二、嵌擠組裝式混凝土砌塊道路基層的結(jié)構(gòu)外形及嵌擠度

嵌擠組裝式混凝土砌塊道路基層的結(jié)構(gòu)外形及嵌擠度，（2014-03-10??? 發(fā)表于《市政技術(shù)》

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郭 高,徐 儉,趙健淳

（長春市市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司）

（2014-03-10??? 發(fā)表于《市政技術(shù)》）

【摘要】嵌擠組裝式混凝土砌塊道路基層是國內(nèi)道路結(jié)構(gòu)的最新專利技術(shù)，其核心是具有三向立體嵌擠及榫卯功能的砌塊。該砌塊由混凝土預(yù)制成型，按一定規(guī)則組裝井灌注砂漿即構(gòu)成增路基層結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的施工工藝是將常規(guī)道路施工在同一場地順序作業(yè)的模式，改為在不同場地分期作業(yè)的模式，關(guān)鍵是將基層結(jié)構(gòu)養(yǎng)生場地由路床轉(zhuǎn)移至預(yù)制場。從而達到縮短建設(shè)工期，減少溫差、運距、設(shè)備，人員等環(huán)節(jié)對施工質(zhì)量的不利影響，保證道路基層施工質(zhì)量的目的。該結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于道路搶修，停車場、高架橋下被交路口，地道橋下穿路段的道路通工，具有工期短，強度高、抗翻漿、壽命長的特點

【關(guān)鍵詞】速路:基層;嵌臍度;動塊互印;組模德德;立體嵌拼

1技術(shù)背景

?? 混凝土預(yù)制塊在建筑及市政工程中已有廣泛的應(yīng)用,為使預(yù)制塊組合體有足夠的整體穩(wěn)定性，通常采取砌塊自身設(shè)置卯榫結(jié)構(gòu)、砌塊之間靠螺栓連接結(jié)構(gòu)、預(yù)留型芯配鋼筋現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)、縫隙灌注砂漿結(jié)構(gòu)等形式。在這些結(jié)構(gòu)中,利用混凝土預(yù)制件自身設(shè)置卯榫連接及預(yù)留型芯配鋼筋現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，不但使預(yù)制件外形復(fù)雜,增加制造工藝難度,并且因卯榫截面受預(yù)制件尺寸限制,連接強度有限,在使用中容易損壞。而采用砌塊之間靠螺栓連接結(jié)構(gòu)時,由于鋼筋與混凝土強度差大,在有震動荷載情況下連接處的混凝土易損壞,需要設(shè)置過渡材料,造成工藝復(fù)雜、成本提高。砂漿灌注工藝因簡單而被經(jīng)常使用,但是普通混凝土預(yù)制塊之間在無卯榫條件下由于整體穩(wěn)定性差容易產(chǎn)生滑移、錯動,致使砂漿結(jié)構(gòu)在動載荷作用下松散[1],砌塊間的連接也隨之失效,最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

??? 經(jīng)考察,老式木箱的邊角均采用雙向嵌鎖穩(wěn)定結(jié)構(gòu)、北京琉璃河大橋及盧溝橋所使用的銀錠扣卯榫結(jié)構(gòu),也是利用卯榫固定相鄰的石料。這類卯榫結(jié)構(gòu),沒有使用現(xiàn)代的鋼筋或螺栓連接,仍然具有極佳的穩(wěn)定特征，據(jù)此可證嵌鎖與卯榫是保持橋梁等建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和長壽命的訣竅。

?? 借鑒北京琉璃河大橋銀錠扣結(jié)構(gòu)特性及常見混凝土預(yù)制塊結(jié)構(gòu)的利弊,依靠砌塊之間互為卯榫的原理,提出一種平面縱橫均為錯縫、立面互為卯榫，具備三向立體嵌擠穩(wěn)定的新型結(jié)構(gòu)--嵌擠組裝式混凝土砌塊道路基層結(jié)構(gòu)。

