一种用于沼泽地的装配式路板及其安装方法与流程

本发明涉及土木工程技术领域，更具体地，涉及一种用于沼泽地的装配式路板及其安装方法。

背景技术：

道路出行是当今的主要出行方式，近年来，我国的经济水平在不断的提高，国家对公路建设的投资也不断的增加，交通运输对我国经济与社会的作用发挥了不可替代的作用。公路作为交通运输业的一部分也扮演了一个十分重要的角色。

目前，路面铺设主要通过大型搅拌车浇筑沥青或者混凝土，存在施工慢，周期长的缺点，不利于快速铺设的要求。路面基本上只修筑在平整硬实的路基，而当修路过程中遇到沼泽地，首选则是绕道修筑。由于沼泽地的淤泥层厚度相当大，如要在沼泽地上修筑坚硬路面，则要用混凝土置换淤泥层，如此需要耗费大量的时间成本。

装配式建筑的逐渐普及，已经有部分研究发现可将装配式的技术运用在路面上，即通过预制混凝土路面板，然后在施工现场进行拼接，极大缩短施工和养护时间，实现绿色施工和节能减排的需求。但是，目前的装配式路面只适用于具备坚硬路基的道路环境，如在沼泽或含水率较高的黏土地基上铺设，会造成整体较大沉降，甚至会被埋没。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术中不能直接在沼泽地上铺设路面的缺陷，提供一种用于沼泽地的装配式路板及其安装方法，利用阿基米德原理，通过气囊柱的浮力实现将预制混凝土路板安装在沼泽地上。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于沼泽地的装配式路板，包括预制混凝土路板、可导电的气囊柱、中空的电离柱、微型控制器、气泵以及电源；在所述的预制混凝土路板底部间隔设置多个气囊柱，气囊柱的一端与预制混凝土路板固定连接，另一端用于伸入至沼泽地内；每一个气囊柱外均围设有一个电离柱，所述的电离柱的一端与预制混凝土路板可拆卸连接，另一端用于伸入至沼泽地内；所述的气囊柱与电源的负极电性连接，所述的电离柱与电源的正极电性连接；所述的气泵与气囊柱连接，用于给气囊柱充气；所述的微型控制器与电源电性连接，用于控制电源的开启或停止；所述的微型控制器还与气泵电性连接，用于控制气泵的开启或停止。

进一步的，还包括陀螺仪传感器和距离传感器；所述的陀螺仪传感器设于预制混凝土路板的形心处，所述的距离传感器设于预制混凝土路板的侧壁；所述的陀螺仪传感器和距离传感器均与微型控制器通信连接。

在本发明中，气囊柱的材料为高韧性可导电橡胶，气囊柱由于充气后平均密度将会大幅度下降，根据阿基米德定理，排水重量等于浮力，即使是对于淤泥土，也有理论证明了陷进土层的体积越大，浮力越大，因此能通过确定充气量能保证气囊柱本身不下沉，并能应对富余的地面载荷；为避免预制混凝土路板在充气安装过程中发生沉降不均匀，导致路板倾斜的现象，充气过程中应对气囊柱同时进行充气；另外，为保证路面在使用过程中因为通行车辆荷载变化而导致路板的不均匀沉降，混凝土路板内部安装有陀螺仪传感器，获取路板的平面信息并传输给每块路板对应的微型控制器，微型控制器通过陀螺仪传感器测得的路板平面数据与设定好的平面数据进行对比，如路面荷载增大，对低于设定路板平面一侧的气囊进行充气，以保证路面能对变化的荷载进行承载力调节；再者，为避免路面荷载减小而出现的路板整体上浮的现象，每块路板边缘安装有距离传感器，实时测量路板表面到沼泽地的高度，如路板发生上浮的现象，距离传感器高度数据传给微型控制器，微型控制器与设定好的原始高度进行对比，控制气囊柱同时放气，减小路板所需承载力。

需要说明的是，本发明提供的装配式路板不仅仅可以应用于沼泽地，还可以应用在淤泥地、含水率较高的黏土地；只要是跟沼泽地类似的均可以，将本发明提供的装配式路板应用在其他类型的路面上也应当属于本发明的保护范围。

