一种现浇预应力混凝土路面结构及其施工方法
阅读说明：本技术 一种现浇预应力混凝土路面结构及其施工方法 (Cast-in-place prestressed concrete pavement structure and construction method thereof ) 是由 肖俊华 程小亮 刘宇闻 万家恺 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了现浇预应力混凝土路面结构,包括均铺设在路基上的车道先浇带、路缘后浇带和车道间后浇带,所述车道先浇带包括沿路面结构间隔布置的横向钢筋和纵向钢筋,以及将各钢筋浇筑连接于一体的混凝土板；所述横向的端部插入路缘后浇带或车道间后浇带内,横向钢筋位于车道先浇带的部分施加有预应力,横向钢筋位于路缘后浇带和车道间后浇带内的部分不施加预应力。本发明还公开了一种预应力混凝土路面结构施工方法。本发明的有益效果为：本发明采用预应力钢筋混凝土,利用了车道正下方预应力混凝土较大的刚度和抗裂能力,可防止路面开裂,提高路面使用寿命。(The invention discloses a cast-in-place prestressed concrete pavement structure, which comprises a lane pre-cast strip, a curb post-cast strip and an inter-lane post-cast strip which are all laid on a roadbed, wherein the lane pre-cast strip comprises transverse reinforcing steel bars and longitudinal reinforcing steel bars which are arranged at intervals along the pavement structure, and the reinforcing steel bars are cast and connected into an integrated concrete slab; the transverse end part is inserted into the curb post-cast strip or the post-cast strip between lanes, the part of the transverse steel bar positioned in the lane pre-cast strip is prestressed, and the part of the transverse steel bar positioned in the curb post-cast strip and the post-cast strip between lanes is not prestressed. The invention also discloses a construction method of the prestressed concrete pavement structure. The invention has the beneficial effects that: the invention adopts prestressed reinforced concrete, utilizes the larger rigidity and crack resistance of the prestressed concrete right below the lane, can prevent the pavement from cracking and prolong the service life of the pavement.)
技术领域
本发明涉及路面施工技术，具体涉及一种现浇预应力混凝土路面结构及其施工方法。
背景技术