2 砌塊外形結(jié)構(gòu)設(shè)計

??? 嵌擠度是指衡量砌塊結(jié)構(gòu)在受垂直荷載作用時，砌塊之間互為卯榫產(chǎn)生嵌擠作用大小的程度。例如:1塊紅磚呈立方體,由于其側(cè)面為90°角,因此嵌擠度為零。當(dāng)將磚塊按路面磚的鋪設(shè)方式以相互垂直的行列組合成平面結(jié)構(gòu)時,盡管其中單塊磚可以承載垂直力，但是在不考慮縫隙內(nèi)填砂與磚塊側(cè)面的摩擦作用條件下,各相鄰磚塊不能相互抵抗垂直荷載[1],結(jié)構(gòu)特點表現(xiàn)為各磚塊沉降量不均，導(dǎo)致平整度差。這種結(jié)構(gòu)在水平方向的荷載是按行或列傳遞受力,如果使其如路面磚一樣地錯縫排列,使每塊磚相對于其他磚都是卯榫,也只能傳遞錯縫方向的荷載,而對于通縫方向及垂直方向仍然不能傳遞荷載。即使將磚塊按人字型雙向錯縫排列,使之具有水平面 X、Y 方向的抗荷載能力，依然不能相互抵抗垂直荷載,不具備抵抗沉降的功能，因此沒有垂直方向的整體穩(wěn)定性。

??? 嵌擠組裝式混凝土砌塊道路基層結(jié)構(gòu)中的砌塊不但具備水平面內(nèi)X、Y方向的抗荷載能力，同時還具有砌塊之間相互抵抗垂直荷載的能力,因此可以適應(yīng)車輛荷載的工作環(huán)境，這是作為道路基層結(jié)構(gòu)使用的首要條件。該結(jié)構(gòu)中的砌塊有甲、乙兩種結(jié)構(gòu)形式。

2.1甲型砌塊

??? 首先建立1個立方體。在該立方體三視圖中，將主視圖按正梯形呈上窄下寬斷面繪圖，側(cè)視圖按倒梯形上寬下窄斷面繪圖。這樣就形成了該結(jié)構(gòu)甲型砌塊的完整圖形。將許多相同的甲型砌塊按相鄰斜面貼合的原則組裝在一起,即為砌塊組裝基層主體結(jié)構(gòu)。砌塊頂面長邊減去底面短邊所得差值的一半與砌塊厚度之比稱為嵌擠度.即β=(a-b)X0.5/h,一般采用分數(shù)表示，如1/8,1/6,1/4等。這個指標(biāo)代表砌塊之間相互抵抗沉降及傳遞水平荷載的能力，比值越大,嵌擠度越高,組合后整體性越好。

??? 為減少砌塊結(jié)構(gòu)受溫度疲勞應(yīng)力及混凝土干縮率的影響[2],甲型砌塊設(shè)計成矩形,主要尺寸特征是:砌塊外形長、寬、高比例近似為1:1.2:0.5的立方體;砌塊頂面與底面是平面4個側(cè)面都是由斜面組成的，約定從俯視圖可以看見的斜面稱為陽斜面,看不見的斜面稱為陰斜面,砌塊的4個側(cè)面是由陽斜面與陰斜面交叉排列構(gòu)成(見圖1)。

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?? a)主視圖?????? ???????b)側(cè)視圖??????????????????? c)俯視圖

??????????????????????? 圖1，甲型砌塊結(jié)構(gòu)圖

2)乙型砌塊

?? 每4個相鄰甲型砌塊的邊角,形成1個豎直的空腔,該空腔由相鄰的4個甲型砌塊的側(cè)面構(gòu)成,空腔形狀是2個尖角相對的四棱錐體,此處為灌漿通道,在灌注砂漿后形成乙型砌塊(見圖2)。混凝土砌塊組裝連接后的結(jié)構(gòu)圖見圖3。

