寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構，在橫向建筑物側壁與路基的連接部位之間，填筑防凍結構層，所述防凍結構層的縱向剖面形狀大致為上窄下寬的直角梯形，所述防凍結構層梯形的縱向直角邊朝向所述橫向建筑物的側壁。將防凍結構層的縱向剖面形狀設計為上窄下寬的梯形，可以在保證防凍脹效果的同時，最大限度的節約材料，施工成本低，科學合理。
【專利說明】
寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構。
【背景技術】
[0002]凍脹是由于土中水的凍結和冰體(特別是凸鏡狀冰體)的增長引起土體膨脹、地表不均勻隆起的作用。導致土體凍脹的因素甚多，包括土質、水分狀態、負溫環境、水和土的含鹽量、土層上部壓力等等。這些因素綜合地決定并影響著某地區土的凍脹性。歸納起來主要有三個方面，即土、水和溫度三大要素。
[0003]而在寒冷地區修建涵洞、框架橋、箱型橋等橫向建筑物時，橫向建筑物的存在會對其周圍路基產生不利影響，尤其是在橫向建筑物與周圍路基的連接部位，由于橫向建筑物的風洞效應，會使該部位凍土的熱力梯度更加復雜，進而改變周圍路基的凍結方式，由一般地段路基的單項凍結轉變為雙向甚至多向凍結，因此加劇路基凍結程度，引起進一步凍脹或融化壓縮，可能造成更嚴重凍脹或融沉病害。
[0004]中國專利CN203821188 U公開了一種嚴寒地區橫向建筑物周圍路基防凍脹結構，在橫向建筑物的側壁和頂壁貼覆保溫板，保溫板外包覆保溫防凍結構層，保溫防凍結構層周圍包覆路基填料，保溫防凍結構層延伸至路基填料頂面，能防止嚴寒地區橫向建筑物周圍這種凍脹危害集中部位路基的凍脹問題。其存在的問題也是目前路基防凍脹結構所普遍存在的問題，具體包括:
[0005]I需要額外貼保溫層，施工工藝復雜；
[0006]2在復雜動荷載及環境溫度條件下，僅靠外墻保溫長期效果得不到保障。
[0007]3碎石摻加水泥加工的填料層抗動載荷能力差；
[0008]4填料層現場施工時均質性得不到保障，整體性較差，在經歷多次循環凍融后，其抗凍脹性能大大降低，因此使用壽命很低，在較短的時間內就需要翻修；
[0009]5防凍結構層的結構設計不合理，一方面不能高效的起到防凍脹的作用，另一方面造成了材料的浪費。

【發明內容】

[0010]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構。
[0011 ]為了達成上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0012]—種寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構，在橫向建筑物側壁與路基的連接部位之間，填筑泡沫混凝土作為防凍結構層，所述防凍結構層的縱向剖面形狀為上窄下寬的直角梯形，所述防凍結構層梯形的縱向直角邊朝向所述橫向建筑物的側壁。
[0013]在寒冷地區，由于越接近地面的溫度越低，所以接近地表的凍脹現象往往更加顯著，因此，傳統的防凍層的剖面形狀，往往設計為上寬下窄的倒梯形，以減輕上部的凍脹作用。但事實上是，路基在凍結過程中其表面溫度降低較快，土體水分所具有的土水勢小;底部溫度相對較高，土體水分所具有的土水勢大，路基內部形成溫度梯度和土水勢梯度。自然界中物體普遍的趨勢是自發地從能量高的狀態向能量低的狀態運動或轉化，因此，水分會從勢能高的路基下部向路基上部勢能低的凍結鋒面迀移積聚，當水分補給充分時，聚冰層體積和凍脹力不斷增大，排擠土顆粒使路基產生凍脹。從這一過程中可以看出，發生凍脹時，水分主要是發生豎直向的迀移積聚；由于同一深度處的水分處于等勢面，因此水分極少發生水平向的迀移。本發明克服了傳統的技術偏見，將防凍結構層的底部較寬，可以有效的阻止位于填料層以下的土體中水分的向上迀移;位于上部的填料層無需阻擋水分的水平迀移，因此尺寸較小時，仍然可以保證填料層的抗凍性能，而且節約用料，成本較低。梯形的高與橫向建筑物的側壁直接接觸，避免了冷氣從橫向建筑物向路基的侵入，可以最大限度的降低風洞效應對路基的影響。
[0014]將防凍層的斷面尺寸設計為上窄下寬的梯形，在保證防凍效果的同時，減少填料用量，更加科學合理，經濟實用。
[0015]此外，防凍脹的結構主體部分為泡沫混凝土，它是一種多孔結構，具有導熱系數低，抗沖擊性能好等特點，是理想的無機防寒保溫和抗沖擊材料，能有效的避免凍脹破壞及橋涵構筑物過渡段由于均勻沉降導致的跳車等災害。
[0016]所述防凍結構層的深度根據最大凍結深度確定。例如當防凍結構層的深度等于最大凍結深度時，可以最大限度的保證結構的抗凍脹性能。
