实现高速公路施工技术的新跨越
董新品1,赵队家2
(1.山西省高速公路管理局,山西 太原 030006;2.山西省交通科学研究院,山西 太原 030006)
摘要:从控制水泥砼碱集料反应,防硫酸盐侵蚀,粉性土压实控制新指标,沥青路面复合改性,水泥砼路面滑模施工平整度控制诸方面论述了大新高速公路通过应用新材料、新工艺、新技术实现了施工技术新的跨越。
关键词:大新高速公路;施工技术;新跨越
中图分类号:U415.6
文献标识码:A 文章编号:1006-3528(2002)06-0001-02
大(同)—新(广武)高速公路全长127.337 km,采用高速公路平微区设计标准,主线路基宽度为28.5 m,双向六车道,设计行车速度120 km/h,桥梁荷载,汽车—超20级,挂车—120,朔州连接线(高速公路标准)路基宽度24.5 m,双向四车道,设计行车速度100 km/h,桥梁荷载与主线一样。虽然从设计标准上来看,没有什么特别,但如果从所处的地理位置、交通环境考察,大新高速公路的施工难度尤其是超越和突破传统的施工技术方面的难度是可想而知的,路基施工技术主要体现在盐渍土软地基路基施工技术,盐渍土地区混凝土如何预防碱集料反应措施,该地区混凝土如何在抗硫酸盐侵蚀的耐久性技术措施,粉质低液限砂性土填筑技术这4个方面;路面工程方面采用滑模摊铺水泥混凝土路面施工技术和改性沥青综合成套技术,这两方面从目前掌握的国内外路面施工技术动态来看,无论是从材料组成设计技术、结构计算技术和施工工艺控制技术,都堪称国内一流。下面分别作一简要概述。
1 特殊路基地段的施工技术
控制砼碱集料反应技术。盐渍土地区混凝土碱集料反应是混凝土内部潜伏的碱与集料中某些组分之间的反应,由于集料中参与反应的不同物质(水泥、混合材料、化学外加剂、集料和拌和水中的碱,也可能是环境中渗入混凝土的碱),严重降低砼的耐久性,甚至造成砼结构的破坏。大新高速公路盐渍土分布面广,一方面周围环境中含盐量高,浸水后湿陷变形量大,结构物的一些基础失稳,另外,构筑砼工程的材料含盐量过高,为碱集料反应的发生提供了前提条件,为此从工地取样,室内进行了大量的盐成分分析,对集料采用化学法、砂浆长度法等进行试验研究,经常对集料进行碱活性试验,发现问题及时更换原材料,对大面积不能更换的材料采用物理约束、表面处理等各种方法,控制发生碱集料反应的可能,大大提高了混凝土结构的耐久性。
混凝土抗硫酸盐侵蚀技术。针对大新高速公路特殊的盐渍土工程地质进行了详细的室内试验研究,通过采用现场勘察,对原材料水泥(采用太原狮头硫铝酸盐水泥)、应县砂、神头石料(碎石)以及外加剂(湛江外加剂厂FDN-5)和掺和料(神头、二电厂粉煤灰、忻州铁铝合金厂硅粉、磨细矿渣)等作为正交试验的变量,对外加剂和掺和料进行单掺、双掺、叁掺等技术设计,考核指标有和易性和含气量、抗压强度、抗渗强度、抗硫酸盐侵蚀、抗冻性和碱集料反应等,以确定最佳的选配方案,找出最佳抗硫酸盐侵蚀的配比。重点从易溶性的工程问题、膨胀性的工程问题以及腐蚀性工程问题3个方面,尤其是在砼构件如涵洞以及地下砼部分,腐蚀性问题涉及到工程的长期耐久性,硫酸盐对砼的腐蚀主要是进入水中的SO42-,通过毛细力作用进入到砼内部,之后与水泥内的Ca生成CaSO4•2H2O,CaSO4•2H2O有体积膨胀的特性,使得砼产生结构破坏,再一个就是Na2SO4溶液进入砼后,NaSO42-•10H2O的结晶膨胀,使得体积增加近10倍,造成砼强烈腐蚀。因此在砼管涵外壁采用涂抹环氧厚浆型防腐涂料,其他重要构造物除了这种方法,均采用从原材料选择方面以及施工技术方面来防水(如隔断外部环境水,构造物周边填筑砂砾、卵石,形成隔断层降低水的毛细作用等等)。