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??????????????? a)主視圖?????????? b)側(cè)視圖??? c)俯視圖

?????????????????????? 圖2 乙型砌塊結(jié)構(gòu)圖

3受力分析

??? 砌塊組裝后,在水平面內(nèi)構(gòu)成相互垂直的行與列，每個砌塊的四角都與其他3個砌塊形成1個四棱錐嵌擠體。組合體中任何單塊砌塊在 X、Y水平方向的移動,不但會受到同行或同列砌塊突出棱角的阻擋，還會通過四棱錐體使兩側(cè)45°角方向范圍內(nèi)的砌塊參與受力,這樣就形成1個三角形受力影響區(qū)。該三角區(qū)內(nèi)受力的砌塊數(shù)位S=n2-1(n≥2,且為整數(shù)),這使組合體具備很強的抵抗水平移動的能力，見圖4。

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???????????????? a)基層平面圖

????????????????????? b)A-A剖面圖

???????????????????????? b)B-B剖面圖

????????????????????????? b)C-C剖面

??? 在豎直的Z軸方向,由于每個砌塊都有2對陽斜面與陰斜面,因此任何砌塊在豎直方向的移動，都會受到相鄰的2個砌塊的限制,這2個砌塊又把壓力向分別與它們嵌擠的其他4個砌塊傳遞。我們把壓力通過斜面?zhèn)鬟f1次稱為1級,設(shè)N為平面中單個砌塊受壓時,壓力沿某路徑傳遞的級數(shù)(單個方向途經(jīng)的砌塊數(shù))，按2N等比數(shù)列的規(guī)律擴散與傳遞,則共同承擔(dān)受力的砌塊總數(shù)為 S=n2(n為自然數(shù)),見圖5。

??? 如此,結(jié)構(gòu)外形設(shè)計具備限制組合體中單個砌塊沿著X、Y、Z軸的移動及轉(zhuǎn)動的立體卯榫與嵌擠組合特點,即平面中的單個砌體都能與周邊8塊砌塊相互卯榫與嵌擠，從而相互限制水平及垂直移動。并以此增加砌塊組合體整體結(jié)構(gòu)強度。進一步提高應(yīng)對地質(zhì)病害或自然環(huán)境造成的路基塌陷的抵抗力，因此對不均勻沉降有良好的適應(yīng)能力。如混凝土砌塊的厚度大于翻漿期冰凍深度(不是最大凍深)，則對道路翻漿有更好的抵抗能力。

?? 圖4 砌塊組合體水平受力圖

???????????? 圖5 砌塊組合體垂直受力圖

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4 結(jié)語

?? 綜上所述,嵌擠組裝式混凝土砌塊道路基層結(jié)構(gòu)，僅預(yù)制砌塊甲就能滿足組裝需要，砌塊乙在灌漿過程中形成,因此具有良好的互換性，制造、運輸、安裝、管理都很方便。先組裝砌塊再灌注砂漿，養(yǎng)生1d即可進行路面鋪裝，因此工藝簡單,能滿足道路施工工期短、強度高、壽命長的要求。特別適合交通量大、建設(shè)期短、養(yǎng)護困難的城市道路。該結(jié)構(gòu)也為解決道路軟基、凍土等重點難點問題提供新的技術(shù)解決途徑[3]。此外，由于該結(jié)構(gòu)可以利用粉煤灰、石屑、建筑垃圾等廢棄材料，對減少粉塵污染保護環(huán)境有積極意義。

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參考資料:

[1]邵臘庚,李宇峙.嵌擠式混凝土塊路面接縫剪切特性的探討[1].公路交通科技.1999,16(3)10-13

[2]趙維霞,楊萍,許嬋娟,等.現(xiàn)澆回填用泡沫混凝土研究制備[J.混凝土,2010(1):45-49.

[3]王保龍,崔吉淦,方永祿,等.二灰碎石基層材料抗凍性研究[.混凝土與水泥制品,2001(1):9-11.

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