[0017]所述防凍結構層的頂部為路面填料層。路面填料層的填料即為鋪設路面時所用的常規填料。
[0018]所述防凍結構層為泡沫混凝土填料層。
[0019]所述泡沫混凝土中添加增稠劑，所述增稠劑由下述組分的原料按重量配比制成:硅粉:60-100份;膨潤土: 40-70份;有機高分子粘結劑:0.3-1份。
[0020]針對防凍脹泡沫混凝土所設計的增稠劑，可以降低施工過程中泡沫混凝土的流動性和穩泡性，進而提高泡沫混凝土的整體性和均質性，因此泡沫混凝土的強度等力學性能得到加強。而且，由于泡沫混凝土的均質性更好，因此極少出現較大孔洞或貫通孔洞的情況，導熱系數減小，并且減少路基中水分入滲，抑制凍脹。試驗表明，在凍融循環條件下該泡沫混凝土具備良好的抵抗凍脹變形的性能。
[0021]所述有機高分子粘結劑為:聚丙烯酸、羥丙甲基纖維素、黃原膠或聚丙烯酰胺。
[0022]優選的，增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:70-80份;膨潤土:45-65份;黃原膠:0.6-0.8份。
[0023]優選的，增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:80-90份;膨潤土:40-50份;羥丙甲基纖維素:0.3-0.6份。
[0024]優選的，增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:75-90份;膨潤土:45-60份;聚丙烯酸:0.5-0.8份。
[0025]增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:75-90份;膨潤土: 45-60份;聚丙烯酰胺:0.4-0.8份。
[0026]所述增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的8%_15%。
[0027]本發明的有益效果是:
[0028]將防凍結構層的縱向剖面形狀設計為上窄下寬的梯形，可以在保證防凍脹效果的同時，最大限度的節約材料，施工成本低，科學合理。
[0029]防凍結構層所采用的泡沫混凝土，添加了為了提高防凍脹性所設計的增稠劑，不僅提高泡沫混凝土抗凍脹性能，還能提高泡沫混凝土的強度等力學性能，使得使用壽命大大增加，延長了路基翻修的時間。
【附圖說明】
[0030]圖1是橋梁過渡段防凍脹結構示意圖；
[0031 ]圖2是涵洞過渡段防凍脹結構示意圖；
[0032]圖中:1、防凍結構層，2、橋基側壁，3、路基填料，4、路面填料，5、涵洞側壁。
【具體實施方式】
[0033]下面將結合附圖對本發明進行詳細說明。
[0034]實施例1:
[0035]如圖1所示，在橋梁與路基的連接部位，橋基側壁2與路基填料3之間設有防凍結構層I，防凍結構層I的縱向剖面形狀為上窄下寬的直角梯形，防凍結構層I的高與橋基側壁2接觸，防凍結構層I的頂端鋪設路面填料4，防凍結構層I的斜邊外側為路基填料3。
[0036]防凍結構層采用泡沫混凝土填料層，該泡沫混凝土中添加有增稠劑。
[0037]為了保證現場施工質量，特研制了現澆泡沫混凝土專用增稠劑(增稠劑的詳細內容見實施例3-7)，使得現場泡沫混凝土孔隙均勻，一次性澆筑高度達Im以上，實現了所澆筑的泡沫混凝土保溫性能好，輕質高強，抗動力荷載作用佳。
[0038]實施例2:
[0039]如圖2所示，在涵洞與路基的連接部位，涵洞側壁5與路基填料3之間設有防凍結構層I，防凍結構層I的縱向剖面形狀為上窄下寬的直角梯形，防凍結構層I的高與涵洞側壁5接觸，防凍結構層I的頂端鋪設路面填料4，防凍結構層I的斜邊外側為路基填料3。
[0040]值得一提的是，防凍結構層也可以在頂部朝向橫向建筑物一側延伸，覆蓋橫向建筑物的頂部，也在本申請的保護范圍之內。
[0041 ] 實施例3:
[0042]在泡沫混凝土中添加的增稠劑的配方為:硅粉:60份;膨潤土:70份;黃原膠:I份，制備時，按照上述成分及重量百分比稱取后，在常溫下將其放入容器進行攪拌、均勻即可。增稠劑在使用時，按照增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的8%進行摻加。
[0043]實施例4:
[0044]在泡沫混凝土中添加的增稠劑的配方為:硅粉:100份;膨潤土:40份;聚丙烯酰胺:0.3份，制備時，按照上述成分及重量百分比稱取后，在常溫下將其放入容器進行攪拌、均勻即可。增稠劑在使用時，按照增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的10%進行摻加。
[0045]實施例5:
