一种协调路基与管涵压缩变形的装置及其工作方法与流程

本发明涉及路基工程技术领域，具体涉及一种协调路基与管涵压缩变形的装置及其工作方法。

背景技术：

路基是公路和铁路工程项目施工的关键环节，路基部分处理不好，将会给整个公路和铁路工程埋下质量隐患，尤其是路基为软土路基、黄土路基时，更需要专业的密实处理，否则将会引起诸多问题，如填方路堤施工后沉降、不均匀沉陷、平整度下降、路面裂缝等，影响行车的舒适性和安全性，同时也降低公路和铁路工程的使用寿命，造成大量人力、物力和材料的浪费。因此，做好路基施工处理，不仅可有效提升公路和铁路工程的使用质量和使用寿命，还对完善我国公路和铁路交通运输网络体系具有重要意义。

在公路与铁路路基中，管涵作为排水结构应用非常普遍。然而管涵的变形性能与土体变形不同，在上覆土压力作用下，其竖向压缩变形量影响因素众多，如管涵自身的刚度，管涵周围土体的力学性能等。因此，实际中管涵结构的竖向压缩变形往往与管涵两侧一定范围（不受管涵影响）内同深度的土层的竖向压缩量不一致，从而影响线路的平顺性。对于铁路，管涵与同深度土体的竖向压缩量不一致将影响轨道结路的平顺性，从而影响列车行车的安全性与舒适性；对于公路，管涵与同深度土体的竖向压缩量不一致将导致路基开裂与破损，且影响路面的平顺性。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供了一种协调路基与管涵压缩变形的装置及其工作方法，该协调路基与管涵压缩变形的装置通过在两个压缩变形机构之间设置同步压缩联动机构使两个压缩变形机构产生的竖向压缩变量保持一致，从而实现路基面的平顺性和安全性。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种协调路基与管涵压缩变形的装置，其特征在于所述协调路基与管涵压缩变形的装置包括压缩变形机构a和压缩变形机构b，所述压缩变形机构a或所述压缩变形机构b包括至少一组相互套接的外套筒和内套筒，位于上部的所述外套筒顶部设置有顶板，位于下部的所述内套筒底部设置有底板；相邻所述外套筒之间经一横管构成固定连接；所述压缩变形机构a和所述压缩变形机构b之间设置有同步压缩联动机构。

所述同步压缩联动机构为：在所述压缩变形机构a中，所述外套筒内具有自所述顶板向下延伸的钢丝绳立柱，所述内套筒内具有自所述底板向上延伸的滑轮立柱；在所述压缩变形机构b中，所述外套筒内具有自所述顶板向下延伸的滑轮立柱，所述内套筒内具有自所述底板向上延伸的钢丝绳立柱；所述滑轮立柱的端部设置有定滑轮；其中，所述压缩变形机构a中设置有钢丝绳a和钢丝绳b，钢丝绳a的一端固定于所述顶板并经两组所述定滑轮使其另一端固定于所述压缩变形机构b中的所述钢丝绳立柱端部，钢丝绳b的一端固定于所述压缩变形机构a中的所述钢丝绳立柱端部并经两组所述定滑轮使其另一端固定于所述压缩变形机构b中的所述底板上。

所述定滑轮的直径为5-10cm。

所述滑轮立柱设置有所述定滑轮的一端位于所述横管的高度范围内。

所述钢丝绳立柱与所述滑轮立柱在竖向高度上存在重合，初始状态下两者之间的重合长度为30-40cm。

所述横管的两端与所述压缩变形机构a和所述压缩变形机构b中的所述外套筒壁面相贯通,并通过螺栓进行连接。

一种根据任一所述的协调路基与管涵压缩变形的装置的工作方法，其特征在于所述工作方法包括以下步骤：将所述协调路基与管涵压缩变形的装置设置于路基填土中，当所述协调路基与管涵压缩变形的装置中的任一压缩变形机构受力发生竖向压缩变形时，将通过同步压缩联动机构联动使另一压缩变形机构也产生与其相对应的竖向压缩变形量，从而使路基的土层压缩变形量保持一致。

所述工作方法包括以下步骤：在路基的土层内的管涵两侧分别设置所述协调路基与管涵压缩变形的装置，使所述协调路基与管涵压缩变形的装置中靠近所述管涵一侧的所述压缩变形机构的顶板与底板分别与所述管涵顶部与底部的刚性板固定连接，当所述协调路基与管涵压缩变形的装置中任一所述压缩变形机构或所述管涵受力发生竖向压缩变形时，通过所述同步压缩联动机构联动使所述管涵及其两侧的所述路基压缩变形协调装置同步压缩，以使所述管涵及其两侧土体的压缩变形量保持一致。

