高速公路水泥混凝土路面滑模施工关键技术
[摘要]水泥混凝土路面属于刚性路面,其中滑模施工属于较新的施工工艺,在国内没有更多的成熟经验可以借鉴,同时在施工中路面的平整度控制及防止路面产生裂缝属于施工技术控制核心,针对上述两个施工关键要素作出分析,并就滑模施工中如何提高路面工作性能,保证施工质量提出建议。
国道主干线二连浩特至河口段山西境内得胜口-大同高速公路,位于山岭重丘区,双向四车道。路基宽度26m,行车道宽度2×2×3.5m,硬路肩宽度3m。全线里程43.737km。该高速公路为28cm厚普通水泥混凝土路面,采用SP850滑模摊铺机摊铺施工。
1 滑模摊铺水泥混凝土路面施工平整度的控制水泥混凝土路面施工控制指标中比较突出的一个就是平整度。混凝土路面滑模摊铺是先进的机械化施工工艺,它是通过液压传感器传送到两侧的钢丝绳基准线控制行驶方向和表面高程信号,操纵摊铺机不断向前推进,滑模摊铺机在施工中集布料、摊铺、振捣、提浆、挤压成型、抹面等多项工序于一体,可一次性完成整个路面或给定要求的幅宽路面。因此,在施工前应对滑模摊铺机机械性能全面掌握,做好施工准备工作,对滑模施工工艺中的每一个环节做到有效控制。根据滑模摊铺施工工艺和水泥混凝土路面施工特点,从以下方面控制路面平整度。
1.1 基准线设置
基准线是滑模机施工用的引导线,是整个施工的关键环节,滑模摊铺机前进的方向和高程依靠基准线控制。基准线嵌入在基准桩水平杆的槽内,基准线安装和操作误差将直接通过传感器反映到滑模摊铺机电脑再反馈到路面上,会导致路面表面出现波浪或起伏,所以在施工中要严格控制基准线安装方式、基准线高度和间距、基准线材料与张力、外界因素(如人为、车辆碰动及自然风力)引起的振动。
1.2 滑模摊铺机履带行走轨迹
水泥混凝土路面基层边缘部位为滑模摊铺机履带行走提供了工作台面,基层平整度和稳定性的质量,对滑模摊铺机摊铺混凝土路面的施工平整度有一定的影响。施工中,滑模摊铺机履带行走的轨迹部位不仅影响着路面面板的厚度,还直接影响着路面表面的平整度。通过得大高速公路水泥混凝土路面施工的实践,认识到精确的基准线只能减小履带行走轨迹上较大的颠簸,只有基层平整才能较彻底的消除对路面平整度的影响。另外,机械频繁地上下跳动会损坏机械零件。在雨季更要加强对履带行走部位的基层管理和养护。
1.3 避免蜂窝麻面、塌边对平整度的影响
在水泥混凝土路面施工过程中,如出现蜂窝麻面或塌边会对路面平整度造成影响。蜂窝麻面是指路面表面出现局部裸露骨料或有较多较大的孔隙,这种情况发生后,若修补不及时或不完全,会出现凸凹表面(即波浪),从而降低了平整度。经实际检测,蜂窝麻面部位一般对平整度影响2~3mm。塌边对平整度影响主要反映在纵向缩缝,尤其是分幅施工,致使相邻车道缩缝对接不好,形成纵向凹槽,使车辆在超车行驶时发生颠簸,在雨天会出现积水,降低行车安全。
1.4 有足够生产能力的搅拌站
提高水泥混凝土路面施工平整度,要求滑模摊铺机行走必须连续均匀,满足滑模摊铺机最低施工速度1m/min的要求。由于水泥混凝土路面面层较厚,材料消耗量大,要求施工现场有较大的机械拌合能力。当一次摊铺两幅车道时,混凝土供应量要≥250m³/h,以便保证供料均匀稳定。每合同段拌合站都采用强制性拌合楼2~3台,全部采用电脑控制,每台拌合楼产量在80mm³/h以上。各拌合楼严格控制用水量,使水灰比尽可能一致,确保混凝土配合比均匀、一致。
1.5 滑模摊铺机摊铺施工的连续性
