滑模施工技術(shù)在北黑高速公路路面工程中的應(yīng)用與實(shí)踐

張 平

(1.北黑高速公路建設(shè)指揮部;2.黑龍江省龍建路橋第四工程有限公司)

滑模施工技術(shù)在北黑高速公路路面工程中的應(yīng)用與實(shí)踐

張 平1，2

(1.北黑高速公路建設(shè)指揮部;2.黑龍江省龍建路橋第四工程有限公司)

滑膜攤鋪技術(shù)作為一種更為先進(jìn)的混凝土路面施工工藝，在北黑路面工程中的應(yīng)用與實(shí)踐為我國寒區(qū)水泥路面施工過程質(zhì)量控制積累了經(jīng)驗(yàn)。從工程管理、原材料選擇與質(zhì)量控制方法、施工過程面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題及解決方案等角度總結(jié)了北黑公路水泥混凝土路面實(shí)施過程中的成果，對同類型工程的開展有重要的借鑒意義。

水泥混凝土路面;滑膜攤鋪技術(shù);工程管理;施工工藝

北黑高速公路位于黑龍江省的北部地區(qū)，是國家高速公路網(wǎng)和黑龍江省高速公路網(wǎng)的重要組成部分，對加強(qiáng)區(qū)域路網(wǎng)形成，拉動對俄貿(mào)易，發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)具有明顯作用。北黑高速公路所處的黑龍江省北部，屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季漫長且干燥降雨量偏少，有效施工期短;同時(shí)受西伯利亞寒流影響，冬夏極端溫差在80℃左右。嚴(yán)酷的自然條件對路面提出了很高的技術(shù)要求。在借鑒以前工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合北黑公路的工程地質(zhì)特點(diǎn)，提出選擇水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)形式并且采用施工質(zhì)量較好和效率高的滑膜攤鋪工藝。

北黑高速公路水泥混凝土路面施工里程為198.705 km，共227.8萬m2，其水泥混凝土路面施工創(chuàng)造了三個(gè)“第一”:一是黑龍江省首次全線使用世界上最先進(jìn)的德國維特根SP850攤鋪機(jī)，8.25 m主板一次攤鋪;二是黑龍江省首個(gè)橫向縮逢設(shè)置傳力桿項(xiàng)目;三是黑龍江省首次使用滑模攤鋪DBI傳力桿自動植入裝置。

北黑高速公路的完工，對我國寒冷地區(qū)設(shè)置傳力桿的水泥混凝土路面應(yīng)用滑模攤鋪技術(shù)做出了有意義的探索，積累了成套的施工管理與技術(shù)問題解決方案?？偨Y(jié)了北黑公路水泥混凝土路面實(shí)施過程中的管理與技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，以期對同類型工程的開展有所啟發(fā)。

1 路面合同段標(biāo)段的劃分及資格預(yù)審的能力條件標(biāo)準(zhǔn)

北黑高速公路建設(shè)指揮部依據(jù)工程建設(shè)項(xiàng)目管理承包模式、工程施工組織規(guī)劃、工程進(jìn)度計(jì)劃、工期要求、各分項(xiàng)工程之間的技術(shù)管理關(guān)聯(lián)性以及投標(biāo)競爭狀態(tài)等因素，綜合分析研究水泥砼路面維特根SP850及SP500滑模攤鋪的機(jī)械性能特點(diǎn)劃分6個(gè)水泥混凝土路面標(biāo)段，并結(jié)合水泥砼路面滑模攤鋪技術(shù)管理特點(diǎn)和要求設(shè)置北黑高速公路水泥混凝土路面標(biāo)段投標(biāo)資格預(yù)審的能力條件標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

表1 關(guān)鍵施工機(jī)械設(shè)備及要求(A2－A6、A8合同段)

2 原材料選擇與質(zhì)量控制方法

2.1 碎石加工工藝

設(shè)計(jì)文件對碎石生產(chǎn)的質(zhì)量和數(shù)量提出了明確的要求，北黑高速公路建設(shè)指揮部經(jīng)過多次沿線考察北黑項(xiàng)目各石廠的生產(chǎn)能力、石料材質(zhì)、運(yùn)距等情況，經(jīng)過綜合比選，最后選定七家母材符合要求的采石場。石料的破碎工藝直接影響石料的物理力學(xué)性能和由其配制的混凝土的性能，因此北黑高速公路建設(shè)指揮會同當(dāng)?shù)卣酱偎槭a(chǎn)廠家投入資金擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，全部安裝反擊式破碎機(jī)生產(chǎn)線，保證了碎石的生產(chǎn)質(zhì)量。

