特長隧道安全耐久性路面結(jié)構(gòu)研究

劉建偉，劉 海，朱曉斌

(山西省交通科學(xué)研究院黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原 030006)

特長隧道安全耐久性路面結(jié)構(gòu)研究

劉建偉，劉 海，朱曉斌

(山西省交通科學(xué)研究院黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原 030006)

為了解決特長隧道內(nèi)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工等問題，通過分析國內(nèi)外路面使用情況，結(jié)合特長隧道內(nèi)基層承載能力強(qiáng)、溫度梯度小等因素，提出了在隧道內(nèi)鋪筑耐久性好、結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)、行車舒適的連續(xù)配筋水泥混凝土路面.采用小型挖掘機(jī)輔助分幅施工、分層澆筑混凝土、鋼筋焊接網(wǎng)搭接施工，解決了隧道內(nèi)施工空間相對(duì)較小、下層混凝土振搗受鋼筋網(wǎng)影響、鋼筋現(xiàn)場(chǎng)綁扎帶來的一系列問題，表明鋼筋焊接網(wǎng)連續(xù)配筋混凝土路面可以作為特長隧道的一種主要路面結(jié)構(gòu)形式.

道路工程;特長隧道;連續(xù)配筋水泥混凝土路面;鋼筋焊接網(wǎng);耐久性

隨著我國公路交通事業(yè)不斷發(fā)展，高速公路逐漸覆蓋越來越多的山區(qū)，公路隧道修筑比例越來越大，部分高速公路橋隧比達(dá)到80%，連續(xù)隧道、特長隧道也屢見不鮮.自從秦嶺特長公路隧道建成以來，特長隧道在各省高速公路建設(shè)中相繼得到應(yīng)用，山西建成和在建的10 km以上的隧道就有3座.作為公路隧道服務(wù)功能體現(xiàn)的路面結(jié)構(gòu)就成了設(shè)計(jì)、施工中的一大課題.

從20世紀(jì)90年代起，我國開始進(jìn)行連續(xù)配筋水泥混凝土路面(Continuously Reinforced Concrete Pavement，CRCP)的應(yīng)用研究，部分應(yīng)用情況見表1.

表1 我國已建連續(xù)配筋混凝土路面情況

國外高速公路中大量采用了連續(xù)配筋混凝土路面.第一條CRCP于1921年出現(xiàn)在美國，現(xiàn)在該種路面的應(yīng)用已經(jīng)超過35個(gè)州，達(dá)4.8萬km(占水泥路面的30%).除美國外，CRCP在加拿大、澳大利亞、日本、法國、比利時(shí)、荷蘭、英國等國家也得到了廣泛應(yīng)用［1］.其中，法國從20世紀(jì)60年代開始大量修建，CRCP已經(jīng)超過550 km(單車道).比利時(shí)從1950年開始修建，在全長1 650 km的高速公路中，有650 km是水泥混凝土路面，其中主要是CRCP.CRCP已經(jīng)成為比利時(shí)重載路段常用的路面.

根據(jù)國內(nèi)外CRCP的應(yīng)用情況，在特長隧道中設(shè)計(jì)使用CRCP具有良好的應(yīng)用前景.筆者主要討論應(yīng)用鋼筋焊接網(wǎng)的連續(xù)配筋混凝土路面在特長隧道中的應(yīng)用［2］.

1 連續(xù)配筋混凝土路面概述

1.1 CRCP 的優(yōu)勢(shì)

連續(xù)配筋混凝土路面(CRCP)是在路面縱向連續(xù)配有足夠數(shù)量的鋼筋，以控制路面板縱向收縮產(chǎn)生的裂縫寬度和數(shù)量.同時(shí)，在橫向也配有一定數(shù)量的鋼筋來支撐縱向鋼筋.在施工時(shí)不設(shè)脹、縮縫(施工縫及構(gòu)造所需的脹縫除外)，形成一條完整而平坦的行車平面.CRCP 具有以下優(yōu)點(diǎn)［3－4］.

1)消除了橫向接縫，整體性和平整度好，行車平順舒適.

2)CRCP耐久性好，使用壽命長.如果設(shè)計(jì)、施工得當(dāng)，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用很少，雖然初期投資較高，但全壽命效益是經(jīng)濟(jì)合理的.

