[发明专利]弹性地基上的超薄路面结构及其施工方法

说明书

本发明属于一种路面结构，特别涉及于一种高速公路、机场道面的超薄路面结构。

众所周知，路面层薄板的受力状态是上层受压，下层受拉，而水泥混凝土的力学性能是抗压性能好，抗拉性能差，两者相差7倍以上。当板底因弯拉应力过大而断裂时，板上层的压应力远没有达到极限应力。此外，板中部的拉、压应力也很小，所以说，薄板路面层有70％的材料没有充分发挥作用。

本发明的目的首先在于要改变路面板的受力性能，使板底的弯拉应力大大减小，约为1Mpa以下，以便充分发挥水泥混凝土的抗压能力，从而进一步减少路面厚度，提出一种超薄路面结构。

本发明的另一目的是针对上述超薄路面结构的特性，提出一种超薄路面结构的施工方法，除可使用滑模摊铺机的现有铺筑机械外，又提出一种专用的重型振动压路机，通过其特制的碾辊使路面结构的基层表面形成密布的凸凹形状。

本发明还在于使温度翘曲应刀大大缓解，由于板底的水平方向的弯拉应力变成垂直向下的压应力，而温度翘曲应力的方向仍位于水平面内，两种应力位于不同平面，且方向不同，不能叠加形成合力，从而使路面板的翘曲变形大大缓解，胀缝将可以取消，接缝间距可加大，路面将平坦少缝，减少了掉边掉角，车辆能高速行驶。如果接缝减少1-3倍，下雨渗水损坏基础的概率也将减少1-3倍。

本发明的超薄路面结构的技术方案是：它主要由基层和面层构成，基特征在于在所述基层的表面上密布有凹凸部分，而在面层的底面也密布有凸凹部分，面层底面的凸部分与基层表面上的凹部相对应并互相咬合，紧密连接成一种比普通路面结构至少减少一半厚度的超薄路面结构。

本发明的超薄路面结构另一技术方案是：它主要由基层和面导层构成，其特征在于在级配碎石、级配碎石或填隙碎石的基层凹凸不平的表面与面层连接处均匀铺设有一层大石子。

本超薄路面结构的基层可以是半刚性基础、贫混凝土或碾压混凝土，也可以是无结合料的粒料或无结合料的材料。

本超薄路面结构中的面层底面和基层表面上的凸凹和凹凸形状中凸起部分为正园台或正园锥，其凹入部分为倒园台或倒园锥。

本发明的超薄路面结构的施工方法，其主要步骤包括：(1)整平地基并铺设基层；(2)使用一种专用的重型振动式压路机，它装有表面为密布的凸凹形状的碾辊，将基层表面碾压成纵横交叉的密布凸凹形状；(3)支装模板；(4)使用滑模推铺机，浇筑路面水泥混凝土；(5)养护并灌缝；

本发明的超薄路面结构的施工方法中专用的重型振动压路机，其特征在于所述重型振动压路机的碾辊，它是由表面密布凸凹形状的表层和筒体内层构成，其表层上的凸起部分为正园台形或正园锥形，凹入部分为倒园台或倒园锥形，其表层部分与筒体内层为热轧成整体或用连接件将两者结合成一体。

本发明的超薄路面结构适用于公路路面，机场道面，港口码头，广场铺面、市政道路路面等工程领域。

当基层材料为级配碎石、级配砾石或填隙碎石时，使用特制的钢筒表面为密布的凸凹状的压路机，将基层表面压出的凹凸形状可能不规则，此时，支模后，可在仓内再撒铺一层大石子(扁平、长条状的石子挑出)，然后使用滑模摊铺机，现浇路面水泥混凝土，即构成另一种厚12cm的超薄路面。由于大石子的弹性模量比路面混凝土的弹性模量高数倍左右，在车辆荷载作用下，路面底层将引起应力集中现象，从而改变了原薄板路面的受力状态，充分发挥了水泥混凝土的抗压能力。

本发明的超薄路面结构有以下优点：

1、超薄路面下层与基层上层的交界面，上为凸凹，下为凹凸，互相咬合，紧密连接，由于上、下材料的弹性模量不同，上面硬，下面软，将发生应力集中现象。或由于路面板底垫一层大石子，石子坚硬，也将发生应力集中现象，这种压应力的方向和车辆荷载方向一致，都是垂直向下，从而发挥了水泥混凝土的抗压能力。过去经典的教科书上常把应力集中描述为坏现象，本发明巧妙地利用了应力集中现象，改变了原薄板路面的受力状态，使超薄路面的受力状态呈现出壳体结构(有地基支承的厚壳)的特点。

2、超薄路面的温度翘曲应力将比薄板路面降低，这是因为混凝土与基层材料的导热系数不同，上下咬合，温度应力将从板中向四周迅速衰减，传统的热传导理论不再适用，因此，温度翘曲应力的理论计算变得困难起来，它只能应用三维有限元的方法求得数值解，将更加费钱费力。

另一方面，温度翘曲应力位于水平面内，荷载应力位于铅垂面(向下)内，两者形成不了合力。

基于以上两点分析，超薄路面的温度翘曲应力将大大得以缓解，它将不再是路面设计的必需考虑的因素，它占荷载应力的比重将大大减少。