同時(shí)邀請哈爾濱工業(yè)大學(xué)專家對各石場經(jīng)理及相關(guān)技術(shù)人員統(tǒng)一進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)并編制北黑高速公路碎石生產(chǎn)指導(dǎo)書，對碎石生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行科學(xué)、規(guī)范的生產(chǎn)起到了重要指導(dǎo)作用。

(1)規(guī)定破碎方式

北黑公路沿線石場原石料粉碎設(shè)備多為顎式碎石機(jī)，只能用作初級破碎:存在料針片狀多、壓碎值大的實(shí)際問題。整改后全部引進(jìn)反擊破式碎石機(jī)，保證加工后的碎石呈立方體，無張力和裂縫，粒形好，石粉含量少。

(2)規(guī)定篩孔尺寸和備料比例

根據(jù)水泥穩(wěn)定級配碎石基層、水泥混凝土路面面層配合比材料用量，要求石場安裝相應(yīng)規(guī)格的篩網(wǎng)，按照生產(chǎn)的石料規(guī)格分級備料;同時(shí)根據(jù)材料用量及時(shí)調(diào)整各規(guī)格石料的生產(chǎn)儲備數(shù)量。

碎石規(guī)格提前確定，為保證施工過程中減少離析，提高路面的抗彎拉強(qiáng)度，碎石的最大粒徑為26.5 mm，比水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定的31.5 mm，更為嚴(yán)格。

2.2 水泥品種的選擇及水泥的冬儲

水泥是混凝土的膠結(jié)材料，在很大程度上，混凝土強(qiáng)度取決于水泥質(zhì)量。經(jīng)過多次對比試驗(yàn)，北黑高速水泥混凝土路面采用強(qiáng)度高、干縮性小，抗磨性、耐久性和穩(wěn)定性好的哈爾濱水泥廠天鵝牌42.5#普通硅酸鹽水泥。

為克服三年決戰(zhàn)施工期水泥資源的緊缺，確保北黑高速公路水泥混凝土路面施工正常進(jìn)行，北黑項(xiàng)目經(jīng)理部路面施工水泥及時(shí)供應(yīng)，北黑指揮部把冬季備料工作重點(diǎn)放冬儲42.5#水泥上。采取四項(xiàng)有效措施:(1)提前完成預(yù)定水泥混凝土及基層配合比組成設(shè)計(jì);(2)水泥廠冬季備料水泥均要求廠家提高標(biāo)號。依據(jù)備料時(shí)間及備料數(shù)量及預(yù)計(jì)使用時(shí)間，與廠家聯(lián)系利用冬閑時(shí)間生產(chǎn)水泥提高1個(gè)等級標(biāo)號;(3)嚴(yán)格要求施工單位按時(shí)間根據(jù)冬季備料計(jì)劃建好冬儲水泥庫，增加儲藏量，及時(shí)下發(fā)文件指導(dǎo)項(xiàng)目部做好水泥垛底搭建、垛高層數(shù)、防潮、防空氣封閉水垛;(4)嚴(yán)格要求項(xiàng)目部按水泥進(jìn)場時(shí)間做好標(biāo)識，確保具有可追溯行適時(shí)檢驗(yàn)水泥各項(xiàng)指標(biāo)，確保水泥混凝土路面施工水泥質(zhì)量合格。2010年冬季備料完成路面標(biāo)段面層42.5#水泥年度計(jì)劃用量冬儲70%備料任務(wù)。

2.3 中粗砂

要求清潔、堅(jiān)硬、無雜質(zhì)的中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.5～3.0之間并應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定的級配。不滿足細(xì)度模數(shù)要求的粗砂應(yīng)過篩，確保過篩后的中砂細(xì)度模數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)。

2.4 水

凡符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)的水均可用于施工，如遇水質(zhì)成分復(fù)雜時(shí)必須進(jìn)行試驗(yàn)鑒定。

2.5 鋼筋

混凝土施工中用鋼筋的品種、規(guī)格應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。鋼筋應(yīng)順直，鋼筋外表有嚴(yán)重銹蝕、麻坑、裂紋夾砂和夾層等缺陷時(shí)，應(yīng)予剔除不得使用。