进一步的，当所述的气囊柱充气后，所述的气囊柱沿其轴向方向纵向延伸。气囊柱表面呈波纹状可折叠，材料可以为橡胶，在没有充气的情况下，气囊柱可以折叠在一起，当对气囊柱进行充气后，气囊柱沿其长度方向延伸，以保证气囊柱在充气过程中可以逐渐的插入至沼泽地内。

进一步的，所述的气囊柱与预制混凝土路板连接的一端设有外伸端，所述的外伸端与气囊柱内部不连通；在浇筑预制混凝土路板时，所述的外伸端伸入至预制混凝土路板内。在浇筑混凝土时，预先将气囊柱的外伸端插入至预制混凝土内，以保证气囊柱与预制混凝土的连接的稳固性；气囊柱与预制混凝土路板的连接方式不仅仅局限与以上所述的方式，也可以通过其他方式固定在预制混凝土路板上，只要能够保证气囊柱能够稳固的固定在预制混凝土路板上即可。

进一步的，所述的电离柱与预制混凝土路板连接的一端设有第一卡扣，所述的预制混凝土路板底部设有与第一卡扣对应的第二卡扣，所述的第一卡扣与第二卡扣卡接。在每一个气囊柱与预制混凝土路板连接处的周围设有多个第二卡扣，在电离柱的一端设有与第二卡扣对应的第一卡扣，在安装电离柱时，通过第一卡扣与第二卡扣连接固定；通过卡扣的方式连接只是本发明的一个优选方式，也可以通过螺钉、钢钉等方式连接固定。

进一步的，所述的电离柱的长度值大于等于气囊充气纵向延伸后的长度值。电离柱的长度值要大于气囊柱充气后的长度值，这样才能保证在电离的过程中，气囊柱下方的土壤颗粒往电离柱方向移动，以保证气囊柱在往下伸长的过程中，没有土壤颗粒的阻挡；另外，为保证电离过程的有效进行，气囊柱的外壁与电离柱的内壁之间要保持一定的距离，避免两者接触，而导致电离失败，且需要留有足够的空间给土壤颗粒。作为优选的，电离柱的侧壁上设有通孔，在电离的过程中，供给土壤中的水分流动。

进一步的，所述的预制混凝土路板的一端设有凸起结构，另一端设有与凸起结构对应的卡槽，所述的凸起结构伸入另一预制混凝土路板的卡槽内。两块预制混凝土路板之间首先通过凸起结构和卡槽初步连接固定，如期结构伸入至卡槽内；然后通过柔性钢制材料进一步的将两块预制混凝土路板连接固定。

本发明还提供一种用于沼泽地的装配式路板的安装方法，采用以上所述的装配式路板，包括以下步骤：

s1.组装装配式路板；通过吊车将预制混凝土路板吊起，将电离柱套装在每一个气囊柱外，并将电离柱通过第一卡扣与预制混凝土路板底部的第二卡扣卡接，气囊柱的外壁与电离柱的内壁保持一定距离，以保证电离的正常进行；将电离柱与电源的正极连接，气囊柱与电源的负极连接，微型控制器与电源电性连接，距离传感器和陀螺仪传感器与微型控制器通信连接；

s2.将预制混凝土路板吊至待铺设的沼泽地正上方，使其缓慢的向下移动，以将电离柱插入至沼泽地内，直至预制混凝土路板平铺在沼泽地上；

s3.启动电源，同时对所有的气囊柱以及电离柱进行通电，开始电离，通电后，电离柱带正电，气囊柱带负电，由于沼泽地中土壤颗粒带负电，土壤颗粒向电离柱方向移动，水分子向气囊柱方向移动，与此同时，启动气泵，同时对所有的气囊柱进行充气，气囊柱充气后，沿着沼泽地深度方向伸长，使气囊柱插入沼泽地内；当气囊柱内的气压达到设定值后停止充气，并停止对电离柱和气囊柱通电；

s4.吊车松开对预制混凝土路板的支撑，预制混凝土路板通过气囊柱的浮力平铺在沼泽地上，完成一块预制混凝土路板的装配；

s5.重复步骤s1至步骤s4，进行下一块预制混凝土路板的装配；在对两块预制混凝土路板进行连接时，当待安装的预制混凝土路板通过吊车平铺在沼泽地上时，将待安装的预制混凝土路板的凸起结构插入另一块已经安装好的预制混凝土路板的卡槽内，实现初步连接；然后在两块预制混凝土路板连接处的表面通过柔性钢制材料进一步固定，柔性钢制材料的两端分别于两块预制混凝土路板固定连接。