提高路面的使用寿命是道路交通行业的长期追求。但是，由于混凝土具有抗压能力较强、抗拉能力较差这一材料特性，在温度及车轮荷载下极易造成混凝土路面开裂。当混凝土路面出现开裂之后，路表雨水会沿裂缝侵入道路内部，造成钢筋的锈蚀及路基的软化破坏，导致道路的进一步开裂。
为了避免上述问题，传统的处理方法主要有两方面，一是增加混凝土路面的配筋率，如采用双层配筋的混凝土路面结构；二是增大路基的厚度及采用混凝土浇筑的路基等以提高路基的质量。虽然传统方法一定程度上减小了混凝土路面裂缝的产生，提高了路面寿命，但是经济成本极大，除了少数干道外，其难以得到广泛的推广和普及。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种可减小路面开裂、提高道路使用寿命的现浇预应力混凝土路面结构及其施工方法。
本发明采用的技术方案为：一种现浇预应力混凝土路面结构，包括均铺设在路基上的车道先浇带、路缘后浇带和车道间后浇带，所述路缘后浇带位于车道先浇带的侧部，所述车道间后浇带位于整体路面结构的车道间分道线上，车道间后浇带的两侧均为车道先浇带；所述车道先浇带包括沿路面结构间隔布置的横向钢筋和纵向钢筋，以及将各钢筋浇筑连接于一体的混凝土板；所述横向钢筋的端部插入路缘后浇带或车道间后浇带内，横向钢筋位于车道先浇带的部分施加有预应力。
按上述方案，所述路缘后浇带和车道间后浇带均分别采用ECC混凝土浇筑。
按上述方案，所述横向钢筋套设在波纹管内，波纹管沿车道先浇带的宽度方向通长布置，且横向钢筋的端部自波纹管伸出；波纹管与横向钢筋之间的间隙灌浆。
按上述方案，相邻车道先浇带的横向钢筋位置对应且端部连接。
本发明还提供了一种现浇预应力混凝土路面结构施工方法，包括以下步骤：
步骤一、平整并轧实路基；
步骤二、绑扎纵横向钢筋，架设车道先浇带模板，并进行车道先浇带混凝土的浇筑和养护；
步骤三、拆除车道先浇带模板，利用千斤顶装置张拉横向钢筋，并对波纹管内部孔道进行灌浆处理；
步骤四、养护灌浆料，拆除千斤顶装置；
步骤五、焊接各车道先浇带同一横向位置处的横向钢筋，浇筑并养护路缘后浇带和车道间后浇带，将各车间道先浇带连接成整体；
步骤六、铺设路面层。
按上述方案，在步骤二中，横向钢筋布置完成后，采用海绵或橡胶塞将波纹管端部填充，防止混凝土浇筑时堵塞波纹管。
按上述方案，步骤三的具体方法为：
1)、清理波纹管端部用于密封的橡胶塞或海绵块，保证横向钢筋可以在波纹钢孔道内自由滑动；
2)、清理横向钢筋的根部及波纹管的端部周围混凝土，并打磨平整；
3)、调整横向钢筋的位置，对于相邻车道同一横向位置的横向钢筋，其重合长度20～25cm；
4)、布置千斤顶装置，对横向钢筋进行张拉，使其张拉应力达到设计要求；
5)、对波纹管灌浆处理，灌浆时从波纹管一端开始，直至灌浆料从波纹管另一端流出且无气泡为止。
按上述方案，所述千斤顶装置包括支撑垫板、空心千斤顶和锚头结构；所述支撑垫板紧贴于车道先浇带混凝土板的侧部，支撑垫板开设有通孔和用于波纹管灌浆的注浆孔；所述千斤顶安装在支撑垫板上，千斤顶的伸缩方向与横向钢筋的轴线方向一致；嵌套在波纹管内的横向钢筋端部自通孔伸出，通过锚头结构与千斤顶的驱动端相连，千斤顶的驱动端伸缩时实现横向钢筋的张拉。
按上述方案，所述千斤顶包括液压缸、液压杆和限位板，所述液压缸的底部固定在支撑垫板上，液压缸开设有油腔和连通油腔的注油孔；所述液压杆内部中空，横向钢筋自液压杆内部穿过；所述液压杆的一端密封连接在油腔内，液压杆可沿油腔内壁滑动；所述液压杆的另一端通过锚头结构与横向钢筋相连；所述油腔的外侧设有限制液压杆滑出的限位板，限位板与液压缸螺栓连接；锚头卡片设于锚头卡环内，用于卡紧横向钢筋；所述锚头卡环的内侧面与液压杆的外端部相连。
按上述方案，所述横向钢筋的张拉控制应力为250～320Mpa。
本发明的有益效果为：
1、路面受力更为合理：本发明中路面结构由预应力混凝土先浇带和普通钢筋混凝土后浇带交替组成。相比普通钢筋混凝土结构，位于轮迹带下方的预应力混凝土板具有抗裂性及承载能力更强的特点；相比全断面预应力混凝土结构，本发明预应力施工更为简单，同时由于预应力是根据车道分布布置的，由地面摩擦引起的预应力损失更小，结构受力更为合理。
