寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构，在横向建筑物侧壁与路基的连接部位之间，填筑防冻结构层，所述防冻结构层的纵向剖面形状大致为上窄下宽的直角梯形，所述防冻结构层梯形的纵向直角边朝向所述横向建筑物的侧壁。将防冻结构层的纵向剖面形状设计为上窄下宽的梯形，可以在保证防冻胀效果的同时，最大限度的节约材料，施工成本低，科学合理。
【专利说明】
寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构。
【背景技术】
[0002]冻胀是由于土中水的冻结和冰体(特别是凸镜状冰体)的增长引起土体膨胀、地表不均匀隆起的作用。导致土体冻胀的因素甚多，包括土质、水分状态、负温环境、水和土的含盐量、土层上部压力等等。这些因素综合地决定并影响着某地区土的冻胀性。归纳起来主要有三个方面，即土、水和温度三大要素。
[0003]而在寒冷地区修建涵洞、框架桥、箱型桥等横向建筑物时，横向建筑物的存在会对其周围路基产生不利影响，尤其是在横向建筑物与周围路基的连接部位，由于横向建筑物的风洞效应，会使该部位冻土的热力梯度更加复杂，进而改变周围路基的冻结方式，由一般地段路基的单项冻结转变为双向甚至多向冻结，因此加剧路基冻结程度，引起进一步冻胀或融化压缩，可能造成更严重冻胀或融沉病害。
[0004]中国专利CN203821188 U公开了一种严寒地区横向建筑物周围路基防冻胀结构，在横向建筑物的侧壁和顶壁贴覆保温板，保温板外包覆保温防冻结构层，保温防冻结构层周围包覆路基填料，保温防冻结构层延伸至路基填料顶面，能防止严寒地区横向建筑物周围这种冻胀危害集中部位路基的冻胀问题。其存在的问题也是目前路基防冻胀结构所普遍存在的问题，具体包括:
[0005]I需要额外贴保温层，施工工艺复杂；
[0006]2在复杂动荷载及环境温度条件下，仅靠外墙保温长期效果得不到保障。
[0007]3碎石掺加水泥加工的填料层抗动载荷能力差；
[0008]4填料层现场施工时均质性得不到保障，整体性较差，在经历多次循环冻融后，其抗冻胀性能大大降低，因此使用寿命很低，在较短的时间内就需要翻修；
[0009]5防冻结构层的结构设计不合理，一方面不能高效的起到防冻胀的作用，另一方面造成了材料的浪费。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构。
[0011 ]为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0012]—种寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构，在横向建筑物侧壁与路基的连接部位之间，填筑泡沫混凝土作为防冻结构层，所述防冻结构层的纵向剖面形状为上窄下宽的直角梯形，所述防冻结构层梯形的纵向直角边朝向所述横向建筑物的侧壁。
[0013]在寒冷地区，由于越接近地面的温度越低，所以接近地表的冻胀现象往往更加显著，因此，传统的防冻层的剖面形状，往往设计为上宽下窄的倒梯形，以减轻上部的冻胀作用。但事实上是，路基在冻结过程中其表面温度降低较快，土体水分所具有的土水势小;底部温度相对较高，土体水分所具有的土水势大，路基内部形成温度梯度和土水势梯度。自然界中物体普遍的趋势是自发地从能量高的状态向能量低的状态运动或转化，因此，水分会从势能高的路基下部向路基上部势能低的冻结锋面迀移积聚，当水分补给充分时，聚冰层体积和冻胀力不断增大，排挤土颗粒使路基产生冻胀。从这一过程中可以看出，发生冻胀时，水分主要是发生竖直向的迀移积聚；由于同一深度处的水分处于等势面，因此水分极少发生水平向的迀移。本发明克服了传统的技术偏见，将防冻结构层的底部较宽，可以有效的阻止位于填料层以下的土体中水分的向上迀移;位于上部的填料层无需阻挡水分的水平迀移，因此尺寸较小时，仍然可以保证填料层的抗冻性能，而且节约用料，成本较低。梯形的高与横向建筑物的侧壁直接接触，避免了冷气从横向建筑物向路基的侵入，可以最大限度的降低风洞效应对路基的影响。
[0014]将防冻层的断面尺寸设计为上窄下宽的梯形，在保证防冻效果的同时，减少填料用量，更加科学合理，经济实用。