2.6 引氣劑選用及含氣量的控制

為保證水泥混凝土路面的抗凍性，水泥混凝土必須使用引氣劑，引氣量為4.5±0.5%。經(jīng)過對比試驗(yàn)，北黑指揮部選擇ZNY－1型液態(tài)高效緩凝性引氣減水劑，該引氣減水劑的優(yōu)點(diǎn)，一是拌和站液體外加劑混合均勻，劑量準(zhǔn)確;二是是引入的氣泡穩(wěn)定性高、氣泡平均直徑小、氣泡的級配致密，提高工作性與抗凍性;三是是保證混凝土的含氣量，能夠使混凝土的和易性、保水性、黏聚性增強(qiáng)，滿足路面滑模攤鋪混凝土各項(xiàng)技術(shù)要求;四是有效緩凝，滿足高溫季節(jié)施工的要求，降低坍落度損失，長距離運(yùn)輸之后仍保持良好和易性;五是減水率高，提高強(qiáng)度，節(jié)約水泥。

3 北黑高速水泥混凝土路面滑模攤鋪施工中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 設(shè)置傳力桿與DBI技術(shù)

(1)設(shè)置傳力桿與DBI技術(shù)的選擇

在東北地區(qū)，由于冬季溫度較低，水泥路面板將會收縮，骨料嵌擠作用幾乎會完全消失，傳荷能力也會完全喪失，從而造成水泥路面板的承載能力不足。因此在北黑高速水泥路面板中設(shè)置傳力桿具有特別重要的意義。DBI(Dowel Bar Insert)技術(shù)是利用傳力桿自動打入機(jī)械在滑模攤鋪機(jī)推進(jìn)過程中將傳力桿植入水泥混凝土路面中，能夠極大提高傳力桿的工作效率，降低人力成本，但同時(shí)其對施工工藝也有很高的要求。

(2)DBI施工技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

①水泥混凝土的坍落度的控制與及時(shí)調(diào)整，滿足在30～50 mm之間的技術(shù)要求;②傳力桿的表面處理，表面全部涂防銹漆，保證傳力桿在混凝土內(nèi)能自由滑動，避免應(yīng)力鎖死導(dǎo)致開裂;③避免傳力桿偏差過大，將造成傳荷能力降低和應(yīng)力鎖死;④DBI施工時(shí)標(biāo)記傳力桿位置，避免后續(xù)切縫引起的傳力桿偏差。

圖1 DBI技術(shù)施工示意圖

(3)施工過程注意細(xì)節(jié)

一是觀察DBI工作后傳力桿是否全部完全打入，如有傳力桿裸露在混凝土外，則在搓平梁搓平之前盡快拔除該傳力桿;二是傳力桿插入后，傳力桿周邊的混合料不能及時(shí)填補(bǔ)縫合，需要進(jìn)行人為的簡單修復(fù)處理;三是DBI施工后，應(yīng)適當(dāng)提高搓平梁的工作頻率，確保修復(fù)后混凝土面板的平整度和密實(shí)度。

3.2 路面平整度的提高和保證措施

(1)施工機(jī)械選型及配套

維特根SP850滑模攤鋪機(jī)攤鋪工藝合理，能夠滿足嚴(yán)格平整度要求的水泥混凝土路面滑模機(jī)械施工的要求，維特根SP850滑模攤鋪機(jī)施工水泥混凝土路面的工藝是用振搗棒組連續(xù)振動密實(shí)，擠壓底板壓實(shí)成型的工藝過程。該滑模攤鋪機(jī)攤鋪工藝過程包括雙向分料的螺旋或刮板布料器、可調(diào)節(jié)入料高度的松方控制板、安裝振搗棒組的(可調(diào)節(jié))振搗棒前傾角及超鋪角的不銹鋼擠壓底板、邊沿和中間縱縫的拉桿插入裝置，振動磋平梁、自動懸浮抹平板、自動傳力桿插入配件等。

