二、嵌挤组装式混凝土砌块道路基层的结构外形及嵌挤度

嵌挤组装式混凝土砌块道路基层的结构外形及嵌挤度，（2014-03-10    发表于《市政技术》

 

郭 高,徐 俭,赵健淳

（长春市市政工程设计研究院有限责任公司）

（2014-03-10    发表于《市政技术》）

【摘要】嵌挤组装式混凝土砌块道路基层是国内道路结构的最新专利技术，其核心是具有三向立体嵌挤及榫卯功能的砌块。该砌块由混凝土预制成型，按一定规则组装井灌注砂浆即构成增路基层结构。该结构的施工工艺是将常规道路施工在同一场地顺序作业的模式，改为在不同场地分期作业的模式，关键是将基层结构养生场地由路床转移至预制场。从而达到缩短建设工期，减少温差、运距、设备，人员等环节对施工质量的不利影响，保证道路基层施工质量的目的。该结构主要应用于道路抢修，停车场、高架桥下被交路口，地道桥下穿路段的道路通工，具有工期短，强度高、抗翻浆、寿命长的特点

【关键词】速路:基层;嵌脐度;动块互印;组模德德;立体嵌拼

1技术背景

   混凝土预制块在建筑及市政工程中已有广泛的应用,为使预制块组合体有足够的整体稳定性，通常采取砌块自身设置卯榫结构、砌块之间靠螺栓连接结构、预留型芯配钢筋现浇混凝土结构、缝隙灌注砂浆结构等形式。在这些结构中,利用混凝土预制件自身设置卯榫连接及预留型芯配钢筋现浇混凝土结构，不但使预制件外形复杂,增加制造工艺难度,并且因卯榫截面受预制件尺寸限制,连接强度有限,在使用中容易损坏。而采用砌块之间靠螺栓连接结构时,由于钢筋与混凝土强度差大,在有震动荷载情况下连接处的混凝土易损坏,需要设置过渡材料,造成工艺复杂、成本提高。砂浆灌注工艺因简单而被经常使用,但是普通混凝土预制块之间在无卯榫条件下由于整体稳定性差容易产生滑移、错动,致使砂浆结构在动载荷作用下松散[1],砌块间的连接也随之失效,最终导致结构破坏。

    经考察,老式木箱的边角均采用双向嵌锁稳定结构、北京琉璃河大桥及卢沟桥所使用的银锭扣卯榫结构,也是利用卯榫固定相邻的石料。这类卯榫结构,没有使用现代的钢筋或螺栓连接,仍然具有极佳的稳定特征，据此可证嵌锁与卯榫是保持桥梁等建筑结构稳定和长寿命的诀窍。

   借鉴北京琉璃河大桥银锭扣结构特性及常见混凝土预制块结构的利弊,依靠砌块之间互为卯榫的原理,提出一种平面纵横均为错缝、立面互为卯榫，具备三向立体嵌挤稳定的新型结构--嵌挤组装式混凝土砌块道路基层结构。

2 砌块外形结构设计

    嵌挤度是指衡量砌块结构在受垂直荷载作用时，砌块之间互为卯榫产生嵌挤作用大小的程度。例如:1块红砖呈立方体,由于其侧面为90°角,因此嵌挤度为零。当将砖块按路面砖的铺设方式以相互垂直的行列组合成平面结构时,尽管其中单块砖可以承载垂直力，但是在不考虑缝隙内填砂与砖块侧面的摩擦作用条件下,各相邻砖块不能相互抵抗垂直荷载[1],结构特点表现为各砖块沉降量不均，导致平整度差。这种结构在水平方向的荷载是按行或列传递受力,如果使其如路面砖一样地错缝排列,使每块砖相对于其他砖都是卯榫,也只能传递错缝方向的荷载,而对于通缝方向及垂直方向仍然不能传递荷载。即使将砖块按人字型双向错缝排列,使之具有水平面 X、Y 方向的抗荷载能力，依然不能相互抵抗垂直荷载,不具备抵抗沉降的功能，因此没有垂直方向的整体稳定性。

    嵌挤组装式混凝土砌块道路基层结构中的砌块不但具备水平面内X、Y方向的抗荷载能力，同时还具有砌块之间相互抵抗垂直荷载的能力,因此可以适应车辆荷载的工作环境，这是作为道路基层结构使用的首要条件。该结构中的砌块有甲、乙两种结构形式。

