，％；pc——1m3环氧沥青混合料粗集料用量，kg。

37、优选的，所述环氧沥青包裹粗集料后形成空隙，将粗集料根据比表面积相同的原则，等效为球体，环氧沥青按照一定沥青膜包裹球体，并撑开粗集料，球体半径及撑开体积按照下式计算：

38、

39、

40、式中：sa——比表面积，m2/kg；ρ——集料的密度，g/cm3；r——集料的等效球体直径，mm；

41、pa1——环氧沥青裹附粗集料后撑开体积比，％；u——沥青膜厚度，um；

42、pc1——5～10mm粗集料比例，％；pc2——3～5mm粗集料比例，％；

43、d1——5～10mm粗集料等效球体直径，mm；d2——3～5mm粗集料等效球体直径，mm；

44、优选的，所述环氧砂浆填充在环氧沥青包裹粗集料后，撑开了部分体积之后，形成的空隙之中，填充完后剩余空隙率为环氧沥青混合料空隙率，按照下式计算1m3环氧沥青混合料中环氧砂浆用量：

45、

46、式中：pj——1m3环氧沥青混合料中环氧砂浆用量，kg；ρj——环氧砂浆的密度，g/cm3；vv——环氧沥青混合料空隙率，％。

47、优选的，所述细集料与矿粉、环氧沥青形成的环氧砂浆，环氧沥青以一定沥青膜厚度包裹矿粉和细集料，按照下式确定1m3环氧沥青混合料中矿粉、细集料和环氧沥青用量：

48、g+g+pa2＝pj

49、pa2＝u×(g×sag+g×sag)×ρa

50、式中：g——1m3环氧沥青混合料细集料用量，kg；g——1m3环氧沥青混合料矿粉用量，kg；pa2——1m3环氧沥青混合料中环氧砂浆的沥青用量，kg；ρa——环氧沥青的密度，g/cm3；

51、sag——细集料比表面积，m2/kg；sag——矿粉比表面积，m2/kg。

52、优选的，所述环氧砂浆关键筛孔控制，以环氧砂浆中关键筛孔0.075mm通过率，控制砂浆中矿粉和细集料掺配比例，按照下式确定矿粉及细集料掺配比例：

53、

54、100＝g1+g1

55、式中：s0.075——环氧砂浆0.075mm要求的筛孔通过率，％；

56、——细集料0.075mm的筛孔通过率，％；

57、——矿粉0.075mm的筛孔通过率，％；

58、g1——环氧砂浆中细集料比例，％；

59、g1——环氧砂浆中矿粉比例，％。

60、总体而言，本发明提供技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

61、1、本发明能够促进公路工程建设取得节地、节土、降碳的突出效果。路桥融合体系是实现公路改扩建工程少土、无土、高效、低价建设的理想结构。本发明有效解决路桥融合体系新土路基路面纵向裂缝这一“老、大、难”问题，减少路面维养，提升行车舒适性，形成路桥融合道路关键技术，有效促进路桥融合体系在国内外改扩建工程中的推广应用，经济、社会效益显著，应用前景广阔。

62、2、本发明提供的环氧沥青混合料，首先，以体积参数控制的环氧沥青混合料的设计，粗集料形成骨架，增强混合料强度，将环氧砂浆充分填充在粗集料骨架空隙中，增加环氧沥青混合料与钢板粘结界面接触面积，使得钢板与环氧沥青混合料粘结牢固。其次，结合沥青成膜理论和体积填充方法，分别计算裹附沥青与填充沥青，从功能角度精确计算环氧沥青添加量，提升环氧沥青混合料性能，更加有效发挥出环氧沥青混合料粘结、承载等方面功能。

63、3、本发明路桥融合体系结构受力性能可靠、耐久性能良好，在l型侧向限位钢板与土路基路面结构之间设置环氧沥青混合料，该材料具有良好的粘结性能和承载性能，有效提升路、桥连接处路面刚度，同时确保l性限位钢板与土路基连接牢固，确保整个装置性能稳定，结构耐久。

64、4、处治方法简单、明确：本发明结构简单合理、施工便捷、通用性强，处治方法简便易操作，适用于采用路桥融合体系的改扩建工程中，除公路改扩建工程外，可广泛应用于其他工程建设领域，应用前景广阔。