滑模摊铺小半径大超高弯道路面的研究应用
摘 要:阐述了在海南海榆中线(224国道)营根至五指山段采用滑模摊铺水泥混凝土路面成功解决了小半径大超高弯道施工的工艺方法,分析研究了该工艺的难点,并在施工中严格控制各环节的质量,从而确保了施工质量。
关键词:滑模摊铺,小半径大超高弯道,水泥混凝土路面
1 工程概况
海南海榆中线营根至五指山岭段国道路窄、坡陡、弯多,且路况较差,为改善中部地区交通条件,促进中部地区的经济发展,2002年经海南省发改厅核准批复对该段国道进行改造,公路线型按山岭重丘二级公路标准,路面宽9 m,路面结构为水泥混凝土路面。虽然水泥混凝土路面滑模摊铺施工技术在海南有过成功的应用,但第一次在坡陡、弯多、超高大的路段使用。如何避免路面不出现啃边缺角、麻面、断板等病害,确保施工质量,是施工中的重点和难点。
2 山岭重丘二级公路滑模摊铺混凝土路面的技术要求及难点
滑模摊铺高速公路、一级公路混凝土路面已日臻成熟。一般来说,只要严格按照《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程》执行,基本上就能保证施工质量。海榆中线营根至五指山段国道属山岭重丘二级公路,由于地形、地貌客观条件限制,致使路线标准存在纵坡较大、半径较小、弯道较多的特点。滑模摊铺混凝土路面弯道是滑模摊铺施工中有时遇到的难题,特别是如何滑模摊铺海榆中线营根至五指山段国道小半径大超高弯道就成为此项工程成败的关键。项目部经过讨论分析,研究得出了滑模摊铺小半径大超高弯道混凝土路面技术难点和解决方法。
1)滑模摊铺机如何准确地按图纸设计标准的几何尺寸施工。二级公路的路面一般为双向模坡,另外山岭重丘二级公路弯道几何线型复杂。公路技术标准规定二级公路圆曲线不设超高的最小半径为600 m,不设加宽的最小半径为250 m。平曲线超高设置有三种方式:a.绕内侧轴旋转;b.绕中轴旋转;c.绕外侧轴旋转。此次施工的路段只有绕内侧轴旋转和绕中轴旋转两种方式。路线设计并存在大量缓和曲线路段,缓和曲线段在不断变化,路面横向坡也随着变化。从单车道上看,缓和曲线段是一个扭面,从双车道上看是一个三维变化的复合扭曲面。
2)滑模摊铺弯道施工中如何克服混凝土面板的位移、变形。滑模摊铺弯道施工过程中和完成后,混凝土以及刚成型的水泥混凝土路面,由于超高模坡度大,混凝土在重力作用下,容易出现向弯道内侧坍边、拉裂以及位移变形现象。
3 解决滑模摊铺施工小半径大超高弯道难点的方法
3.1 施工基准线设置及滑模摊铺机操作调整
二级公路水泥混凝土路面为双向横坡,如果采取滑模摊铺机左右两幅一起铺筑,滑模摊铺机本身必须具备调整模坡以及铺筑双向坡的设备,营根至五指山公路水泥混凝土路面施工:采用维特根SP850滑模摊铺机施工,双横坡采取设置双基准线、弯道、超高前后设置变坡提示卡,提醒机械手调整摊铺机水平控制系统。设计半径小于250 m的弯道为了满足行车技术要求,路面需设置加宽,由于施工中采用的SP850混凝土滑模摊铺机不具备渐变宽度的功能,而且目前国内引进的混凝土滑模摊铺机均不具备渐变宽度的功能。加宽部分与硬路肩采用同路面标号的混凝土共同
施工浇筑,但在主路面摊铺时,预布设纵向连接钢筋。滑模摊铺施工中成型的路面混凝土几何尺寸基本上是由混凝土滑模摊铺机决定的。为施工出准确的弯道几何参数,在进入弯道摊铺前,先将弯道上的各种技术指标向滑模摊铺机操作人员详细交底。在施工放样设置基准线时应把弯道路段中的基准线桩按3 m~5 m进行加密,应满足在高程上不能有突变,在平面上不能有大于3°的拐点,以保证设置的基准线平滑圆顺,几何尺寸准确无误。基准线的设置还必须有专人复核,并且在摊铺机摊铺施工行走时,设专人进行校验,确保路面施工基准线准确无误。在弯道施工过程中,滑模摊铺机速度宜适当放慢。施工中滑模摊铺机电脑根据数据信息再用传感器来控制滑模摊铺机左右两侧高程及履带走向,使路面成型达到高程准确且平面顺适。在施工过程中,滑模摊铺机两侧还必须派人随时检查,一旦发现问题可以及时调整。在施工摊铺特别小的半径弯道时还应将摊铺机两侧加长侧模拆除,并且不能摊铺小于滑模摊铺机允许半径极限值的弯道,否则会把侧模破坏,造成损失。摊铺大超高弯道施工过程中应采取措施防止混凝土在重力作用下产生向低侧方向的滑移。在混凝土布料时可以将混凝土料往路面高侧多布一些,同时滑模摊铺机上的螺旋布料器配合向高侧布料,摊铺机振捣仓加密并且两侧高度做适当调整,以防止大量的混凝土砂浆向低侧流淌。
