摘要:结合水泥混凝土路面工程,讨论水泥混凝土路面抗滑构造的技术要求,分析滑模摊铺混凝土路面抗滑构造的施工以及水泥混凝土路面抗滑构造的恢复技术,对路面抗滑构造的设计与施工具有指导作用.
关键词:混凝土路面;抗滑构造;设计与施工;恢复技术
水泥混凝土路面具有承载能力大、扩散荷载能力强、稳定性好、使用寿命长、日常维护费少
等优点,尤其是水泥混凝土路面的使用性能及抗灾能力强,是南方地区的重要路面结构类型之
一.然而,在水泥混凝土路面结构技术设计和施工上较重视结构特性,而对路面的抗滑能力和耐磨性能,往往注意不够.导致路面抗滑能力降低,在设计年限较长时间内,车辆的行驶安全性未能得到有效保证,由此造成的水泥混凝土路面的交通事故增多,经济损失较大.因此,研究水泥混凝土路面的抗滑耐磨能力具有十分重要的意义.
1 水泥混凝土路面抗滑构造的技术要求
高速公路、一级公路和低速行车二级以下公路与市政道路不同,宏观和微观抗滑构造都是
需要的,而且都是为了在雨天保持车轮和路面之间的充分接触,防止车辆的漂滑、操纵失灵而专门设计的路面雨天高速行车准备的安全技术措施.
1•1 宏观抗滑构造的要求
公路工程质量检验评定标准jtj071-98规定:高速公路一级公路竣工时的水泥混凝土路面
客观抗滑构造深度(填沙法)td不应低于0•8 mm,其他公路td不应低于0•6 mm[1].公路水泥混凝土路面设计规范jtj012-94指出:对年降雨量在500 mm以下的地区,可适当降低[2].公路水泥混凝土路面滑模施工技术规范对宏观抗滑构造深度增加上限要求:高速公路一级公路还应td≤1•2,即路面竣工时0•8 mm≤td≤1•2 mm;其他公路还应td≤1•0即 0•6 mm≤td≤1•0mm[3].
1•2 微观抗滑构造的要求
微观抗滑构造虽然对安全行车极为重要,但是现行所有水泥混凝土路面设计、施工及质量
验收有关规范,均没有对微观抗滑构造提出技术要求.公路沥青路面设计规范jtj014-97规定:高速公路一级公路竣工验收时的横向力系数(有水条件下的侧向摩擦系数)sfc≥54,摆值fb
≥45,构造深度tc≥0•55[4].参照该规定,高速公路一级公路水泥混凝土路面的横向力系数
应不大于55为宜.
1•3 宏观抗滑构造纵向方向的选择
水泥路面的宏观抗滑构造,国内外有两种形式:1)常用的横向抗滑构造;2)纵向抗滑构造.
根据工程实践可知,从宏观抗滑构造排除雨天车轮和路面之间的水膜而言,由于有路面横坡的
帮助,横向抗滑构造的排水效果迅速而明显,但是有车辆阻力大、车轮磨损快、噪音大、舒适性较纵向抗滑构造差.因此,选择纵向或横向宏观构造的依据是:1)该地区的瞬时降雨强度或年降雨量;2)路面的纵坡度.在路面纵坡度大、排水快的路面上采用纵向抗滑构造较有利于排水.根据西班牙的规定:年降雨量不小于500 mm时,必须采用横向宏观抗滑构造;而年降雨量小于500mm时,可采用纵向抗滑构造.较大的年降雨量条件下,当路面纵坡不小于3%,可使用纵向抗滑构造.从车轮磨损和舒适性与雨天行车安全性相比,当然要将排除水膜,保证行车安全作为首要保障考虑.
1•4 桥涵钢筋混凝土铺装层的抗滑技术要求
现行桥梁规范对桥涵钢筋混凝土铺装层的抗滑技术没有明确规定.事实上,高速公路设计
时速为12 km/h,不可能在桥(涵)上减速.由于桥面抗滑能力远远不够,引发交通事故的事例较
多,必须引起足够的重视.因此,在相关技术规范中,补充桥(涵)钢筋混凝土铺装表层的抗滑构
造规定,应与路面抗滑技术要求相同或高于路面.