2、刚柔结合，路面受力更好：本发明通过将预应力钢筋混凝土和ECC混凝土的交替使用，一方面利用了车道正下方预应力混凝土较大的刚度和抗裂能力，同时由于ECC混凝土良好的变形能力(极限应变为混凝土200～300倍)，其充当后浇带可以防止后浇带路面的开裂，因而路面整体都具有很好的变形及抗裂能力。
3、路面与地基板紧密接触，无脱空现象：由于本发明为现浇预应力混凝土板，其与路面紧密接触，无脱空现象，在服役时可将车轮荷载较为均匀的传给地基，延长路面的使用寿命。
4、路面板承受荷载能力较强：由于预应力的作用，混凝土处于横向受压状态，其抗剪切能力相比无预应力混凝土路面较强，可承受更大的荷载。
5、防水能力更强，耐久性更好：由于混凝土处于初始受压状态，在服役过程中即使在荷载作用下出现裂缝，其也会在荷载作用自后迅速闭合，防止雨水流入裂缝，造成钢筋的锈蚀和地基的软化，所以本发明的路面寿命更长，耐久性更好。
6、施工简单，易于操作：本发明相比传统的现浇路面施工工艺，本发明施工的主要难度在横向钢筋的张拉，但配合本发明的空心张拉千斤顶，其施工难度较小，易于现场施工。
7、造价较低：相比传统混凝土路面，本发明虽然增加了预应力钢筋张拉施工费用，但是由于其采用了预应力结构，相比普通钢筋混凝土路面结构其配筋率有一定的降低，同时在同等条件混凝土板板厚也可以降低，节省混凝土用量，所以其综合造价相比传统钢筋混凝土路面结构基本持平或造价更低。
附图说明
图1本发明一个具体实施例的结构平面图。
图2为本实施例中路面张拉横断面示意图。
图3为本实施例中钢筋张局部示意图。
图4为本实施例中千斤顶装置的构造图一。
图5为本实施例中千斤顶装置的构造图二。
图6为本实施例中最终路面横断面示意图。
其中：1-车道先浇带，2-横向钢筋，21-波纹管，22-横向钢筋重合段，23-横向钢筋外伸段，3-纵向钢筋，4-路缘后浇带，5-车道间后浇带，6-路基，7-锚头结构，71-锚头卡片，72-锚头卡环，8-千斤顶，81-液压杆，82-液压缸，83-注油孔，84-液压油，85-密封环，86-限位板，87-螺栓，9-支撑垫板，91-注浆孔，92-橡皮塞。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1所示的一种现浇预应力混凝土路面结构，包括分别铺设在路基6上的车道先浇带1、路缘后浇带4和车道间后浇带5，所述路缘后浇带4位于车道先浇带1的侧部，所述车道间后浇带5位于整体路面结构的车道间分道线上，车道间后浇带5的两侧均为车道先浇带1；所述车道先浇带1包括沿路面结构间隔布置的横向钢筋2和纵向钢筋，以及将各钢筋浇筑连接于一体的混凝土板；所述横向钢筋2的端部插入路缘后浇带4或车道间后浇带5内，横向钢筋2位于车道先浇带1的部分施加有预应力，横向钢筋2位于路缘后浇带4和车道间后浇带5内的部分不施加预应力。本实施例中，由于横向钢筋2施加有预应力，其混凝土板为预应力混凝土板。
优选地，所述路缘后浇带4和车道间后浇带5均分别采用ECC混凝土(EngineeredCementitious Composite，纤维增强水泥基复合材料)浇筑，ECC混凝土具有高变形能力。
优选地，所述横向钢筋2套设在波纹管21内，波纹管21沿车道先浇带1的宽度方向通长布置，且横向钢筋2的端部自波纹管21伸出；波纹管21与横向钢筋2之间的间隙灌浆。
优选地，相邻车道先浇带1的横向钢筋2位置对应且端部连接。
本发明中，所述横向钢筋2为螺纹钢筋。
如图2所示的一种现浇路面混凝土路面结构施工方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、平整并轧实路基6：根据设计要求平整路基6并压实，使路基6高程及压实程度达到设计要求。
步骤二、绑扎纵向钢筋和横向钢筋2，架设车道先浇带1模板，并进行车道先浇带1混凝土的浇筑和养护。车道先浇带1的宽度为3.2～3.6m，本实施例中车道先浇带1的宽度具体为3.5m。在架设横向钢筋2时，位于不同车道的横向钢筋2位置应相互对应，以使不同车道的横向钢筋2连接在一起；同时在横向钢筋2布置完成以后，采用海绵或橡胶塞将波纹管21端部横向钢筋2与波纹管21之间的缝隙进行填充，防止混凝土浇筑时堵塞波纹管21。