3)在路面內(nèi)增設(shè)了縱向和橫向鋼筋，控制了裂縫寬度，使得裂縫緊密閉合，減少了裂縫剝落，提高了裂縫處的傳荷能力.

CRCP與普通混凝土路面技術(shù)性能比較見表2.

表2 不同結(jié)構(gòu)混凝土面層技術(shù)性能比較

1.2 特長隧道采用CRCP的必要性

以往隧道路面多采用普通混凝土路面，這種路面設(shè)置橫縫和縱縫，不僅會(huì)增加混凝土路面施工的復(fù)雜性，而且易產(chǎn)生滲水、錯(cuò)臺(tái)等許多病害.加之平整度差、噪音大、行車舒適性差，特別是普通混凝土面板在重載行車條件下，使用3～5 a后會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)斷板、破碎病害，嚴(yán)重制約了混凝土路面的使用［5－7］.

基于隧道防火安全、施工時(shí)煙霧排放等因素，以往隧道還采用過復(fù)合式路面(瀝青路面+水泥路面)，該類路面也存在很大的弊端.

公路隧道特別是長大隧道水泥混凝土路面破損會(huì)嚴(yán)重影響高速行車的安全性，而隧道內(nèi)水泥路面換板修復(fù)本身也存在行車安全和施工問題，長大隧道內(nèi)新舊混凝土材料運(yùn)輸比較困難，新?lián)Q混凝土面板還存在養(yǎng)生期長、平整度更差等一系列問題.因此，隧道內(nèi)水泥路面采用CRCP已是當(dāng)務(wù)之急.

1.3 鋼筋焊接網(wǎng)在CRCP中的應(yīng)用

連續(xù)配筋水泥混凝土路面通常采用現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋的施工工藝，這種工藝施工進(jìn)度慢、綁扎質(zhì)量不易控制、布料有難度、網(wǎng)片下混凝土的振搗存在困難，造成工程質(zhì)量無法控制，未能在全國大量推廣應(yīng)用.

鋼筋焊接網(wǎng)片是工廠化生產(chǎn)，運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)可立刻投入使用，可先鋪一定厚度的混凝土，網(wǎng)片直接放置其上，再攤鋪剩余厚度路面，前后工序流水作業(yè)，既控制了網(wǎng)片質(zhì)量，又解決布料問題，還可充分振搗混凝土，成為高速公路水泥路面發(fā)展的重要技術(shù)措施，同時(shí)特別適合工作面較小的隧道路面施工.連續(xù)配筋現(xiàn)場(chǎng)綁扎和鋼筋焊接網(wǎng)片預(yù)制現(xiàn)場(chǎng)拼接兩種生產(chǎn)工藝性能比較見表3.

表3 連續(xù)配筋不同生產(chǎn)工藝比較

2 鋼筋焊接網(wǎng)CRCP的施工技術(shù)

特長隧道鋼筋焊接網(wǎng)連續(xù)配筋水泥混凝土面板施工工藝要點(diǎn)如下.

1)混凝土路面施工中應(yīng)嚴(yán)格保證施工質(zhì)量的穩(wěn)定性，混凝土質(zhì)量是否優(yōu)質(zhì)均勻?qū)⒅苯佑绊慍RCP的耐久性.在原材料優(yōu)質(zhì)均勻的前提下，嚴(yán)格控制坍落度，建議在30～50 mm.可適當(dāng)增加砂和減水劑，摻加引氣劑可提高混凝土耐久性.

2)混凝土在運(yùn)輸過程中要控制水分過多蒸發(fā).混凝土面板下層(2/3厚)混凝土數(shù)量大，宜采用自卸卡車運(yùn)輸，可將較小坍落度的混凝土直接卸料在模板內(nèi);上層(1/3厚)可采用小型挖掘機(jī)輔助布料.

3)模板.縱向模板一般采用與面板等厚度的槽鋼或其他特制模板，板中預(yù)留側(cè)向拉桿插入孔洞，模板配有錨固裝置.工作縫的橫向模板應(yīng)預(yù)留縱向鋼筋伸出孔洞，且宜選用上、下兩塊模板拼接.