1•5 通车运营中的抗滑构造保持时间和最低值要求
目前,我国现行规范对于运营多长时间达到多大抗滑技术指标,尚没有要求.按照交通部公
路科学所的研究,水泥混凝土路面通车运行5~8 a以后的抗滑标准允许最低值,高速公路一级
公路的侧向摩擦系数fs≥49,构造深度td≥0•45 mm;一般公路fs≥35,td≥0•30 mm.否则应采取措施恢复抗滑构造,达到此项技术标准,以保证行车安全.
2 滑模摊铺混凝土路面抗滑构造的施工
2•1 微观抗滑构造的滑模施工
在滑模摊铺机后应设置钢支架,拖挂1~3层叠合麻布、帆布或棉布,洒水湿润后,软拖制作
微观抗滑构造.布片接触路面的拖行长度以0•17~1•5m为宜.对砂的细度模数偏大的粗砂,拖行长度取小值;偏细中砂,取大值.人工修整过的路面,微观抗滑构造已被抹掉,必须再拖麻带处理,以恢复微观抗滑构造.若要同时增强表面耐磨性,滑模施工的水泥混凝土路面可直接使用抹平板抹出的“鱼鳞”形微观抗滑构造.表面修整时,不应该使用钢抹刀,可直接使用木抹刀抹出的粗糙砂浆表面.
2•2 宏观抗滑构造的滑模施工
2•2•1 软作宏观抗滑构造
当滑模施工的水泥混凝土路面工程量大,日施工进度超过500 m时,塑性拉槽宏观抗滑构
造制作宜选拉毛机械施工,没有拉毛机时可采用人工拉槽方式.拉槽深度为2~3 mm,槽宽3~5
mm,槽间距15~25 mm.在水泥混凝土表面泌水完毕20~30 min内应及时地进行拉槽.每耙之间
衔接间距应保持一致.耙齿可用塑料,也可用钢片或钢条制作.实践证明,采用辊子制作抗滑槽,容易沾砂浆,外形不规矩;采用齿板拉槽,由于粗集抖的顶托,亦较难做好;国内外-机械或人工拉槽均逐渐统一使用齿耙.软作抗滑构造的优点是施工速度与滑模摊铺速度几乎同步,施工速度快,施工费用省.其缺点是:1)软拉抗滑构造会使一些砂和小石翘起来,影响平整度,通车1 a后会自动磨掉,总体动态平整度会提高△δ≈0•05左右;2)边缘不整齐,宏观抗滑构造的槽口不可能是矩形,往往是有损伤的倒台形,这样的宏观抗滑构造的耐磨性显然较差;3)构造深度不均匀.拉槽时,局部表面较湿砂浆多,拉出的槽较深;表面较干硬,拉出的抗滑构造就较浅,深浅不一,构造不匀.
2•2•2 硬刻宏观抗滑构造
从滑模施工水泥混凝土路面耐磨性和抗滑性的研究表明,拖麻袋施工微观构造的方法,由
于拖动了表面的砂粒,对表面砂浆构造有所破坏.因此,尽管微观抗滑构造满足要求,但耐磨性
与不拖麻袋的表面相比损失1/3,是最不耐磨的表面.为了解决耐磨性与抗滑性之间的矛盾,可采用下述两个措施:1)不拖麻袋,直接使用自动抹平板抹出的“鱼鳞形”表面处理;2)改用硬刻槽式施工宏观抗滑构造.采用硬刻槽施工宏观抗滑构造,可提高路面平整度,增强路面耐磨性,同时保证了矩形规矩的宏观抗滑构造的效果.硬刻槽方式制作宏观抗滑构造,其几何尺寸与软制作宏观构造相同.硬刻槽机重量宜重不宜轻,最小整刻度不小于50 cm,硬刻槽宜在摊铺3 d后才开始,并应在两周内完成.采用硬刻槽方式施工宏观抗滑构造的优点是外观规矩,槽口为矩形,槽深均一,且不影响路面平整度.在同一路面上使用拉槽和硬刻槽对比检测表明:1)硬刻槽大约提高路面动态平整度△δ≈0•05;2)硬刻槽提高路面耐磨性.硬刻槽的缺点是施工费用高,效率低,使用的人工多5~8倍,刻槽机多,摊铺速度快时,10台刻槽机都跟不上滑模机的施工进度,锯片损耗多,且锯片较贵,目前我国高速公路水泥混凝土路面硬刻槽的施工费用大约5~8元/m2.对高速公路和一级公路来说,还是可以接受,但对二级以下公路,则难以接受这样高的造价.所以,在我国二级以下公路水泥混凝土路面,以软拉抗滑构造居多.