(2)混凝土材料對平整度的影響

①滑模攤鋪對混凝土原材料的規(guī)格要求。

水泥混凝土路面的技術(shù)要求比基層高得多，為保證面層的平整度，對原材料的規(guī)格提出更高的要求，碎石的最大粒徑不能超過26.5 mm。

②嚴(yán)防麻面、拉裂對平整度的嚴(yán)重影響。

滑模攤鋪水泥混凝土路面要求新拌混凝土工作性穩(wěn)定。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)表明:新拌混凝土的振動粘度系數(shù)與攤鋪機(jī)行進(jìn)速度有最佳匹配關(guān)系。在攤鋪機(jī)的行進(jìn)速度為1～2 m/min時(shí)，路面混凝土密實(shí)度和平整度最好的最佳振動粘度系數(shù)為200～500 Pa·s左右，相應(yīng)最佳坍落在3～5 cm范圍內(nèi)。

③防止塌邊提高施工縱縫處的平整度。

攪拌混凝土的配合比要準(zhǔn)確，每盤之間和攪拌機(jī)之間攪拌出的拌和料工作性要盡量始終維持均勻恒定，穩(wěn)定不變，坍落度的誤差應(yīng)控制在0.5～1.0 cm。這樣才能提高縱向工作縫的橫向平整度和順直度。

(3)基層對平整度的影響

保證履帶行進(jìn)基層部位的平整度和堅(jiān)硬度。防止履帶打滑，附著力不夠，攤鋪機(jī)推不動前方混凝土，強(qiáng)制抬高底板標(biāo)高，使平整度丟失。其次，要清除履帶行進(jìn)部位的石頭、磚瓦，防止30～60 t的攤鋪機(jī)履帶壓在上面，瞬間被壓碎，攤鋪機(jī)整機(jī)突然振動，形成路面溝槽，喪失平整度。

(4)提高平整度應(yīng)規(guī)范施工操作

①保證基準(zhǔn)線精度并嚴(yán)禁撞線。

②將滑模攤鋪機(jī)各項(xiàng)工作參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)。

一是均勻分布混凝土料;二是調(diào)整松方控制板高度;三是調(diào)整好振搗棒間距、位置、振搗頻率及行進(jìn)速度，四是調(diào)整夯實(shí)桿位置及夯實(shí)頻率;五是調(diào)整好擠壓板的仰角、邊部超鋪角及側(cè)模板位置;六是調(diào)整好抹平板壓力。

③做好工作縫接頭處的平整度。

3.3 水泥混凝土路面滑模攤鋪施工切縫控制

(1)最佳切縫時(shí)機(jī)確定

最佳切縫時(shí)機(jī)與水泥混凝土強(qiáng)度發(fā)展過程密切相關(guān)，一般控制在250～300℃/h，過早會出現(xiàn)啃邊現(xiàn)象，過晚將導(dǎo)致路面的早期收縮不規(guī)則開裂。

北黑高速公路采用小型環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場溫度、風(fēng)速等氣象條件的變化對水泥混凝土路面切縫時(shí)機(jī)作出實(shí)時(shí)動態(tài)預(yù)測，為切縫施工技術(shù)人員提供切縫時(shí)間。

(2)切縫施工環(huán)節(jié)

施工現(xiàn)場應(yīng)多備用一套切縫機(jī)具，防止因機(jī)具故障延誤切縫時(shí)間。對于由于特殊原因，延誤時(shí)間時(shí)，要對混凝土板先進(jìn)行大塊切割，再逐塊切割的辦法。大塊切割指兩塊或三塊板一切，逐塊切割指再將切割后的大塊板按設(shè)計(jì)要求逐塊切割。盡可能早切縫，切縫深度應(yīng)達(dá)到板厚的1/4～1/5。切縫后及時(shí)用清水沖洗凈縫口水泥漿。

3.4 水泥混凝土路面滑模攤鋪表面構(gòu)造與刻槽技術(shù)

(1)表面處理工藝

良好的表明處理工藝能夠有效改善混凝土路面表面紋理，以增加抗滑性，降低輪胎與路面噪聲。在北黑工程中，攤鋪機(jī)采用自動抹平板裝置進(jìn)行抹面，以消除表面氣孔和石子移動帶來的缺陷。對表面少量局部麻面和明顯缺料部位，在擠壓板后或搓平梁前，最遲在抹平板前表面補(bǔ)充適量砂漿，由搓平梁和抹平板機(jī)械修整。抹平過的路面，必須再拖麻袋片處理，以獲得良好的構(gòu)造紋理。

