淺析水泥混凝土路面設(shè)計及施工中的一些問題

樊慶文

近年來,重軸載、大噸位運煤車輛成為我省二級公路運輸?shù)囊淮筇攸c。為了保證公路服務(wù)質(zhì)量和使用年限,從設(shè)計到施工每個環(huán)節(jié)都將影響到水泥混凝土路面的使用質(zhì)量。

1 存在的問題

1.1 設(shè)計方面

1)地帶類型確定不當(dāng),土基模量取值偏小,導(dǎo)致部分混凝土板因土基強度不足發(fā)生斷裂。2)交通量預(yù)估偏差較大,且常低于實際交通量,重載車輛比例增大,超載嚴(yán)重,從而使路面的使用壽命低于設(shè)計使用年限。

1.2 施工方面

1)忽視了路基穩(wěn)定對路面整體強度的影響,造成混凝土板在短期內(nèi)即出現(xiàn)大面積斷裂。2)面板切縫時間掌握不當(dāng),混凝土初期養(yǎng)生不好。3)不注意基層的平整度,造成混凝土板厚薄不均,既影響路面質(zhì)量又不經(jīng)濟(jì)。4)混凝土成型方法不當(dāng),造成強度不能充分發(fā)揮。5)管理人員缺乏路面施工基本知識,不重視路用混凝土對組成材料的基本要求,這是導(dǎo)致路面質(zhì)量差的主要原因。

2 提高設(shè)計準(zhǔn)確性

2.1 正確確定路基地帶類型,認(rèn)真解決排水問題

設(shè)計路面,一般要求路基處于干燥或中濕狀態(tài),季節(jié)性冰凍地區(qū)防凍層的設(shè)置,其厚度也與路基干濕有關(guān),土基回彈模量值的確定,更是根據(jù)土基干濕類型來選定。排水不良造成路基、路面強度和穩(wěn)定性不足導(dǎo)致混凝土路面破壞屢見不鮮。為此:1)必須進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的水文、地質(zhì)調(diào)查,判明水文地質(zhì)條件及其對路基的影響。2)考慮不同季節(jié)地下水位的變化情況。3)在挖方地帶,應(yīng)考慮挖方深度對路基干濕類型的影響。路基的干濕類型易受地表積水的潛流作用,使原來干燥的路段由于積水而變成潮濕路段,引起土基強度下降,路基下沉,導(dǎo)致路面破壞。因此,設(shè)計時一定要認(rèn)真考慮這一問題。4)在路基基本完成后,應(yīng)實測土基回彈模量,重新核實路基地帶類型。5)按照規(guī)范規(guī)定,對可能危害路基穩(wěn)定的地面水和地下水設(shè)計一個完整的排水系統(tǒng),使水迅速排出路基范圍以外,確保路基穩(wěn)定。

2.2 交通量的統(tǒng)計

1)目前在一些運煤路線上的運輸車輛中,軸重超過30 t的車輛比例逐年增大,且有大量的雙后軸車輛。因此,如果對各種軸載,特別是重軸載不能進(jìn)行精確的統(tǒng)計,將造成交通量設(shè)計參數(shù)的偏差。2)對超載車的預(yù)估不足也是交通量統(tǒng)計的一個缺陷。我省的運輸車輛主要是運煤車輛,普遍超載,采用超載與空載平均方法計算,也導(dǎo)致預(yù)估交通量偏低。因此要加強交通量統(tǒng)計的準(zhǔn)確性,就必須考慮上述兩個因素,為此,應(yīng)做到以下幾點:a.在設(shè)計重要公路或等級較高的公路路面時,應(yīng)全面調(diào)查該地區(qū)的交通運輸情況,特別是對交通量增長情況要合理估算,不可僅憑經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。b.在道路設(shè)計前,交通量的觀察應(yīng)以軸載為準(zhǔn),特別是對一些重載車,應(yīng)盡量精確統(tǒng)計其軸載。c.空車與超載車區(qū)別對待,分別統(tǒng)計。3)混凝土組成設(shè)計。a.骨料級配。提高混凝土的強度,增大水泥漿與骨料結(jié)合面是一有效途徑,應(yīng)從過去的骨架型改為懸浮型。為使骨料形成懸浮結(jié)構(gòu),最適當(dāng)?shù)姆椒ň褪窃黾庸橇现? cm～2 cm顆粒含量,減少3 cm～4 cm顆粒含量,滿足路用混凝土對其抗折、抗壓強度的要求。b.砂率。砂率表示混凝土拌合物中細(xì)集料的含量。砂率也是提高界面面積,改善懸浮結(jié)構(gòu)的重要因素,提高砂率亦可以有效的提高混凝土抗離析的能力和保水性能,減少路表干縮裂縫。因此我們在進(jìn)行水泥混凝土路面配合比設(shè)計時,不僅應(yīng)考慮水灰比,骨料級配,也應(yīng)當(dāng)選擇最佳砂率,這樣才能設(shè)計出滿足路面設(shè)計強度要求的混凝土配合比。4)砂的細(xì)度模數(shù)。當(dāng)砂的含泥量符合規(guī)范要求時,適當(dāng)降低砂的細(xì)度,增加砂中0.16 mm顆粒含量,可以增加界面面積,同樣可以提高混凝土的抗折強度。

