動(dòng)態(tài)稱(chēng)重傳感器埋設(shè)道路路面改造技術(shù)與質(zhì)量控制研究

周 琪

江蘇省南京市公路管理處，江蘇南京 210014

動(dòng)態(tài)稱(chēng)重傳感器，主要應(yīng)用于貨車(chē)不停車(chē)稱(chēng)重非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法系統(tǒng)、高低速超限檢測(cè)系統(tǒng)、計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)等領(lǐng)域。因其技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠的優(yōu)點(diǎn)被越來(lái)越廣泛使用。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于動(dòng)態(tài)稱(chēng)重傳感器路面硬化改造施工的技術(shù)要求、施工工藝、檢測(cè)方法等尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，主要還是靠施工方技術(shù)人員憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)制定施工方案、控制施工過(guò)程質(zhì)量。因技術(shù)人員在施工方面?zhèn)€體上的知識(shí)、現(xiàn)場(chǎng)工程經(jīng)驗(yàn)工程方面的差異加上各地的道路基礎(chǔ)條件不同，僅憑技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)是無(wú)法保證埋設(shè)的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重傳感器能夠經(jīng)受得住外場(chǎng)道路重載車(chē)輛成千上萬(wàn)次的反復(fù)碾壓后，仍能使其滿(mǎn)足應(yīng)有的稱(chēng)重精度。從大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況來(lái)看，因路面改造過(guò)程中施工方案不合理、施工工藝存在缺陷、檢測(cè)手段不到位、現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程質(zhì)量把控缺失等問(wèn)題導(dǎo)致完工后的動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)在投入運(yùn)行一段時(shí)間后短的不足1年、長(zhǎng)的不足3年就出現(xiàn)路面嚴(yán)重開(kāi)裂、滲水、基礎(chǔ)塌陷、傳感器無(wú)輸出信號(hào)等嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。

為避免出現(xiàn)上述情況的發(fā)生，必須從理論和實(shí)際的角度出發(fā)，研究這些質(zhì)量問(wèn)題的深層次原因，系統(tǒng)性的研究動(dòng)態(tài)稱(chēng)重傳感器安裝及路面改造的施工方案、施工工藝、過(guò)程質(zhì)量控制及工程驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，為指導(dǎo)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重傳感器的施工提供技術(shù)支撐，確保該系統(tǒng)的檢測(cè)精度和壽命符合預(yù)期。針對(duì)上述路面常見(jiàn)病害問(wèn)題，改造方案要遵循如下主要的原則：

（1）接縫。由于涉及兩種不同類(lèi)型的路面之間的銜接，連續(xù)配筋水泥混凝土半剛性路面與瀝青混凝土柔性路面的沉降需要在設(shè)計(jì)階段對(duì)兩者的沉降問(wèn)題需引起高度重視，施工階段需嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙施工，確保兩種路面銜接處長(zhǎng)期運(yùn)行不開(kāi)裂，過(guò)渡平整，沒(méi)有明顯的高差。

（2）傳感器埋設(shè)工藝處理。目前大多數(shù)稱(chēng)重傳感器都埋設(shè)在水泥混凝土路面上，埋設(shè)的主要工藝是路面放線(xiàn)、切槽、修整、灌膠（石英混合料）、定位、固化、打磨等工序，在整個(gè)工藝中石英混合料的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配與灌注非常重要，它決定著填封料的粘接強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，關(guān)系到傳感器投入使用后能否承受住成千上萬(wàn)的重載車(chē)輛的碾壓，并同時(shí)保持著與地面的相對(duì)位置不發(fā)生松動(dòng)現(xiàn)象。

1 稱(chēng)重系統(tǒng)檢測(cè)站點(diǎn)的路面性能技術(shù)要求

1.1 稱(chēng)重系統(tǒng)安裝站點(diǎn)的選擇

根據(jù)《江蘇省公路運(yùn)輸車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱(chēng)重檢測(cè)管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》地方標(biāo)準(zhǔn)，用于安裝稱(chēng)重系統(tǒng)的路段位置應(yīng)按照以下要求選擇：