(2)剛性刻槽

剛性刻槽是用金剛石鋸片除去硬化水泥混凝土路面表面淺層混凝土而形成良好的路表構(gòu)造的混凝土路表處理方式。剛性刻槽具有諸多優(yōu)點(diǎn):①既可以使混凝土路面獲得宏觀構(gòu)造，也能改善路面的微觀構(gòu)造;②能夠提高輪胎與路面的附著摩阻力;③能夠減少霧飄水濺，增加雨天能見度，減少反射眩光，改善夜間行車環(huán)境;④低速時(shí)，縱向刻槽的摩擦系數(shù)比橫向刻槽略高;高速時(shí)，橫向刻槽摩擦系數(shù)較高;⑤在彎道上，縱向刻槽改善行車的橫向穩(wěn)定性較好。對于多降雪的北黑高速增加車輛行駛安全性有著非常重要的意義。

圖2 混凝土路面表面處理工藝示意圖

圖3 混凝土路面表面剛性刻槽工藝示意圖

(3)剛性刻槽技術(shù)注意環(huán)節(jié)

一是在平面曲線路段盡量采用縱向刻槽技術(shù)，防止車輛在水平方向上滑移，提高安全性;二是最佳刻槽時(shí)間，一般路面強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)養(yǎng)28 d強(qiáng)度的40%(養(yǎng)生2～3 d之間)作為刻槽的最佳時(shí)間;三是相鄰面板在刻槽時(shí)保持槽溝連貫，施工時(shí)先劃出標(biāo)線或先掛線再施工，機(jī)械操作人員必須隨時(shí)控制機(jī)械，確保刻槽的順直。

3.5 水泥混凝土路面滑模攤鋪施工養(yǎng)生

養(yǎng)生是影響水泥混凝土路面鋪筑質(zhì)量中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，混凝土內(nèi)部微裂縫的產(chǎn)生主要集中在養(yǎng)生期，養(yǎng)生不當(dāng)時(shí)引起的水泥混凝土早期開裂，在施工環(huán)節(jié)中應(yīng)給予足夠的重視。

(1)養(yǎng)生的目的

通過阻止或補(bǔ)充水泥混凝土路面水分的喪失，使水泥混凝土處于較為理想的溫濕狀態(tài)，促進(jìn)其強(qiáng)度形成。

(2)養(yǎng)生的優(yōu)點(diǎn)

一是控制水泥混凝土路面板表面的水分散失情況;二是提高水泥混凝土路面板表面強(qiáng)度和耐久性;三是能有效預(yù)防水泥混凝土路面表面塑性收縮開裂的發(fā)生;四是提高水泥砼路面的抗凍融損壞能力;五是降低板表面的滲透性和化學(xué)反應(yīng)。

(3)養(yǎng)生方法

初期養(yǎng)生時(shí)，修邊及抹面完成后，應(yīng)以最快速度使用濕麻袋片進(jìn)行覆蓋并用噴壺均勻?yàn)⑺疂駶?中期養(yǎng)生使用雙層土工布，在切縫完成后立即進(jìn)行鋪設(shè)。必須派專人進(jìn)行巡檢，保證所有養(yǎng)生段落土工布覆蓋嚴(yán)密、潮濕。采用表面灑水養(yǎng)生，一直到28 d為止。養(yǎng)生注意灑水時(shí)間，早晨與傍晚為灑水的最佳時(shí)機(jī)，避免在中午氣溫高的時(shí)候?yàn)⑺?/p>

針對北黑高速特有的施工氣候條件，在溫度非常高的6～7月份采用白色土工布養(yǎng)生，而在夜晚溫度可能非常低的九、十月份采用黑色土工布養(yǎng)生，保證混凝土強(qiáng)度增長的溫度條件不會太高也不會太低，這對混凝土的長期性能的保證非常有好處。

4 結(jié)語

水泥混凝土路面的施工工藝和過程是非常復(fù)雜的，受多種因素的影響，遠(yuǎn)不是人們經(jīng)常認(rèn)為水泥混凝土路面易于施工?；備伡夹g(shù)作為一種更為先進(jìn)的混凝土路面施工工藝，在北黑路面工程中的應(yīng)用為我國寒區(qū)水泥路面施工過程質(zhì)量控制積累了經(jīng)驗(yàn)。相關(guān)課題的研究和施工工藝的提出為有效的減少板的早期開裂，提高路面平整度，降低養(yǎng)護(hù)維修成本，提高水泥混凝土路面長期服役性能做出了有意義的探索。

U416.216

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1008－3383(2011)12－0051－03

2011－09－11