3 施工過程中的問題

3.1 路基強度

好多人認(rèn)為,混凝土路面有較厚的板分散荷載,作用于路基上的力很小,故對路基的壓實度、穩(wěn)定性要求有所放松。眾所周知,由于混凝土板是通過基層支撐在路基上的剛性板,當(dāng)路基由于壓實度不足產(chǎn)生變形時,路基支撐部分脫空,混凝土板應(yīng)力重新分布,使應(yīng)力集中,導(dǎo)致混凝土板的破壞。因此,要保證混凝土路面的質(zhì)量,必須保證路面面板有一個均勻的支撐,故提高路基強度與穩(wěn)定性是十分重要的。根據(jù)幾年來我省修建水泥混凝土路面的經(jīng)驗教訓(xùn),路基壓實度的控制必須嚴(yán)格執(zhí)行重型擊實標(biāo)準(zhǔn),對填方路基,路床底面0 cm～80 cm范圍內(nèi)應(yīng)大于 95%;80 cm以下要達(dá)到94%;而對零填及挖方地段,不僅要求路槽底面0 cm～30 cm內(nèi)大于95%,且應(yīng)對路槽底面以下土質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查。對軟弱的下臥層路段(含濕陷性黃土),應(yīng)采取翻土或重錘夯實,使0 cm～80 cm內(nèi)的土基壓實度均達(dá)到95%以上。為了保證路基強度,施工中當(dāng)路基工程基本完工后,應(yīng)進(jìn)行一次路基綜合調(diào)查,核實路基地帶類型與土基回彈彎沉與原設(shè)計是否相符。

3.2 基層平整度

由于一些施工單位對基層平整度不夠重視,造成混凝土板厚度不均,據(jù)近幾年施工現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),混凝土板最厚的地方比設(shè)計厚度多4 cm～5 cm,而最薄的地方比設(shè)計板厚少5 cm～6 cm,前者造成工程上的浪費,后者導(dǎo)致路面強度下降。為使施工中混凝土板厚不出現(xiàn)較大偏差,使混凝土板放在一個平整的基層上,在路面基層施工中應(yīng)注意以下幾點:1)正確確定材料松容重和涂鋪厚度。由于一些細(xì)粒料(如石灰和粉煤灰)的松干容重是隨含水量變化而變化,施工前應(yīng)測定其在不同含水量下的松干容重,并繪制含水量和容重的關(guān)系曲線。施工時先測定材料的含水量,根據(jù)含水量確定其容重,并按此計算體積配合比或虛鋪厚度。2)基層的整平在壓實前進(jìn)行,即在第一次穩(wěn)壓后應(yīng)在基層的標(biāo)高平整度處進(jìn)行一次認(rèn)真的檢查,發(fā)生問題及時糾正,堅決杜絕貼補,這樣可以防止在壓實成型后因挖補整平造成基層強度下降。