纵向钢筋和横向钢筋2的布置参数为：纵向钢筋沿路面结构的长度方向连续间隔布置，间距为15～30cm；本实施例中纵向钢筋的间距为20cm。纵向钢筋布置于车道先浇带1的混凝土板厚度中心面，且纵向钢筋架设在横向钢筋2上。横向钢筋2的布置间距为10～20cm，本实施例中为20cm；横向钢筋2两端分别穿出波纹管2120～30cm，本实施例中为30cm；横向钢筋2嵌套于波纹管21中，且波纹管21的长度与先浇带混凝土板的宽度相等。
步骤三、拆除车道先浇带1模板，利用千斤顶装置张拉横向钢筋2，并对波纹管21内部孔道进行灌浆处理。
本发明中，步骤三主要涉及横向钢筋2的张拉，如图3～图5所示，其主要施工过程及参数设置如下：
1)、清理波纹管21端部用于密封的橡胶塞或海绵块，保证横向钢筋2可以在波纹钢孔道内自由滑动，方便后续横向钢筋2张拉。
2)、清理横向钢筋2的根部及波纹管21的端部周围混凝土，并打磨平整，方便千斤顶装置的布置。
3)、调整横向钢筋2的位置，对于相邻车道同一横向位置的横向钢筋2，其重合长度20～25cm，优选20cm；对于路缘侧横向钢筋2，其端部(也即外伸段23)伸出长度为30cm。
4)、布置千斤顶装置，对横向钢筋2进行张拉，使其张拉应力达到张拉控制应力范围。本发明中，横向钢筋2的张拉控制应力为250～320Mpa。
5)、对波纹管21灌浆处理，灌浆完成后封堵灌浆孔。灌浆时从波纹管21一端开始，直至灌浆料从另一端流出且无气泡为止。
本发明中，采用的灌浆料为速凝高强砂浆，凝固时间小于48小时，其作用主要有三方面，一是当千斤顶装置卸载之后将横向钢筋2的预应力传递到先浇带混凝土；二是对横向钢筋2进行保护，防止横向钢筋2锈蚀造成预应力的损失；三是采用速凝型砂浆加快施工进度。
本发明中，所述千斤顶装置包括支撑垫板9、空心千斤顶8和锚头结构7；所述支撑垫板9紧贴于车道先浇带1混凝土板的侧部，支撑垫板9的中心开设有通孔；所述千斤顶8安装在支撑垫板9上，千斤顶8的伸缩方向与横向钢筋2的轴线方向一致；嵌套在波纹管21内的横向钢筋2端部自通孔伸出，通过锚头结构7与千斤顶8的驱动端相连，千斤顶8的驱动端伸缩时实现横向钢筋2的张拉。本实施例中，横向钢筋2与通孔之间的缝隙内填充有橡皮塞92；支撑垫板9上开设有用于波纹管21灌浆的注浆孔91。
优选地，所述千斤顶8包括液压缸82、液压杆81和限位板86，所述液压缸82的底部固定在支撑垫板9上，液压缸82开设有油腔和连通油腔的注油孔83；所述液压杆81内部中空，横向钢筋2自液压杆81内部穿过；所述液压杆81的一端密封连接在油腔内(液压杆81与油腔内壁通过密封环85密封)，液压杆81可沿油腔内壁滑动；所述液压杆81的另一端通过锚头结构7与横向钢筋2相连。所述油腔的外侧设有限制液压杆81滑出的限位板86，限位板86与液压缸82通过螺栓87连接。
优选地，所述锚头结构7包括锚头卡环72和若干锚头卡片71，锚头卡片71设于锚头卡环72内，用于卡紧横向钢筋2；所述锚头卡环72的内侧面与液压杆81的外端部相连。
所述千斤顶装置的工作原理为：向油腔注入或抽出液压油84时，油腔内压力变化，带动液压杆81移动，与液压杆81相连的锚头结构7带动横向钢筋2移动，实现张拉。
步骤四、养护灌浆料，拆除千斤顶装置。千斤顶装置拆除过程如下：
1)、千斤顶8泄压回缩，依次拆除锚头和千斤顶8；
2)、拆除垫板及橡胶块，对车道先浇带1的混凝土板侧面进行初步清理。
步骤五、焊接各车道先浇带1同一横向位置处的横向钢筋2，浇筑并养护路缘后浇带4和车道间后浇带5，如图6所示，将各车间道先浇带连接成整体。具体施工方法如下：
1)、对车道先浇带1混凝土板侧面进行凿毛处理；
2)、对相邻车道先浇带1外露的横向钢筋2采用焊接连接；
3)、采用ECC混凝土浇筑路缘后浇带4和车道间后浇带5，车道间后浇带5的宽度为30～40cm，本实施例中为40cm；路缘后浇带4宽度为20～30cm，本实施例中为30cm。
步骤六、铺设路面层。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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