（1）縱坡＜1%（最優(yōu)）或者縱坡＜2%（其次），并且在該區(qū)域內(nèi)保持縱坡不變。檢測(cè)手段有水準(zhǔn)儀，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（JTGF 80/1—2012）。

（2）橫坡＜3%。檢測(cè)手段有水準(zhǔn)儀，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（JTGF 80/1—2012）。

（3）曲率半徑＞1000m（直線(xiàn)段更優(yōu)）。檢測(cè)手段有全站儀。

（4）擬改造的瀝青混凝土路面的代表彎沉（每個(gè)車(chē)道沿汽車(chē)行駛方向間隔2m）≤[(10±2)單位：0.01mm]。檢測(cè)手段有落錘式彎沉儀，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：JTG E60—2008公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程。

（5）動(dòng)態(tài)稱(chēng)重區(qū)域的改造道路的路面平整度IRI指數(shù)需控制在0～1.3（m/km）范圍內(nèi)，橫斷面車(chē)轍控制在≤10±2mm。檢測(cè)手段有激光斷面儀。

2 檢測(cè)站點(diǎn)路面改造方案

2.1 改造道路的設(shè)計(jì)方案比選

道路的壽命及可靠性涉及設(shè)計(jì)、施工、過(guò)程質(zhì)量控制、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等全過(guò)程。為了能讓安裝稱(chēng)重傳感器的改造道路至少具有5年以上的無(wú)須大修周期，需要在設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)各階段提出有針對(duì)性的解決方案，方能實(shí)現(xiàn)五年期以上的道路使用壽命及可靠性保證。

2.2 改造道路的設(shè)計(jì)方案

2.2.1 連續(xù)配筋混凝土路面設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)軸載及路面設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)《江蘇省公路運(yùn)輸車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱(chēng)重檢測(cè)管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》地方標(biāo)準(zhǔn)，快速不停車(chē)超限檢測(cè)系統(tǒng)需滿(mǎn)足使用壽命≥3000萬(wàn)軸次，因此，按照3000萬(wàn)類(lèi)似軸載作為連續(xù)配筋混凝土路面的設(shè)計(jì)荷載。根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG_D40—2015），本項(xiàng)目交通荷載等級(jí)為特重交通，水泥混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度為5.0MPa，路面設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 連續(xù)配筋混凝土路面設(shè)計(jì)參數(shù)（MPa）

本項(xiàng)目結(jié)合老路基層頂要求驗(yàn)收彎沉為20（單位：0.01mm），根據(jù)公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范B.2.5.1換算水泥混凝土板底部老路頂面綜合當(dāng)量回填模量為931MPa。

（2）連續(xù)配筋混凝土路面板塊尺寸。本次設(shè)計(jì)采用連續(xù)配筋混凝土路面設(shè)計(jì)，原則上縱向29m范圍內(nèi)不設(shè)置橫縫和縱縫，板塊寬度為單向三車(chē)道（四車(chē)道）+硬路肩，一般取10.5m（0.5m路緣帶+2×3.75m行車(chē)道+2.5m硬路肩）或11m（0.5m路緣帶+2×3.75m行車(chē)道+3.0m硬路肩），長(zhǎng)度為29m、厚度28cm。

（3）連續(xù)配筋混凝土路面配筋設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目為特重交通，一般位于一級(jí)公路上，根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG_D40—2015）中表4-3，連續(xù)配筋混凝土面層厚度取28cm，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C40，縱向鋼筋采用HRB400螺紋鋼筋，縱向配筋率初步擬定為0.9%。

按照允許裂縫間距（≤1.8m）、縫隙寬度（≤0.5mm）和鋼筋屈服強(qiáng)度400MP進(jìn)行驗(yàn)算，本項(xiàng)目縱向鋼筋采用為Φ18的HRB400螺紋