3.3 混凝土板施工

1)每批水泥使用前必須做安定性試驗(每30 t一批),凡未經(jīng)檢驗或查出安定性不合格的水泥禁止使用。2)嚴(yán)格遵照混凝土配合比設(shè)計。一些施工單位在拌制混凝土?xí)r,只控制水泥、砂、石用量,致使拌出的混凝土和易性差別很大,且強度離散更大,為扭轉(zhuǎn)這一局面,在拌和混凝土?xí)r必須做到:a.嚴(yán)格控制水灰比。必須明確影響混凝土強度的主要因素是水灰比,而不是水泥用量,因此,在拌和混凝土?xí)r,不僅堅決杜絕憑“經(jīng)驗”加水,還必須做到每作業(yè)班至少三次取樣測定砂、石材料含水量,并按其含水量的變化調(diào)整加水量及砂、石用量,使水灰比及和易性均符合設(shè)計要求。b.砂、石規(guī)格、質(zhì)量必須符合規(guī)定。如前所述,影響混凝土抗折強度不僅是水灰比、骨料級配,而且質(zhì)量對混凝土抗折強度的影響亦很大,特別是碎石級配往往容易被施工人員忽視,因而造成失誤。如某單位,在混凝土路面施工中,只注意了材料配比數(shù)量的準(zhǔn)確性,但對碎石級配不做控制,結(jié)果導(dǎo)致30組混凝土試件雖抗壓強度均大于設(shè)計(30 MPa),但有相當(dāng)一部分試件抗折強度小于設(shè)計(4.5 MPa)。因此,在混凝土路面施工中必須嚴(yán)格控制骨料規(guī)格。3)減水劑?；炷涟韬衔镏屑尤胍欢〝?shù)量的減水劑能提高混凝土的抗壓強度、抗折強度和節(jié)約水泥。所以,在混凝土路面施工中正確使用減水劑對改善混凝土的物理力學(xué)性能,提高混凝土路面使用壽命是大有好處的,特別是在水泥價格較高的情況下,使用減水劑對降低工程造價也是十分可取的。4)加強初期養(yǎng)護(hù),掌握最佳切縫時間。我省氣候干燥,風(fēng)大,晝夜溫差大,混凝土表面水分極易蒸發(fā),造成不少路段產(chǎn)生大量裂縫。為此,在施工中采取及時用塑料布覆蓋,避免混凝土表層水分過早蒸發(fā),可以有效的防止干縮裂縫的產(chǎn)生,不少施工單位采用后,收到了良好的效果。具體做法是:當(dāng)混凝土面板成型后,及早拉毛,然后馬上用塑料布覆蓋,這對提高面板初期強度也有好處。混凝土面板橫向縮縫在我省采用的是切縫法,但由于切縫時間掌握不當(dāng),面板在切縫前因干縮而引起板橫向斷裂的現(xiàn)象在我省路面施工中常有發(fā)生。解決的關(guān)鍵是把握最佳切縫時間,路面施工規(guī)范規(guī)定,當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計強度25%～30%時,進(jìn)行切縫,這在一般情況下是良好的。但我省風(fēng)大,日溫差大,混凝土收縮快,切縫時間應(yīng)按實際情況掌握,以防止由于收縮和溫度翹曲應(yīng)力而將板拉斷。根據(jù)幾年的經(jīng)驗教訓(xùn),最好在強度達(dá)到4 MPa～6 MPa時切縫。即在夏季切縫時間8 h～10 h,秋夏切縫時間14 h～16 h為宜。如對切縫時間難以掌握,施工中每隔20 m預(yù)壓一條縮縫,給混凝土收縮提供余地,以后再切剩余的縫,也可防止混凝土板因干縮而產(chǎn)生橫向斷裂。

綜上所述,如果能從上述的諸多方面加以注意并努力改善的話,一定能取得良好效果,并提高工程質(zhì)量。

[1]交通部公路司.公路工程質(zhì)量通病防治指南[M].北京:人民交通出版社,2006.

[2]山西公路局.公路工程八大通病分析與防治[M].北京:人民交通出版社,2007.

[3]徐培華,王安玲.公路工程混合料配合比設(shè)計與試驗技術(shù)手冊[M].北京:人民交通出版社,2005.

[4]JTG D40-2003,公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范[S].

[5]JTG F30-2003,公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[6]JTG F10-2006,公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].