所述管涵的下方和下方分别设置有上部刚性板和下部刚性板，靠近所述管涵一侧的所述压缩变形机构的顶板与所述上部刚性板对应固定连接、且其底板与所述下部刚性板对应固定连接。

本发明的优点是：装置设计合理，通过同步压缩联动机构使两个压缩变形机构产生的竖向变形量保持一致，保证了路基面或轨道的平顺性和安全性；且装置构造简单，成本低，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明中协调路基与管涵压缩变形的装置的结构示意图；

图2为本发明中协调路基与管涵压缩变形的装置的施工安装示意图；

图3为本发明中路基压缩变形协调装置埋置于土层的沿路基纵向的断面示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-3，图中标记1-16分别为：协调路基与管涵压缩变形的装置1、压缩变形机构1a、压缩变形机构1b、外套筒2a、外套筒2b、内套筒3a、内套筒3b、顶板4a、顶板4b、底板5a、底板5b、横管6、螺栓7、钢丝绳立柱8a、钢丝绳立柱8b、滑轮立柱9a、滑轮立柱9b、定滑轮10a、定滑轮10b、钢丝绳11a、钢丝绳11b、管涵12、上部刚性板13、下部刚性板14、垫块15、填土16。

实施例：如图1-3所示，本实施例具体涉及一种协调路基与管涵压缩变形的装置及其工作方法，协调路基与管涵压缩变形的装置1包括压缩变形机构1a和压缩变形机构1b，压缩变形机构1a和压缩变形机构1b之间设置有同步压缩联动机构，使得两者的竖向压缩变形量保持一致。

如图1所示，协调路基与管涵压缩变形的装置1包括齐平设置的压缩变形机构1a和压缩变形机构1b。其中，压缩变形机构1a包括至少一组相互套接的外套筒2a和内套筒3a，当路基横向宽度较大时，可在横向上设置多组相互套接的外套筒2a和内套筒3a，例如每间隔4-8m设置一组；外套筒2a设置于压缩变形机构1a的上部，其顶部设置有顶板4a，在外套筒2a内还设置有自顶板4a竖直向下延伸的钢丝绳立柱8a，内套筒3a设置于压缩变形机构1a的下部，其底部设置有底板5a，在内套筒3a内设置有自底板5a竖直向上延伸的滑轮立柱9a，钢丝绳立柱8a和滑轮立柱9a在竖向高度上存在着重合长度，初始状态下两者之间的重合长度为30-40cm。近似的，压缩变形机构1b包括相互套接的外套筒2b和内套筒3b，外套筒2b设置于压缩变形机构1b的上部，其顶部设置有顶板4b，在外套筒2b内还设置有自顶板4b竖直向下延伸的滑轮立柱9b，内套筒3b设置于压缩变形机构1b的下部，其底部设置有底板5b，在内套筒3b内设置有自底板5b竖直向上延伸的钢丝绳立柱8b，钢丝绳立柱8b和滑轮立柱9b在竖向高度上存在着重合长度，初始状态下两者之间的重合长度为30-40cm。

如图1所示，压缩变形机构1a的外套筒2a可在内套筒3a的外围进行竖向的运动，且外套筒2a和内套筒3a之间存在着重合长度，使得压缩变形机构1a的顶板4a在受力向下运动时外套筒2a始终套接在内套筒3a外围以形成有效的限位，防止压缩变形机构1a发生偏移导致路基面不平。同理，压缩变形机构2的外套筒2b同样可在内套筒3b的外围进行竖向的运动，且外套筒2b和内套筒3b之间存在着重合长度，也可形成有效的限位。

如图1所示，压缩变形机构1a和压缩变形机构1b之间经横管6构成固定连接，具体的，横管6的一端用螺栓7与压缩变形机构1a的外套筒2a固定连接贯通，另一端用螺栓7与压缩变形机构1b的外套筒2b固定连接贯通，使得压缩变形机构1a/压缩变形机构1b受到压力作用向下运动时，压缩变形机构1b/1a也将因横管6的刚性连接而受力向下运动，从而使两者的竖向压缩变形量相协调。压缩变形机构1a的滑轮立柱9a的延伸端设置有定滑轮10a，压缩变形机构1b的滑轮立柱9b的延伸端设置有定滑轮10b,压缩变形机构1a中还设置有钢丝绳11a和钢丝绳11b，钢丝绳11a的一端固定于压缩变形机构1a的顶板4a，并经由定滑轮10a和定滑轮10b使其另一端固定于压缩变形机构1b的钢丝绳立柱8b的上端部，而钢丝绳11b的一端则固定于压缩变形机构1a的钢丝绳立柱8a的下端部，并经由定滑轮10a和定滑轮10b使其另一端固定于压缩变形机构1b的底板5a。定滑轮10a和定滑轮10b均设置在横管6的高度范围内，使得横管6为钢丝绳11a和钢丝绳11b提供贯穿的通道，且当压缩变形机构1a和压缩变形机构1b受力压缩过程中能有效阻挡土体对钢丝绳11a和钢丝绳11b的磨损以及推压使其运动受阻的影响。