鋼筋，間距10cm，橫向鋼筋采用Φ14的HRB400級(jí)螺紋鋼筋，放在縱向鋼筋下方，布置間距為0.40m?？v向鋼筋埋置深度為9cm?？v向鋼筋現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)度不夠時(shí)，進(jìn)行錯(cuò)縫布置焊接，方式如圖1所示，避免焊縫在同一條線(xiàn)上。圖中寬度僅為示意，現(xiàn)場(chǎng)按照路幅寬度確定。

圖1 連續(xù)配筋路面配筋布置圖

（4）連續(xù)配筋混凝土路面與原有老路面的接縫處理。該方案在2種不同的路面間增加了銜接段，較好地處理了不同板塊間的熱脹冷縮應(yīng)力作用及地基沉降問(wèn)題，但在實(shí)施中會(huì)帶來(lái)因是在原老路上改造，用于攤鋪銜接段的熱拌瀝青混合料用料較少，現(xiàn)場(chǎng)取材有難度的問(wèn)題。

圖2 接縫處理

2.3 連續(xù)配筋混凝土路面材料要求及施工

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JTG∕T F30-2014 公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則進(jìn)行施工。

2.3.1 原材料的技術(shù)要求

（1）水泥。水泥應(yīng)采用旋窖道路硅酸鹽水泥，3d齡期的抗壓強(qiáng)度不小于17.0MPa，抗折強(qiáng)度不小于4.5MPa。28d齡期的抗壓強(qiáng)度不小于42.5MPa，抗折強(qiáng)度不小于7.5MPa。

（2）集料。水泥混凝土集料公稱(chēng)最大粒徑不應(yīng)大于31.5mm（碎石）或19mm（卵石）。砂的細(xì)度模數(shù)不宜小于2.5。

2.3.2 施工技術(shù)要求

（1）施工前下承層檢查。施工前需進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量，首先需對(duì)所有基層的彎沉值進(jìn)行測(cè)定，確保不超過(guò)0.2mm，從而保障基礎(chǔ)層的模量驗(yàn)算數(shù)值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。若不滿(mǎn)足要求，應(yīng)至少換填20cm的5%水泥穩(wěn)定碎石。

（2）施工組織。連續(xù)配筋混凝土路面原則上整幅施工，除兩端外不設(shè)置橫縫和縱縫，即橫向整幅路面，縱向29m一次澆筑到位。

（3）立模。連續(xù)配筋混凝土路面板厚為0.28m，施工時(shí)采用0.28m模板。模板要求用水準(zhǔn)儀超平，高差不大于2mm，模板之間不得有離縫，模板與基層接觸處不得漏漿，內(nèi)側(cè)應(yīng)涂刷隔離劑。

（4）鋼筋的連接與定位?？v向鋼筋采用Φ18的螺紋鋼筋。雙面焊，焊接長(zhǎng)度0.12m。要求經(jīng)拉伸試驗(yàn)檢驗(yàn)，焊接強(qiáng)度合格。橫向鋼筋采用Φ14的螺紋鋼筋，間距0.4m，放置在縱向鋼筋下方，起支撐縱向鋼筋至設(shè)計(jì)位置的作用。縱、橫向鋼筋在基層上焊接綁扎完畢后，用預(yù)制的小鋼筋支架墊起至設(shè)計(jì)標(biāo)高，誤差0.01m。

鋼筋網(wǎng)應(yīng)提前一天綁扎完畢，綁扎長(zhǎng)度不小于第二天的混凝土澆筑長(zhǎng)度。

（5）澆筑混凝土面板?？紤]到每個(gè)承重點(diǎn)的澆筑量不是很大，建議整段一次澆澆注?；炷恋氖┕?yīng)滿(mǎn)足《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則》（JTG F30—2014）中的有關(guān)要求水泥混凝土的拌和、運(yùn)輸和攤鋪過(guò)程中具體要求如下：

混凝土混合料的級(jí)配應(yīng)符合目標(biāo)配合比及生產(chǎn)配合比的要求。水泥的用量不應(yīng)超過(guò)±1%，粗細(xì)骨料用量控制在±3%，水的用量控制在±1%。