4)澆筑下層(2/3厚)混凝土，可采用小型挖掘機(jī)和人工輔助自卸車作業(yè).混凝土振搗一般采用排式振搗器作業(yè).為使下層混凝土表面有更好的密實(shí)度和平整度，宜在打入縱向拉桿后用自制的振搗梁(寬度小于車道寬度20 cm)在下層混凝土表層平振一次，并控制標(biāo)高.

5)鋪鋼筋焊接網(wǎng)片.在已振搗整平的下層混凝土表面平鋪鋼筋焊接網(wǎng)片.當(dāng)鋪筑寬度≤5 m時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)焊接網(wǎng)可全寬一次鋪筑，采用工廠生產(chǎn)的網(wǎng)片，一般需左右兩幅拼接.焊接網(wǎng)接頭采用平搭接，接頭用人工綁扎或焊接，長度一般不小于25倍鋼筋直徑，且應(yīng)保證有一根縱(或橫)筋在接頭位置.

6)鋪筑上層(1/3)厚混凝土.采用攪拌罐車出料口鈄槽布料或卡車側(cè)向卸料、小型挖掘機(jī)輔以人力手推車布料.施工采用排式振搗器和三輥軸攤鋪組合(振搗器在橫向鋼筋位置依次提起)進(jìn)行混凝土面板振搗、初平和精平作業(yè).

7)抗滑構(gòu)造施工.微觀構(gòu)造一般在路面收水(無水光)后表面采用機(jī)械拖帶或人工拖拉粗帆布拖毛或以專用設(shè)備拉毛.宏觀抗滑構(gòu)造采用縱向刻槽工藝，刻槽的時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般按照200度時(shí)積控制.

8)養(yǎng)生.初期養(yǎng)生應(yīng)在混凝土初凝后采用覆蓋塑料薄膜或噴面養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)生，也可用覆蓋透水土工布灑水養(yǎng)生.

9)為防治路面在成型期產(chǎn)生干縮開裂，在面板刻槽和強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%以前，路面需常保持潮濕的后期養(yǎng)生狀態(tài)，并應(yīng)禁止車輛通行.混凝土面板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%(普通硅酸鹽水泥約14 d)后方可開放交通.

10)施工縫處理.橫向施工縫和縱縫采用平縫，在橫向施工縫位置增設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋.

11)端部處理.混凝土面板起、終點(diǎn)兩端分別連續(xù)設(shè)置3道脹縫(加設(shè)傳力桿).

采用模板法施工時(shí)，幅寬≤5 m的連續(xù)配筋混凝土面板可一次澆筑成型，施工工藝流程如圖1所示.

圖1 澆筑連續(xù)配筋混凝土路面施工工藝流程

3 應(yīng)用實(shí)例

2011年5月在山西榆平高速寶塔山隧道右線K19+535至K22+430鋪筑了連續(xù)配筋水泥混凝土路面，結(jié)構(gòu)形式為28 cm CRCP+15 cm貧混凝土基層+10 cm貧混凝土整平層.混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度為5 MPa，設(shè)計(jì)水灰比為0.37，砂率38%，水泥用量376 kg/m3，外加劑1%.縱向配筋率為0.61%，縱筋采用φ16 mm間距12.5 cm，橫筋采用φ12 mm間距50.0 cm.路面施工采用配有排式振搗器的三輥軸機(jī)組分超車道3.75 m和行車道4 m兩幅攤鋪.CRCP面層按鋼筋網(wǎng)片布置位置分兩層(下層19 cm+上層9 cm)進(jìn)行鋪筑，施工工藝可細(xì)分為:下2/3厚度卸料、攤鋪、振搗、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、上1/3厚度卸料、攤鋪、振搗、粗平、精平、拉毛、縱向刻槽.

施工過程主要控制混凝土坍落度、網(wǎng)片安置位置和綁扎，對(duì)混凝土分層兩次振搗保證混凝土密實(shí).嚴(yán)控原材料質(zhì)量和單位用水量，尤其每日開盤和雨后對(duì)料場(chǎng)的石料含水量進(jìn)行測(cè)定，及時(shí)調(diào)整用水量，保證每車混凝土到場(chǎng)坍落度為25～30 mm.