如图1所示，定滑轮10a、定滑轮10b、钢丝绳11a、钢丝绳11b、滑轮立柱9a、滑轮立柱9b以及钢丝绳立柱8a和钢丝绳立柱8b构成了同步压缩联动机构，当压缩变形机构1a的顶板4a受力向下运动时，与顶板4a固定连接的钢丝绳立柱8a也将同步向下运动，与钢丝绳立柱8a端部固定连接的钢丝绳11b受到向下的拉力，经由定滑轮10a和定滑轮10b传递至压缩变形机构1b的底板5b，由于底板5b位置固定，故定滑轮10a和定滑轮10b都将受到向下的力，而与定滑轮10b固定连接的滑轮立柱9b也将带动与其固定连接的顶板4b向下运动，从而使压缩变形机构1b和压缩变形机构1a同步压缩变形，保持竖向压缩变形量的一致。同理，当压缩变形机构1b的顶板4b受力向下运动时，与顶板4b固定连接的滑轮立柱9b也将同步向下运动，与钢丝绳立柱8b端部固定连接的钢丝绳11a受到向下的力，经由定滑轮10a和定滑轮10b传递至压缩变形机构1a的顶板4a，由于底板5b位置固定，故钢丝绳11a将带动与其固定连接的顶板4b向下运动，从而使压缩变形机构1a和压缩变形机构1b同步压缩变形,保持竖向压缩变形量的一致。

如图1-3所示，本实施例中协调路基与管涵压缩变形的装置的工作方法具体包括以下步骤：

（1）如图2所示，在路基地层内的管涵12的上方设置上部刚性板13，在其下方设置下部刚性板14，上部刚性板13和管涵12之间以及下部刚性板14和管涵12之间还设置有垫块15，可起到缓冲分压作用防止压力过大导致管涵12破裂。在管涵12的两侧分别设置一个协调路基与管涵压缩变形的装置1，其中管涵12左侧的协调路基与管涵压缩变形的装置1的压缩变形机构1b的顶板4b和管涵的12的上部刚性板13固定连接，底板5b和下部刚性板14固定连接，管涵12右侧的协调路基与管涵压缩变形的装置1的压缩变形机构1a的顶板4a和管涵的12的上部刚性板13固定连接，底板5a和下部刚性板14固定连接。当协调路基与管涵压缩变形的装置1安装完成后，开始填土，如图3所示，协调路基与管涵压缩变形的装置1可以设置填土16的土层中，填土16可为碎石土，也可以为软土，应用场景广泛。

（2）当填土16完成后，土体自身的重力、压路机主动施加压力或是路基面上的车辆施加压力时，协调路基与管涵压缩变形的装置1和管涵12将受到向下的压力，假设管涵12左侧的压缩变形机构1a的顶板4a受力向下运动时，与顶板4a固定连接的钢丝绳立柱8a也将同步向下运动，与钢丝绳立柱8a端部固定连接的钢丝绳11b受到向下的拉力，经由定滑轮10a和定滑轮10b传递至压缩变形机构1b的底板5b，由于底板5b与管涵12的下底板14的位置固定，故定滑轮10a和定滑轮10b都将受到向下的力，而与定滑轮10b固定连接的滑轮立柱9b也将带动与其固定连接的顶板4b向下运动，从而使压缩变形机构1b和压缩变形机构1a同步压缩变形，保持竖向压缩变形量的一致，则与压缩变形机构1b固定连接的管涵12也将同步压缩变形，保持竖向压缩变形量的一致。同理，当压缩变形机构1b的顶板4b或管涵12上方的上部刚性板13受力向下运动时，与顶板4b固定连接的滑轮立柱9b也将同步向下运动，与钢丝绳立柱8b端部固定连接的钢丝绳11a受到向下的力，经由定滑轮10a和定滑轮10b传递至压缩变形机构1a的顶板4a，由于底板5b和管涵12的下部刚性板14位置固定，故钢丝绳11a将带动与其固定连接的顶板4b向下运动，从而使压缩变形机构1a、管涵12以及压缩变形机构1b同步压缩变形,保持竖向压缩变形量的一致，保证了路基面的平顺性。管涵12右侧的协调路基与管涵压缩变形的装置1的工作原理与管涵12左侧的协调路基与管涵压缩变形的装置1的工作原理相同，在此不再赘述。

本实施例的有益效果是：装置构造简单，通过用定滑轮以及钢丝绳组成的同步压缩联动机构使两个压缩变形机构产生的竖向变形量保持一致，保证了路基面或轨道的平顺性和安全性；且装置成本低，具有广泛的应用前景。