为了降低工程成本,提高工程质量,大新高速公路大部分地段的填土均需采用低液塑粉砂土,这种土是一种不良路基填料,粒径在0.074 mm—0.002 mm之间的颗粒含量大于50 %,级配较差,由于水的分布作用不同,难以压实,因此科技攻关组针对这种填土颗粒组成以及相应的物理指标进行系统的研究,提出了合理压实的机理,又通过对不同粉质土CBR试验、室内回弹模量试验、直接剪切等试验的研究,提出了不同干密度、空隙率与其对应的强度和水稳定性之间的关系,确定了以空隙率为路基压实的控制指标。又在压实机理研究成果的基础上,通过结构试验段的铺筑,提出了粉质土压实施工工艺,验证了空隙率指标控制粘质土路基压实的合理性;在理论计算和对路基作用实际状况进行了详细分析的基础上,确定了大新路基填方,主要是针对高填方路基内部采用同一空隙率的控制指标。
2 路面施工技术取得历史上重大突破
这方面,大新高速公路主要是在两方面实现了在全国的技术领先,一是复合改性沥青成套技术,二是滑模施工水泥砼路面平整度,这两项也是我国工程技术人员和科研工作者多年来一直在苦苦探索和追求实现的目标。
随着社会经济发展对高速公路路面性能标准要求的提高,沥青路面结构以其舒适、安全、经济而成为一种主要的结构型式,但仍存在着巨大的缺陷,早期破坏非常严重、维护周期呈现缩短之趋势,主要是由于沥青材料本身的特性所致,使得沥青面层的高温稳定性和低温抗裂性相对较差,面对着交通轴载增大和轮胎压力的成倍提高,这种缺陷暴露得更加突出,于是在全国不少省份高速公路对上面层沥青实施改性。通过大量的室内试验研究,仅对上面层采用单一改性,问题仍然不少,主要表现在两方面:一是单一改性,不能同时解决象朔州大同地区这样高低温都具备的气候特征条件;二是从结构计算的角度来看,上面层不是主要的持力层,而是在中面层,甚至波及到下面层;基于这样的理性思考,在大新高速公路的具体实践中,公司主要领导和工程技术人员,与交科院的专家一起,通过长达近3个月的室内试验以及配方的认定,又通过省交通厅组织的专家论证,确定采用复合改性沥青技术解决第一方面问题,利用其中一种改性剂的抗高温形变能力,以及另一种粘韧性与韧性好而抗低温性能的特点,经过工艺组合选配,确定各自的合理掺量并完全满足施工性的各项要求。这种复合材料,既具有结构复合材料的特点,同时又具备功能性复合材料的特性,与单一改性材料一样,这种复合材料在微观上是一种不均匀材料,形成的复合结构也是一种不均匀结构,存在着多种多样的各向异性,本构关系比较复杂,所以重点对破坏机理和强度准则进行了深入研究,它是一种复杂的物理化学综合反应。实践证明,这种技术成功地解决了象山西省这样有众多山岭重丘区和气候恶劣地区的路面结构和施工工艺技术难题,具有非常广阔的应用前景。
水泥混凝土滑模摊铺施工技术是我省从京大、夏汾高速公路开始采用的新技术,该技术京大公司与省交科院共同进行科技攻关,成果于2001年获得山西省科技进步二等奖。但是在施工技术方面的一些关键问题首要的如平整度问题,一直没能解决好,因为平整度问题涉及到原材料、施工技术、质量控制、大型机械配套等诸多方面,不是个单一的问题。2002年现场技术攻关组,认真研究和总结国内正反两个方面的经验教训,精心拟定方案,并在室内进行了大量的模拟试验和配比试验,并在基层上铺筑试验段进行验证,取得了多项关键性的施工综合技术,成功地解决了这一关键性难题。
在平整度的技术措施方面,主要是针对砼搅拌站拌和能力,确保连续施工,滑模施工减少停机加装部分特殊的构件(如水平传感器加套筒等等),对基准线设置方面也有特殊要求,层边部支撑方式的改进,大型机械的平行作业等方面进行了一系列的施工工艺的改进,当然,还有对水泥品质的特殊要求,对集料生产的严格要求,计量系统的精确定位,连续过桥铺筑技术等等。经与全国高速公路水泥砼路面施工质量最好的江苏省、湖北省等比较,在外观(颜色、板块布置等)、平整度(纵、横向)和强度的均匀性方面,均在国内领先。
总之,大新高速公路在施工技术方面实现了我省高速公路施工技术体系的全方位突破,得益于从指导思想、管理模式、运行机制以及控制技术方面,这些都为大新高速公路高标准、高质量、高水平的建成提供了基础条件。
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