3.2 施工小半径大超高弯道混凝土配合比的确定和调整
滑模摊铺小半径大超高弯道施工中除了要摊铺出符合规定的几何尺寸混凝土路面外,还有一个重要方面是要解决滑模摊铺出混凝土面板以后到形成早期强度之前不能滑动变形的问题。经过项目技术人员的认真分析研究,认为要解决混凝土滑动变形的问题,混凝土的配合比以及运到施工现场的混凝土拌合料的坍落度和粘聚性是至关重要的。通过分析大量的混凝土配合比试验数据,得知影响混凝土粘聚性的因素有:外加剂的种类及
掺量、砂的级配及细度模数、混凝土混合料中水泥和粉煤灰的含量及混凝土的坍落度。为此,施工技术人员对施工的各个环节进行了严格控制,对摊铺正常路段的混凝土配合比进行了多方面的调整,采取的主要措施如下:
1)根据滑模摊铺小半径大超高弯道特点,施工中选用了引气减水率较高的外加剂。滑模摊铺施工使用的外加剂具有减水、保塑、引气等特点。适当的引气效果可以有效地改善混凝土的粘聚性和泌水性。减水率增高,混凝土坍落度下降,使混凝土不易流淌变形,有益于弯道施工。
2)滑模摊铺混凝土的砂率要比人工摊铺混凝土的砂率大,以保证混凝土的粘聚力和密实性,对一不定期的粗集料和水泥用量,每一种砂都有一个最佳砂率,此时混凝土综合性能最好。经过试验,在滑模摊铺小半径大超高弯道施工中选用了细度模数合适且波动较小的砂,并对工地附近料场进行砂的质量试验,对级配较好的天然砂采取水筛法获得级配良好、细度模数在2.4~3.0之间的质量良好的砂。
3)调整碎石级配,施工现场使用的是5 mm~6 mm和16 mm~31.5 mm两种级配的碎石。为增加弯道施工的工作性能,将原配合比中的粗石/细=55/45,调整为粗石/细石=65/35。
4)试验证明:混凝土中掺和一定量的粉煤灰,对提高混凝土的后期强度、减少混凝土的坍落度损失以及减少因温度应力引起的面板开裂都有一定的好处。施工中在正常路段摊铺用的混凝土配合比基础上,经过反复试验确定用灰量。最后在技术经济指标合理的前提下,确定每m3的混凝土采用水泥350 kg、粉煤灰60 kg的掺配量,用体积法将配制出的混凝土砂浆含量控制在54%~59%之间。
5)通过摊铺试验证明,小半径大超高弯道上摊铺混凝土路面料宜干不宜稀,混凝土拌合料运至摊铺现场坍落度应控制在2 cm左右为最佳状态。坍落度小于1.5 cm,增大了摊铺机前进阻力,同时影响振捣密实,容易发生混凝土表面提不起浆的情况,摊铺后混凝土板面的浆厚3 mm~6 mm。坍落度大于3 cm则增加了混凝土料流动性,造成振捣后混凝土料流向低侧及摊铺出的路面板向低侧滑动,造成路面变形,实际施工中采用了自己研制的具
有自动化计量电脑搅拌系统的拌合楼。同时每台拌合楼派工人专职监控混凝土拌合料的坍落度,充分保证了混凝土料的品质。
3.3 滑模摊铺结束后的混凝土修整
小半径大超高弯道滑模摊铺结束后,应注意混凝土的人工修整工作。当偶尔发生了混凝土料偏稀的情况,应及时采用护边材料,待混凝土料初凝结束后方可把护边材料取走,以免路面产生溜肩、滑移现象。
4 结语
由于在海榆中线营根至五指山段国道施工过程中,认真分析研究了滑模摊铺小半径大超高弯道工艺难点,并在施工中严格控制各环节的质量,最终成功地解决了山岭重丘二级公路滑模摊铺小半径大超高弯道的难题。铺出的混凝土路面曲线圆滑、扭面圆顺,平整度良好。整个路段工程验收各项指标均达到或超过要求。由此看来,只要在施工过程中认真控制好各个施工环节,在山岭重丘二级公路小半径大超高弯道的路段同样能滑模摊铺出符合工程技术标准的高质量混凝土路面。
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