2.1甲型砌块

    首先建立1个立方体。在该立方体三视图中，将主视图按正梯形呈上窄下宽断面绘图，侧视图按倒梯形上宽下窄断面绘图。这样就形成了该结构甲型砌块的完整图形。将许多相同的甲型砌块按相邻斜面贴合的原则组装在一起,即为砌块组装基层主体结构。砌块顶面长边减去底面短边所得差值的一半与砌块厚度之比称为嵌挤度.即β=(a-b)X0.5/h,一般采用分数表示，如1/8,1/6,1/4等。这个指标代表砌块之间相互抵抗沉降及传递水平荷载的能力，比值越大,嵌挤度越高,组合后整体性越好。

    为减少砌块结构受温度疲劳应力及混凝土干缩率的影响[2],甲型砌块设计成矩形,主要尺寸特征是:砌块外形长、宽、高比例近似为1:1.2:0.5的立方体;砌块顶面与底面是平面4个侧面都是由斜面组成的，约定从俯视图可以看见的斜面称为阳斜面,看不见的斜面称为阴斜面,砌块的4个侧面是由阳斜面与阴斜面交叉排列构成(见图1)。

  

   a)主视图              b)侧视图                    c)俯视图

                        图1，甲型砌块结构图

2)乙型砌块

   每4个相邻甲型砌块的边角,形成1个竖直的空腔,该空腔由相邻的4个甲型砌块的侧面构成,空腔形状是2个尖角相对的四棱锥体,此处为灌浆通道,在灌注砂浆后形成乙型砌块(见图2)。混凝土砌块组装连接后的结构图见图3。

 

               

                a)主视图           b)侧视图    c)俯视图

                       图2 乙型砌块结构图

3受力分析

    砌块组装后,在水平面内构成相互垂直的行与列，每个砌块的四角都与其他3个砌块形成1个四棱锥嵌挤体。组合体中任何单块砌块在 X、Y水平方向的移动,不但会受到同行或同列砌块突出棱角的阻挡，还会通过四棱锥体使两侧45°角方向范围内的砌块参与受力,这样就形成1个三角形受力影响区。该三角区内受力的砌块数位S=n2-1(n≥2,且为整数),这使组合体具备很强的抵抗水平移动的能力，见图4。

 

                 a)基层平面图

                      b)A-A剖面图

                         b)B-B剖面图

                          b)C-C剖面

    在竖直的Z轴方向,由于每个砌块都有2对阳斜面与阴斜面,因此任何砌块在竖直方向的移动，都会受到相邻的2个砌块的限制,这2个砌块又把压力向分别与它们嵌挤的其他4个砌块传递。我们把压力通过斜面传递1次称为1级,设N为平面中单个砌块受压时,压力沿某路径传递的级数(单个方向途经的砌块数)，按2N等比数列的规律扩散与传递,则共同承担受力的砌块总数为 S=n²(n为自然数),见图5。

    如此,结构外形设计具备限制组合体中单个砌块沿着X、Y、Z轴的移动及转动的立体卯榫与嵌挤组合特点,即平面中的单个砌体都能与周边8块砌块相互卯榫与嵌挤，从而相互限制水平及垂直移动。并以此增加砌块组合体整体结构强度。进一步提高应对地质病害或自然环境造成的路基塌陷的抵抗力，因此对不均匀沉降有良好的适应能力。如混凝土砌块的厚度大于翻浆期冰冻深度(不是最大冻深)，则对道路翻浆有更好的抵抗能力。

   图4 砌块组合体水平受力图

             图5 砌块组合体垂直受力图

 

 

4 结语

   综上所述,嵌挤组装式混凝土砌块道路基层结构，仅预制砌块甲就能满足组装需要，砌块乙在灌浆过程中形成,因此具有良好的互换性，制造、运输、安装、管理都很方便。先组装砌块再灌注砂浆，养生1d即可进行路面铺装，因此工艺简单,能满足道路施工工期短、强度高、寿命长的要求。特别适合交通量大、建设期短、养护困难的城市道路。该结构也为解决道路软基、冻土等重点难点问题提供新的技术解决途径[3]。此外，由于该结构可以利用粉煤灰、石屑、建筑垃圾等废弃材料，对减少粉尘污染保护环境有积极意义。

 

参考资料:

[1]邵腊庚,李宇峙.嵌挤式混凝土块路面接缝剪切特性的探讨[1].公路交通科技.1999,16(3)10-13

[2]赵维霞,杨萍,许婵娟,等.现浇回填用泡沫混凝土研究制备[J.混凝土,2010(1):45-49.

[3]王保龙,崔吉淦,方永禄,等.二灰碎石基层材料抗冻性研究[.混凝土与水泥制品,2001(1):9-11.