在本发明提供的安装方法中，主要的创新点在于通过装配式路板在沼泽地上铺路，利用装配式路板上安装的气囊柱以及电离柱实现气囊快速插入沼泽地中，而不受土壤颗粒的阻碍，利用陀螺仪传感器、距离传感器、气泵、以及微型控制器之间的信息传递，控制预制混凝土路板能够在沼泽地上保持一定的浮力以支撑路面的载荷，避免预制混凝土路板发生倾斜、上浮或者下沉；另外，需要说明的是，微型控制器属于现有技术中的控制器，对于本领域的技术人员来说，通过传感器与控制器之间的信息传递，控制器根据收到的信息实现对设备的控制，属于本领域的现有技术，本发明只是将现有技术中的控制器用在本发明的控制电路上，并不属于本发明的创新点。

进一步的，设于沼泽地上的预制混凝土路板与正常路面的路板之间也通过卡扣与卡槽的方式进行初步连接，然后在两者的连接处的表面通过柔性钢制材料进一步固定，柔性钢制材料的一端固定在正常路面的路板上，另一端固定在沼泽地路面的预制混凝土路板上。

进一步的，所述的陀螺仪传感器实时监测预制混凝路路板的平面信息并传输给微型控制器，微型控制器通过对陀螺仪传感器测得的路板平面数据与预先设定的平面数据进行对比，若路面荷载过大，使得预制混凝土路板发生倾斜，则微型控制器控制启动气泵及电源，对低于设定路板平面的一侧的气囊柱进行充气；所述的距离传感器实时监测预制混凝土路板表面与其周围的沼泽地表面的相对高度值，当预制混凝土路板发生上浮或者下沉时，微型控制器控制气囊柱进行充气或者放气。

与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种用于沼泽地的装配式路板及其安装方法，通过在预制混凝土路板底部设置电离柱、气囊柱，利用电离的原理，实现快速将气囊柱插入至沼泽地中，利用阿基米德原理，通过气囊柱的浮力实现在沼泽地上安装预制混凝土路板，利用微型控制器及传感器，实时对气囊进行充气或放气，避免路面载荷发生变化而导致预制混凝土路板发生上浮或倾斜。通过本发明提供的装配式路板，可以快速的在沼泽地上进行安装使用，无需修改沼泽地地基。

附图说明

图1是本发明装配式路板的整体结构示意图。

图2是本发明装配式路板的侧视图。

图3是本发明两块装配式路板之间的连接关系示意图。

图4是本发明中电路控制流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

如图1至3所示，一种用于沼泽地的装配式路板，包括预制混凝土路板1、可导电的气囊柱2、中空的电离柱3、微型控制器4、气泵以及电源5；在预制混凝土路板1底部间隔设置多个气囊柱2，气囊柱2的一端与预制混凝土路板1固定连接，另一端用于伸入至沼泽地内；每一个气囊柱2外均围设有一个电离柱3，电离柱3的一端与预制混凝土路板1可拆卸连接，另一端用于伸入至沼泽地内；气囊柱2与电源5的负极电性连接，电离柱3与电源5的正极电性连接；气泵与气囊柱2连接，用于给气囊柱2充气；微型控制器4与电源5电性连接，用于控制电源5的开启或停止；微型控制器4还与气泵电性连接，用于控制气泵的开启或停止。

具体的，还包括陀螺仪传感器6和距离传感器7；陀螺仪传感器6设于预制混凝土路板1的形心处，距离传感器7设于预制混凝土路板1的侧壁；陀螺仪传感器6和距离传感器7均与微型控制器4通信连接。