通過標(biāo)高控制，總結(jié)合理的松鋪厚度，保證下層混凝土攤鋪到位，對(duì)每一片網(wǎng)片都要量測(cè)其放置位置，保證連續(xù)網(wǎng)片保持在同一水平面上.

試驗(yàn)路鋪筑28 d后，對(duì)路面進(jìn)行鉆芯取樣發(fā)現(xiàn)，路面全厚度骨料均勻，網(wǎng)片位置合適，抗壓強(qiáng)度達(dá)到20 MPa.經(jīng)連續(xù)觀測(cè)，路面出現(xiàn)均勻的橫向裂縫，平均間距4 m，平均裂縫寬度0.2 mm.采用3 m直尺測(cè)量路面平整度，其值可以保持在2 mm左右，行車舒適性較普通水泥混凝土路面有較大提高.

4 結(jié)語

1)特長隧道路面建議采用連續(xù)配筋水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，該種路面較瀝青路面防火安全、施工無煙霧，較普通水泥混凝土路面無接縫、整體性好.

2)隧道內(nèi)空間不允許現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋網(wǎng)，應(yīng)采用工廠化生產(chǎn)的鋼筋焊接網(wǎng)，同時(shí)提高了網(wǎng)片質(zhì)量，改善了施工工藝，加快了施工進(jìn)度.

3)隧道內(nèi)路面采用小型挖掘機(jī)輔助攤鋪，實(shí)現(xiàn)了布料均勻;分層攤鋪可有效提高網(wǎng)片下混凝土的振搗密實(shí)效果，提高了混凝土路面整體施工質(zhì)量.

［1］虞文景，申俊敏.鋼筋焊接網(wǎng)在水泥路面中的應(yīng)用［J］.山西交通科技，2010(5):1－7.

［2］申俊敏，張翛，劉海.隧道水泥混凝土路面合理結(jié)構(gòu)分析［J］.山西交通科技，2011(5):12－15.

［3］曹東偉.連續(xù)配筋混凝土路面結(jié)構(gòu)研究［D］.西安:長安大學(xué)，2001.

［4］胡長順，曹東偉.連續(xù)配筋混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法研究［J］.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2001，1(2):56 －57.

［5］劉媛媛.重載高速公路水泥混凝土路面綜合處治技術(shù)研究［J］.山西交通科技，2010(1):45－47.

［6］劉少文，申俊敏，周玉民.山西運(yùn)煤專線水泥混凝土試驗(yàn)路結(jié)構(gòu)分析［J］.公路交通科技，2009，26(9):32－36.

［7］劉少文，申俊敏，周玉民.超重交通水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)分析［C］∥崔京浩.第18屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集第Ⅱ冊(cè).北京:工程力學(xué)雜志社，2009:500－504.

Research on Pavement Structure with Safety and Durability for Super Long Tunnel

LIU Jian-wei，LIU Hai，ZHU Xiao-bin
(Key Laboratory of Highway Construction＆ Maintenance Technology in Loess Region，Shanxi Provincial Research Institute of communications，Taiyuan 030006，China)

In order to solve the problem of design and construction of pavement structure in the super long tunnel，through the analysis of domestic and foreign road usage，combined with the factors of primary carrying capacity，small temperature gradient in the super long tunnel，the Continuously Reinforced Concrete Pavement(CRCP)is proposed，which has characteristics of better durability，strong structure integrity and driving comfort.Some construction processes of mini excavator auxiliary framing construction，layered pouring concrete and lap joint construction of welded steel have solved a series of problems of the relatively small space of construction，the lower concrete vibrators affected by the steel mesh，and reinforced scene lashing.So，CRCP with welded steel fabric can be used as a major road structure in super long tunnels.

road engineering;super long tunnel;Continuously Reinforced Concrete Pavement;welded steel fabric;durability

1002－5634(2012)03－0040－04

2012－03－16

山西省交通建設(shè)科技項(xiàng)目(11－2－19).

劉建偉(1982—)，男，山西原平人，助理工程師，碩士，主要從事路基路面工程方面的研究.

(責(zé)任編輯:喬翠平)