[0046]在泡沫混凝土中添加的增稠劑的配方為:硅粉:70份;膨潤土:50份;羥丙甲基纖維素:0.3份，制備時，按照上述成分及重量百分比稱取后，在常溫下將其放入容器進行攪拌、均勻即可。增稠劑在使用時，按照增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的12%進行摻加。
[0047]實施例6:
[0048]在泡沫混凝土中添加的增稠劑的配方為:硅粉:80份;膨潤土:50份;聚丙烯酸:0.5份，制備時，按照上述成分及重量百分比稱取后，在常溫下將其放入容器進行攪拌、均勻即可。增稠劑在使用時，按照增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的13%進行摻加。
[0049]實施例7:
[0050]在泡沫混凝土中添加的增稠劑的配方為:硅粉:60份;膨潤土:60份;聚丙烯酰胺:
0.5份，制備時，按照上述成分及重量百分比稱取后，在常溫下將其放入容器進行攪拌、均勻即可。
[0051]增稠劑在使用時，按照增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的15%進行摻加。
[0052]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現，未予以詳細說明的部分，為現有技術，在此不進行贅述。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構，其特征在于:在橫向建筑物側壁與路基的連接部位之間，填筑防凍結構層，所述防凍結構層的縱向剖面形狀為上窄下寬的直角梯形，所述防凍結構層梯形的縱向直角邊朝向所述橫向建筑物的側壁。2.根據權利要求1所述的寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構，其特征在于:所述防凍結構層的深度根據最大凍結深度確定。3.根據權利要求1所述的寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構，其特征在于:所述防凍結構層的頂部為路面填料層。4.根據權利要求3所述的寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構，其特征在于:所述泡沫混凝土中添加增稠劑，所述增稠劑由下述組分的原料按重量配比制成:硅粉:60-100份；膨潤土: 40-70份;有機高分子粘結劑:0.3-1份。5.根據權利要求4所述的寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構，其特征在于:所述有機高分子粘結劑為:聚丙烯酸、羥丙甲基纖維素、黃原膠或聚丙烯酰胺。6.根據權利要求4所述的寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構，其特征在于:所述增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:70-80份;膨潤土: 45-65份;黃原膠:0.6-0.8份。7.根據權利要求4所述的寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構，其特征在于:增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:80-90份；膨潤土:40-50份；羥丙甲基纖維素:0.3-0.6份。8.根據權利要求4所述的寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構，其特征在于:增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:75-90份;膨潤土: 45-60份；聚丙烯酸:0.5-0.8份。9.根據權利要求4所述的寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構，其特征在于:增稠劑由下述組份的原料按重量配比制成:硅粉:75-90份;膨潤土: 45-60份;聚丙烯酰胺:0.4-0.8份。10.根據權利要求5-9任一所述的寒冷地區橋涵構筑物過渡段防凍脹結構，其特征在于:所述增稠劑的重量占泡沫混凝土中水泥重量的8%_15%。
【文檔編號】E01C3/06GK106049214SQ201610375546
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】譚賢君, 陳衛忠, 田洪銘, 袁敬強
【申請人】中國科學院武漢巖土力學研究所