在本发明中，气囊柱2的材料为高韧性可导电橡胶，气囊柱2由于充气后平均密度将会大幅度下降，根据阿基米德定理，排水重量等于浮力，即使是对于淤泥土，也有理论证明了陷进土层的体积越大，浮力越大，因此能通过确定充气量能保证气囊柱2本身不下沉，并能应对富余的地面载荷；为避免预制混凝土路板1在充气安装过程中发生沉降不均匀，导致路板倾斜的现象，充气过程中应对气囊柱2同时进行充气；另外，为保证路面在使用过程中因为通行车辆荷载变化而导致路板的不均匀沉降，混凝土路板内部安装有陀螺仪传感器6，获取路板的平面信息并传输给每块路板对应的微型控制器4，微型控制器4通过陀螺仪传感器6测得的路板平面数据与设定好的平面数据进行对比，如路面荷载增大，对低于设定路板平面一侧的气囊进行充气，以保证路面能对变化的荷载进行承载力调节；再者，为避免路面荷载减小而出现的路板整体上浮的现象，每块路板边缘安装有距离传感器7，实时测量路板表面到沼泽地的高度，如路板发生上浮的现象，距离传感器7高度数据传给微型控制器4，微型控制器4与设定好的原始高度进行对比，控制气囊柱2同时放气，减小路板所需承载力。

在本实施例中，当气囊柱2充气后，气囊柱2沿其轴向方向纵向延伸。气囊柱2表面呈波纹状可折叠，在没有充气的情况下，气囊柱2可以折叠在一起，当对气囊柱2进行充气后，气囊柱2沿其长度方向延伸，以保证气囊柱2在充气过程中可以逐渐的插入至沼泽地内。

其中，气囊柱2与预制混凝土路板1连接的一端设有外伸端，外伸端与气囊柱2内部不连通；在浇筑预制混凝土路板1时，外伸端伸入至预制混凝土路板1内。气囊柱2上部有外伸端，外伸端不与气囊内部连通。

另外，电离柱3与预制混凝土路板1连接的一端设有第一卡扣，预制混凝土路板1底部设有与第一卡扣对应的第二卡扣13，第一卡扣与第二卡扣13卡接。在每一个气囊柱2与预制混凝土路板1连接处的周围设有多个第二卡扣13，在电离柱3的一端设有与第二卡扣13对应的第一卡扣，在安装电离柱3时，通过第一卡扣与第二卡扣13连接固定；通过卡扣的方式连接只是本发明的一个优选方式，也可以通过螺钉、钢钉等方式连接固定。

在一些实施例中，电离柱3的长度值大于等于气囊充气纵向延伸后的长度值。电离柱3的长度值要大于气囊柱2充气后的长度值，这样才能保证在电离的过程中，气囊柱2下方的土壤颗粒往电离柱3方向移动，以保证气囊柱2在往下伸长的过程中，没有土壤颗粒的阻挡；另外，为保证电离过程的有效进行，气囊柱2的外壁与电离柱3的内壁之间要保持一定的距离，避免两者接触，而导致电离失败，且需要留有足够的空间给土壤颗粒。作为优选的，电离柱3的侧壁上设有通孔，在电离的过程中，供给土壤中的水分流动。

在一些实施例中，预制混凝土路板1的一端设有凸起结构11，另一端设有与凸起结构11对应的卡槽12，凸起结构11伸入另一预制混凝土路板1的卡槽12内。两块预制混凝土路板1之间首先通过凸起结构11和卡槽12初步连接固定，如期结构伸入至卡槽12内；然后通过柔性钢制材料8进一步的将两块预制混凝土路板1连接固定。

实施例2

本发明还提供一种用于沼泽地的装配式路板的安装方法，采用以上装配式路板，包括以下步骤：

s1.组装装配式路板；通过吊车将预制混凝土路板1吊起，将电离柱3套装在每一个气囊柱2外，并将电离柱3通过第一卡扣与预制混凝土路板1底部的第二卡扣13卡接，气囊柱2的外壁与电离柱3的内壁保持一定距离，以保证电离的正常进行；将电离柱3与电源5的正极连接，气囊柱2与电源5的负极连接，微型控制器4与电源5电性连接，距离传感器7和陀螺仪传感器6与微型控制器4通信连接；