3 水泥混凝土路面抗滑构造的恢复技术
3•1 凿毛法恢复微观抗滑构造
在水泥混凝土路面施工过程中,可能存在下述问题:1)路面遇雨水冲刷,平整度符合要求,但两级抗滑构造丢失;2)有时下大雨施工,混凝土路面表面湿软就覆盖了塑料薄膜,即使宏观抗
滑构造存在,微观抗滑构造也会被降雨压力下的薄膜压平,由麻袋片拉出的细观抗滑构造消失
了;3)当滑模摊铺水泥混凝土路面的局部平整度不足时,要求用粗磨头的水磨石机来磨平(粗糙度不够),首先磨光的是微观抗滑构造.然而,高速公路表面不允许局部路段或局部表面无微观抗滑构造,因为会在120 km/h设计时速的雨天引发交通事故.因此,实际路面工程采用人工用小凿工一点点凿毛,恢复微观抗滑构造的做法效果良好,是国内在水泥混凝土路面施工时采用的局部恢复微观抗滑构造的方法.但是,这种方法的缺点是需要的劳力较多.是否采用众多小凿子撞击式机械凿毛,值得研究开发.采用这种方法时,要注意打击力不可过大,路面上不允许存在砂浆打裂或石子开裂及松动现象.
3•2 磨蚀法恢复微观抗滑构造
采用粗糙度足够的磨蚀机,将旧水泥混凝土路面的光滑表面通过磨蚀机械改善其微观抗滑
构造,提高侧向摩擦系数.但是,从国内采用的水磨石机来看,即使采用现有最粗糙的三角形磨
头,也达不到高速公路表面粗糙度的要求.因此,采用此项技术的前提,需要在原有小磨石机的
基础上开发更为粗糙的砂磨头,使磨出的路面侧向摩擦系数应不小于刚施工好的路面技术要
求,即fs≥54,以满足高速公路对微观抗滑构造即摩擦系数的要求.
3•3 喷射法恢复微观抗滑构造
国外使用专用机械设备在路面喷射小钢球或金刚砂的方法,主要用于旧水泥混凝土路面整体摩擦系数的提高和抗滑性能恢复.喷射法是在一个密封仓内,以一定喷射压力向路面均匀喷
射小钢球.然后,将钢球和路面碎屑一同抽进分离设备,将碎屑与钢球分离开来,碎屑储存在收
集罐内,装满后卸到指定地点,钢球可重复使用.喷射法可产生优异的微观抗滑构造,砂浆表面至少可喷射出0•5 mm的小坑,侧向摩擦系数比在处理前可提高0•22.喷射不仅打毛了砂浆表面,对裸露石子的表面光滑面同时打毛.这种方法处理费用便宜,开放交通快,也能有效地处理沥青路面,提高沥青路面的抗滑性能.但是,由于喷射法需要专门的机械,我国至今尚未使用此项技术,相信随着对高速公路行车安全性要求的提高,此技术会逐渐在我国开发使用起来.
3•4 硬刻法恢复宏观抗滑构造
这种方法是在锯缝机上加长锯片轴,采用叠合多锯片进行硬性刻槽,得到宏观抗滑构造.此需技术在国内使用较多,国外使用较少,原因是这种方法对宏观抗滑构造有效,但不能同时采用
一台机械恢复粗细两级抗滑构造.然而,仅从恢复宏观抗滑构造而言,此项技术使用效果相当
好;1)硬刻出的槽比软拉槽深度均匀,槽形相当规矩,同时抗磨性较高,使用耐久性较好;2)硬刻时是连粗集料一同锯切的,而软拉槽对集料无效,达不到这样好的效果:3)硬刻的槽深大于4mm,平均槽台宽50~100 mm,槽内宽5 mm,用铺砂法测面的宏观构造深度td≥1•0 mm,比新铺
水泥混凝土路面上的略深一些;4)由于宏观抗滑构造不是由表面纯砂浆组成,抗剪强度高;5)若采用硬刻法刻一遍的宏观抗滑构造希望使用时间长一些,其槽深可以比软拉槽略深些.