在摊铺中,要保持摊铺施工的连续性,就必须在施工前做好施工组织管理工作,如供电、供料、机械完好、防风防雨的紧急措施;确保滑模摊铺机每天连续不间断地进行摊铺施工;最小摊铺施工长度800m/d。这样就可以大大减少滑模摊铺机停车、起动次数,减少路面接茬数量,使路面整体平整度大大提高。对于因不可抗拒因素造成停机的也可采用以下方式补偿:①紧接在挤压板后的自动抹平板沿路面长3.5m,其前后左右反复抹平可以起到一定补偿作用,自动抹平板材质为高硬度轻质量的航空金属,不能采用其他金属代替,否则会影响路面平整度,在施工中应经常观察其是否完好,自动抹平板应在滑模摊铺机工作5 000h后更换;②坍落度小的混凝土挤压变形小,所以采用2~3cm坍落度的混凝土较为适宜。
1.6 水泥混凝土配合比设计
混凝土性能直接影响着路面质量和路面工作性能。滑模摊铺机虽然给路面施工创造出良好的施工条件,但是若混凝土配合比设计不合理,仍然会摊铺出平整度较差的路面。在施工前各合同段按正交配合比进行试验,除了按《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程》JTJ/T037.1-2000控制弯拉强度外,还结合北方气候特点并且依据多年高速公路冬季除雪除冰养护的特点,做了抗冻试验。配合比如下:水灰比控制在0.4;砂率控制为38%,中期调至36%; 42.5级水泥用量325kg/m³;含气量控制在3.6%~5.2%;摊铺施工前坍落度控制在2.1~2.4cm;混凝土容重为2 400~2 420kg/m³。碎石采用三级配为20~31.5mm、10~20mm、5~10mm,中砂严格控制超径料小于10%。由于合理的集料级配、砂率和水灰比,保证了混凝土达到最佳的密实效果,使混凝土经过振捣后在挤压成型模板和横向搓动整平梁的工作下,路面表面平整而表层浆厚度均匀无明显变化(一般情况下表层浆厚度控制在2~3mm)。
1.7 滑模摊铺机前布料施工
滑模摊铺机在向前行进施工中,机前的混凝土应保持合适的料位,料位过低会造成摊铺缺料,出现严重的蜂窝麻面;料位过高,使滑模摊铺机变成了“推土机”,前进行驶过程中会出现左右摇摆,引起路面不平整,基至有时会导致滑模摊铺机爬高,导致铺出的路面厚度不均匀。在施工中按运输车运料量,事先计算好每车混凝土能摊铺的面积,由机前指挥者按梅花形和一定间距进行卸料,然后由一台装载车进行初布料,这样既可均匀布料,保证滑模摊铺机摊铺速度,又有效地保证了滑模摊铺机的机械完好率。
1.8 混凝土运输的控制
混凝土运输采用载重能力较大(一般10~15t)的自卸车,其最大运距控制在10km以内。运输车在运输混凝土时进行苫布覆盖,防止日照风吹水分蒸发和突然降雨,并严格控制车速,要求车辆匀速行驶。防止混凝土在运输中出现离析和泌水现象。
1.9 滑模摊铺机各项工作参数的影响
滑模摊铺机是将螺旋控制板、松方控制板、振捣棒组和振动搓平梁等功能组合为一体工作的机械,因此滑模摊铺机各项工作参数优劣将直接影响混凝土路面的平整度和铺筑质量。
1)滑模摊铺的施工基准线应随时进行测量和仪器抽检,发现拐点或不平顺,应及时纠正。基准线桩应牢固固定在基层或路基上,严禁任何人或车辆碰撞造成松动或传感器掉线,影响混凝土路面平整度。
2)滑模摊铺机的布料器应始终处于工作状态,根据机前料堆位置,及时均匀左右布料,并保证混凝土面板两角混凝土充足。另外,滑模摊铺机前卸料应均匀,机前缺料不允许行进。
3)松方控制板的高度应根据振动仓内的料位高度随时调整,仓内料位应保证高于路面10cm。料位过高或过低,造成挤压力大小不均,引起回弹变形量变化,影响摊铺平整度。