[0015]此外，防冻胀的结构主体部分为泡沫混凝土，它是一种多孔结构，具有导热系数低，抗冲击性能好等特点，是理想的无机防寒保温和抗冲击材料，能有效的避免冻胀破坏及桥涵构筑物过渡段由于均匀沉降导致的跳车等灾害。
[0016]所述防冻结构层的深度根据最大冻结深度确定。例如当防冻结构层的深度等于最大冻结深度时，可以最大限度的保证结构的抗冻胀性能。
[0017]所述防冻结构层的顶部为路面填料层。路面填料层的填料即为铺设路面时所用的常规填料。
[0018]所述防冻结构层为泡沫混凝土填料层。
[0019]所述泡沫混凝土中添加增稠剂，所述增稠剂由下述组分的原料按重量配比制成:硅粉:60-100份;膨润土: 40-70份;有机高分子粘结剂:0.3-1份。
[0020]针对防冻胀泡沫混凝土所设计的增稠剂，可以降低施工过程中泡沫混凝土的流动性和稳泡性，进而提高泡沫混凝土的整体性和均质性，因此泡沫混凝土的强度等力学性能得到加强。而且，由于泡沫混凝土的均质性更好，因此极少出现较大孔洞或贯通孔洞的情况，导热系数减小，并且减少路基中水分入渗，抑制冻胀。试验表明，在冻融循环条件下该泡沫混凝土具备良好的抵抗冻胀变形的性能。
[0021]所述有机高分子粘结剂为:聚丙烯酸、羟丙甲基纤维素、黄原胶或聚丙烯酰胺。
[0022]优选的，增稠剂由下述组份的原料按重量配比制成:硅粉:70-80份;膨润土:45-65份;黄原胶:0.6-0.8份。
[0023]优选的，增稠剂由下述组份的原料按重量配比制成:硅粉:80-90份;膨润土:40-50份;羟丙甲基纤维素:0.3-0.6份。
[0024]优选的，增稠剂由下述组份的原料按重量配比制成:硅粉:75-90份;膨润土:45-60份;聚丙烯酸:0.5-0.8份。
[0025]增稠剂由下述组份的原料按重量配比制成:硅粉:75-90份;膨润土: 45-60份;聚丙烯酰胺:0.4-0.8份。
[0026]所述增稠剂的重量占泡沫混凝土中水泥重量的8%_15%。
[0027]本发明的有益效果是:
[0028]将防冻结构层的纵向剖面形状设计为上窄下宽的梯形，可以在保证防冻胀效果的同时，最大限度的节约材料，施工成本低，科学合理。
[0029]防冻结构层所采用的泡沫混凝土，添加了为了提高防冻胀性所设计的增稠剂，不仅提高泡沫混凝土抗冻胀性能，还能提高泡沫混凝土的强度等力学性能，使得使用寿命大大增加，延长了路基翻修的时间。
【附图说明】
[0030]图1是桥梁过渡段防冻胀结构示意图；
[0031 ]图2是涵洞过渡段防冻胀结构示意图；
[0032]图中:1、防冻结构层，2、桥基侧壁，3、路基填料，4、路面填料，5、涵洞侧壁。
【具体实施方式】
[0033]下面将结合附图对本发明进行详细说明。
[0034]实施例1:
[0035]如图1所示，在桥梁与路基的连接部位，桥基侧壁2与路基填料3之间设有防冻结构层I，防冻结构层I的纵向剖面形状为上窄下宽的直角梯形，防冻结构层I的高与桥基侧壁2接触，防冻结构层I的顶端铺设路面填料4，防冻结构层I的斜边外侧为路基填料3。
[0036]防冻结构层采用泡沫混凝土填料层，该泡沫混凝土中添加有增稠剂。
[0037]为了保证现场施工质量，特研制了现浇泡沫混凝土专用增稠剂(增稠剂的详细内容见实施例3-7)，使得现场泡沫混凝土孔隙均匀，一次性浇筑高度达Im以上，实现了所浇筑的泡沫混凝土保温性能好，轻质高强，抗动力荷载作用佳。
[0038]实施例2:
[0039]如图2所示，在涵洞与路基的连接部位，涵洞侧壁5与路基填料3之间设有防冻结构层I，防冻结构层I的纵向剖面形状为上窄下宽的直角梯形，防冻结构层I的高与涵洞侧壁5接触，防冻结构层I的顶端铺设路面填料4，防冻结构层I的斜边外侧为路基填料3。
[0040]值得一提的是，防冻结构层也可以在顶部朝向横向建筑物一侧延伸，覆盖横向建筑物的顶部，也在本申请的保护范围之内。
[0041 ] 实施例3:
[0042]在泡沫混凝土中添加的增稠剂的配方为:硅粉:60份;膨润土:70份;黄原胶:I份，制备时，按照上述成分及重量百分比称取后，在常温下将其放入容器进行搅拌、均匀即可。增稠剂在使用时，按照增稠剂的重量占泡沫混凝土中水泥重量的8%进行掺加。
[0043]实施例4:
[0044]在泡沫混凝土中添加的增稠剂的配方为:硅粉:100份;膨润土:40份;聚丙烯酰胺:0.3份，制备时，按照上述成分及重量百分比称取后，在常温下将其放入容器进行搅拌、均匀即可。增稠剂在使用时，按照增稠剂的重量占泡沫混凝土中水泥重量的10%进行掺加。
[0045]实施例5:
[0046]在泡沫混凝土中添加的增稠剂的配方为:硅粉:70份;膨润土:50份;羟丙甲基纤维素:0.3份，制备时，按照上述成分及重量百分比称取后，在常温下将其放入容器进行搅拌、均匀即可。增稠剂在使用时，按照增稠剂的重量占泡沫混凝土中水泥重量的12%进行掺加。
[0047]实施例6:
[0048]在泡沫混凝土中添加的增稠剂的配方为:硅粉:80份;膨润土:50份;聚丙烯酸:0.5份，制备时，按照上述成分及重量百分比称取后，在常温下将其放入容器进行搅拌、均匀即可。增稠剂在使用时，按照增稠剂的重量占泡沫混凝土中水泥重量的13%进行掺加。
[0049]实施例7:
[0050]在泡沫混凝土中添加的增稠剂的配方为:硅粉:60份;膨润土:60份;聚丙烯酰胺:
0.5份，制备时，按照上述成分及重量百分比称取后，在常温下将其放入容器进行搅拌、均匀即可。
[0051]增稠剂在使用时，按照增稠剂的重量占泡沫混凝土中水泥重量的15%进行掺加。
[0052]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构，其特征在于:在横向建筑物侧壁与路基的连接部位之间，填筑防冻结构层，所述防冻结构层的纵向剖面形状为上窄下宽的直角梯形，所述防冻结构层梯形的纵向直角边朝向所述横向建筑物的侧壁。2.根据权利要求1所述的寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构，其特征在于:所述防冻结构层的深度根据最大冻结深度确定。3.根据权利要求1所述的寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构，其特征在于:所述防冻结构层的顶部为路面填料层。4.根据权利要求3所述的寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构，其特征在于:所述泡沫混凝土中添加增稠剂，所述增稠剂由下述组分的原料按重量配比制成:硅粉:60-100份；膨润土: 40-70份;有机高分子粘结剂:0.3-1份。5.根据权利要求4所述的寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构，其特征在于:所述有机高分子粘结剂为:聚丙烯酸、羟丙甲基纤维素、黄原胶或聚丙烯酰胺。6.根据权利要求4所述的寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构，其特征在于:所述增稠剂由下述组份的原料按重量配比制成:硅粉:70-80份;膨润土: 45-65份;黄原胶:0.6-0.8份。7.根据权利要求4所述的寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构，其特征在于:增稠剂由下述组份的原料按重量配比制成:硅粉:80-90份；膨润土:40-50份；羟丙甲基纤维素:0.3-0.6份。8.根据权利要求4所述的寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构，其特征在于:增稠剂由下述组份的原料按重量配比制成:硅粉:75-90份;膨润土: 45-60份；聚丙烯酸:0.5-0.8份。9.根据权利要求4所述的寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构，其特征在于:增稠剂由下述组份的原料按重量配比制成:硅粉:75-90份;膨润土: 45-60份;聚丙烯酰胺:0.4-0.8份。10.根据权利要求5-9任一所述的寒冷地区桥涵构筑物过渡段防冻胀结构，其特征在于:所述增稠剂的重量占泡沫混凝土中水泥重量的8%_15%。
【文档编号】E01C3/06GK106049214SQ201610375546
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】谭贤君, 陈卫忠, 田洪铭, 袁敬强
【申请人】中国科学院武汉岩土力学研究所