3•5 铣刨法同时恢复宏观、微观两级抗滑构造
此项技术是用金刚石铣刨滚轮,全断面纵向或横向铣刨混凝土路面的方法.其具有下述优
点:1)同时恢复宏观、微观抗滑构造,在北美和欧洲发达国家普遍使用在旧水泥混凝土路面的抗滑构造的恢复;2)能够将面板之间的错台铣刨掉,通过铣刨使路面不再跳车;3)一机三用经济较好;4)铣刨时,表面的残渣用真空吸进储罐,不妨碍高速公路上的车辆通行;5)在美国,为了提高铣刨施工效率,多采用纵向半圆形铣刨槽,并可不受降雨量的限制;6)可以铣刨沥青路面和以玄武岩抗滑集料的沥青混凝土路面,施工速度约为200h/h;7)可降低路面的行车噪音.因此,发达国家多将此项技术使用在日交通量不小于3000次以上的公路路面上,高速公路使用较多也较成熟.铣刨法的投入较大且施工费作较高.原因主要有:1)金刚石滚轮的磨损较快,更换一个新滚轮的费用较高;2)铣刨速率主要受水泥混凝土路面上使用的粗集料的岩石品种制约.坚硬的隧石铣刨速度为75 m2/h左右;石英岩混凝土路面为200 m2/h左右;石灰岩混凝土路面为300 m2/h左右.
3•6 水泥混凝土罩面技术恢复抗滑性能构造
此项技术的施工过程为:在旧水泥混凝土路面上凿毛或喷射处理,彻底清洁表面,涂树脂粘
结剂作粘结层;按结合式薄加铺层设计,用滑模摊铺机摊铺表层;然后在表面喷洒超缓凝剂;最
后用洗刷机刷掉表面砂浆,做成裸露集料的低噪声水泥混凝土路面.这种高强度裸露粗集料的
罩面,厚度为4~7 cm,欧洲采用的粗集料最大粒径为7 mm,这种做法的罩面仅提高抗滑性能.
要特别注意罩面层是专门配合比的细石高强混凝土,设计抗压强度不小于70 mpa,否则抵
抗不了车轮的冲击破坏.当然,新建水泥混凝土路面上,现有技术可使用一台滑模摊铺机湿接湿一次摊铺两层,上层厚5 cm,无需粘结剂制作结合式高强混凝土低噪声水泥混凝土路面.而旧水泥混凝土路面罩面时,结合式必须采用粘结剂方可,接缝处全部对应切割,并要求切透并填缝.用于结构补强,同时恢复抗滑性的厚度按结合式薄加铺层设计要求,可做成路拱中间薄两侧厚的拱形,这种作法与路面拓宽同时考虑,也可做面等厚结合加铺层形式.
3•7 沥青罩面技术恢复抗滑构造
恢复抗滑构造的沥青罩面,可采用我国使用多年的沥青表处技术,即清洁旧水泥混凝土路
面表面,喷一层热沥青或乳化沥青,机械洒石子,碾压后清扫未粘结的石子.这种处置方式做成
的罩面厚度≤15 mm(如果同时要求结构补强,则应≥40 mm),是裸露石料的低噪声表面,表处
也可采用沥青混凝土.这样表处的薄沥青表面层全发生对应底部的混凝土路面的板接缝的反射裂缝.但是,由于仅仅为了恢复其抗滑性能,所以一般不像结构补强那样使用耐热土工薄膜防裂,待开裂后在气温较低的季节用沥青灌缝即可(在这一层上面,使用一定时间也可以增加25mm以上的沥青混凝土进行结构补强).法国的路面工程实验表明,15 mm的表处可使用2~4 a,
而40 mm的结构补强层一般可使用6~8 a.无论沥青表处不是沥青混凝土补强,其保持优良抗滑构造和平整度的关键在于;1)层间粘结牢固,防止沥青路面推挤拥包、车辙、卷起和成片脱落.国内外使用效果较好的是喷洒煤油稀释的沥青透层和粘层油,以便保持刚施工完毕时的优良平整度和行驶性能;2)处理好水泥混凝土路面接缝反射到沥青表层裂缝.当反射裂缝较宽时,两侧形成空间,沥青混凝土很容易成块脱落,造成沥青混凝土加层或表层或表处提前破坏,损失平整度.在薄层沥青加铺层上最简便易行的方式是对水泥混凝土路面所有纵横缩缝切缝,并使用热沥青填缝.胀缝板上部接缝宽度较大,可采用双锯片锯缝机切缝,凿除胀缝板上部的沥青混凝土,再用变形和硬度适中的改性沥青砂或沥青玛蹄脂填缝.
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