4)摊铺机振捣棒应保证间距<45cm,数量充足,水平部位平行路面,悬浮在路表面振捣。振捣棒频率应根据混凝土干稀程度和厚度控制在6 000~10 000次/min,干料用高频振捣,稀料用低频振捣。同时,干料应减慢摊铺速度,稀料应加快摊铺速度。
5)滑模摊铺机的挤压底板仰角应根据摊铺段落的纵坡大小进行调整。上坡摊铺仰角要小,下坡仰角要大,保证摊铺机有足够的挤压力和形成良好的混凝土表面,应由模尾部向滑模摊铺机方向调出2%的倾斜角度,且保持模板尾部与路面横坡保持一致,防止挤压底板前仰角过大,混凝土路面出现拉裂,影响路面平整度。
6)自动抹平板的压力应根据混凝土的干稀情况和路面纵坡变化进行调整。抹平板压力宜轻不宜重,压力大将影响纵横向平整度,过轻则提浆整平作用小。同时调平自动抹平板底部使其沿路纵向微翘10~15mm,使其有自然的进浆角。
2 滑模摊铺水泥混凝土路面裂缝的防治及处理措施
2.1 混凝土路面裂缝产生的原因及措施
1)混凝土计量不够准确,使混凝土坍落度不均匀,引起混凝土表面产生了不均匀的收缩裂缝。解决办法:使用自动计量的拌合站拌合,控制每盘的坍落度,使每盘之间的坍落度偏差控制在±1cm,减水剂的控制采用小台秤事先分出每盘重量,确保计量准确。
2)养护不及时,容易造成混凝土出现裂缝。解决办法:在混凝土浇筑6~12h后,采用塑料薄膜覆盖养护,利用其不透水的特点,将混凝土的蒸发水积蓄下来自行养护,当塑料薄膜内不见浮水应喷水养护,使养护期内保持湿润状态。
3)大风、烈日及昼夜温差大的情况下容易出现裂缝。解决办法:避开烈日下施工,大风及昼夜温差大的情况下在塑料薄膜外加1层帆布。
4)切缝不及时容易造成裂缝。如某段混凝土路面施工后塑料布下混凝土在气温及水化热的双重作用下,温度上升很快,随后因下雨中止了施工,由于没有及时采取措施根据混凝土板的实际情况提前切缝,出现了部分断板。解决方法:水泥混凝土路面成型后,在当时温度条件下一般要在6~8h后才可以切缝,而该段混凝土路面在施工过程中由于突然降温造成收缩较大,施工人员应注意随时观察,在强度允许的条件下提前进行切缝,使混凝土内部的拉应力释放在切缝端。
2.2 混凝土出现裂缝后的补救方法
1)通缝 贯穿后的通缝危害很大,目前除了凿除重新铺筑,没有其他办法。
2)局部裂缝 对于出现裂缝的地段,先距缝横向两侧40~50cm各切1道10cm深的横缝,横缝与线路法线方向一致,切完缝后将2道缝内的混凝土全部凿除,用水冲洗干净,底部涂刷高强度等级水泥砂浆或混凝土界面剂后,在槽内浇筑膨胀混凝土,使用UEA膨胀剂,掺量为10%~12%。同时,距混凝土表面5cm处安放钢筋网片,增配构造钢筋可明显提高混凝土的抗裂性,构造配筋采用10@10单层钢筋网片,全截面构造配筋率0.6%,在膨胀剂的作用下,使钢筋受拉,此拉应力能大致抵消混凝土收缩过程中产生的拉应力,防止混凝土的开裂,以提高混凝土的抗裂及抗渗性,弥补混凝土自身收缩。混凝土浇筑完成后,使用铝合金刮杆搭接在原有的混凝土表面上反复横向整平,确保修补后混凝土具有良好的平整度。
3 结语
得胜口-大同高速公路水泥混凝土路面施工采用先进的滑模摊铺技术,通过对工程的严格管理、精心组织、精心施工,路面平整度均方差达到了1.0以下,局部路段均方差达到了0.75,施工效果良好。本文对水泥混凝土路面不平整因素进行了分析,并提出施工控制措施。由此可知,要保证路面平整度,必须采用先进的施工设备、施工方法和科学的管理手段,严格控制每道施工工序。
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