路板尺寸一般为2m*6m*0.2m；气囊柱2采用圆形横截面，直径一般为0.8m，路板一端设凸起结构11，一端设卡槽12，用来连接前后路面板，如图3所示；充气后的气囊柱2高度视车辆荷载而定，如通车设计荷载为50kn，充气后气囊柱2的高度应为6m。

在浇筑混凝土路板时，先把外伸端预埋在混凝土模板，预埋深度约为混凝土路板厚度的三分之一到二分之一，混凝土路板四角下均有气囊柱2，气囊柱2边界应该离路板短边10cm，离长边20cm，模具中间应埋藏陀螺仪传感器6，并把电线从侧边引出；然后浇筑混凝土，室内养护至混凝土终凝，完成沼泽地用装配式路板的制作。

s2.将预制混凝土路板1吊至待铺设的沼泽地正上方，使其缓慢的向下移动，以将电离柱3插入至沼泽地内，直至预制混凝土路板1平铺在沼泽地上；

s3.启动电源5，同时对所有的气囊柱2以及电离柱3进行通电，开始电离，通电后，电离柱3带正电，气囊柱2带负电，由于沼泽地中土壤颗粒带负电，土壤颗粒向电离柱3方向移动，水分子向气囊柱2方向移动，与此同时，启动气泵，同时对所有的气囊柱2进行充气，气囊柱2充气后，沿着沼泽地深度方向伸长，使气囊柱2插入沼泽地内；当气囊柱2内的气压达到设定值后停止充气，并停止对电离柱3和气囊柱2通电；

s4.吊车松开对预制混凝土路板1的支撑，预制混凝土路板1通过气囊柱2的浮力平铺在沼泽地上，完成一块预制混凝土路板1的装配；

s5.重复步骤s1至步骤s4，进行下一块预制混凝土路板1的装配；在对两块预制混凝土路板1进行连接时，当待安装的预制混凝土路板1通过吊车平铺在沼泽地上时，将待安装的预制混凝土路板1的凸起结构11插入另一块已经安装好的预制混凝土路板1的卡槽12内，实现初步连接；然后在两块预制混凝土路板1连接处的表面通过柔性钢制材料8进一步固定，柔性钢制材料8的两端分别于两块预制混凝土路板1固定连接。

在本发明提供的安装方法中，主要的创新点在于通过装配式路板在沼泽地上铺路，利用装配式路板上安装的气囊柱2以及电离柱3实现气囊快速插入沼泽地中，而不受土壤颗粒的阻碍，利用陀螺仪传感器6、距离传感器7、气泵、以及微型控制器4之间的信息传递，控制预制混凝土路板1能够在沼泽地上保持一定的浮力以支撑路面的载荷，避免预制混凝土路板1发生倾斜、上浮或者下沉；另外，需要说明的是，微型控制器4属于现有技术中的控制器，对于本领域的技术人员来说，通过传感器与控制器之间的信息传递，控制器根据收到的信息实现对设备的控制，属于本领域的现有技术，本发明只是将现有技术中的控制器用在本发明的控制电路上，并不属于本发明的创新点。

其中，设于沼泽地上的预制混凝土路板1与正常路面的路板之间也通过卡扣与卡槽12的方式进行初步连接，然后在两者的连接处的表面通过柔性钢制材料8进一步固定，柔性钢制材料8的一端固定在正常路面的路板上，另一端固定在沼泽地路面的预制混凝土路板1上。

另外，陀螺仪传感器6实时监测预制混凝路路板的平面信息并传输给微型控制器4，微型控制器4通过对陀螺仪传感器6测得的路板平面数据与预先设定的平面数据进行对比，若路面荷载过大，使得预制混凝土路板1发生倾斜，则微型控制器4控制启动气泵及电源5，对低于设定路板平面的一侧的气囊柱2进行充气；距离传感器7实时监测预制混凝土路板1表面与其周围的沼泽地表面的相对高度值，当预制混凝土路板1发生上浮或者下沉时，微型控制器4控制气囊柱2进行充气或者放气。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。