每臺(tái)拌和樓在投入生產(chǎn)前，必須進(jìn)行標(biāo)定，并試拌正常。在攪拌過(guò)程中，投入攪拌機(jī)每盤(pán)的拌合物的數(shù)量，應(yīng)按混凝土施工配合比和攪拌機(jī)的容量計(jì)算確定，低溫或高溫天氣施工，拌合物出料溫度宜控制在10～35℃?；炷涟韬臀锩勘P(pán)的攪拌時(shí)間，應(yīng)根據(jù)攪拌機(jī)的性能和拌和物的和易性確定。

混凝土拌合物的運(yùn)輸宜采用自卸機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)輸，當(dāng)運(yùn)距較遠(yuǎn)時(shí)，宜采用攪拌運(yùn)輸。裝運(yùn)混凝土拌和物不應(yīng)漏漿，并防止離析。夏季和冬季施工，必要時(shí)應(yīng)有遮蓋或保溫措施。出料及鋪筑時(shí)的卸料高度不應(yīng)超過(guò)1.5m?；炷涟韬衔飶臄嚢铏C(jī)里出料后，直至澆注完畢允許最長(zhǎng)時(shí)間，由試驗(yàn)室根據(jù)水泥初凝時(shí)間及施工氣溫確定，需要符合的規(guī)定如表2所示。

表2 混凝土從攪拌機(jī)出料至澆注完畢的允許最長(zhǎng)時(shí)間

支立模板做到線(xiàn)型順直，與設(shè)計(jì)平面成垂直角度，并且需求模板支立的穩(wěn)固性，以防砼施工時(shí)砼跑模。在立模過(guò)程中用經(jīng)緯儀進(jìn)行二次定測(cè)校核，首先按10m樁測(cè)放立模基線(xiàn)，模板立好后對(duì)模板進(jìn)行二次檢測(cè)調(diào)整，完成后進(jìn)行加固，并逐一檢查支撐處，不能漏檢，同時(shí)對(duì)模板底縫接縫處進(jìn)行封堵，防止砼施工中漏漿。

攤鋪宜選配多功能滑模攤鋪機(jī)?；備佭^(guò)程中應(yīng)采用自動(dòng)抹平板裝置進(jìn)行抹面。對(duì)少量局部麻面或明顯缺料部位，應(yīng)在擠壓板后或搓平梁前補(bǔ)充適量拌合物，有搓平梁或抹平板機(jī)械修整。滑模攤鋪的混凝土在下列情況下，可用人工進(jìn)行局部修整。

① 用人工操作抹面抄平器，修整攤鋪機(jī)后表面的小缺陷，但不得在整個(gè)表面加薄砂漿層修補(bǔ)路面標(biāo)高。

② 對(duì)縱縫邊緣出現(xiàn)的倒邊、塌邊、溜肩現(xiàn)象，應(yīng)頂側(cè)模或在上部支方鋁管進(jìn)行邊緣補(bǔ)料修整。

③ 對(duì)起步和縱向施工接頭處，應(yīng)采用水準(zhǔn)儀抄平并采用大于3m的靠邊尺邊測(cè)邊修整。

（6）接縫的施工。原則上不應(yīng)設(shè)縫，當(dāng)由于不可抗力因素必須設(shè)縫時(shí)，橫向施工縫采用平縫，并以每延米增加3根1.2m的Φ18螺紋鋼筋（約是縱向鋼筋數(shù)量的50%），在原配縱筋中間每隔兩根增加一根加強(qiáng)鋼筋，要求施工縫處鋼筋在縫隙兩側(cè)涂上總長(zhǎng)不小于0.6m的防銹涂料。第二天開(kāi)工時(shí)要求將施工縫鑿毛以增加新老混凝土間的粘結(jié)。若施工縫處的混凝土振搗不足或質(zhì)量較差，要求用鋸縫機(jī)切除20cm左右，鋼筋下方的老混凝土也要求清除干凈。

縱向施工縫采用平縫，接縫處鋼筋用量增加1倍，即在原兩橫向鋼筋之間加入加強(qiáng)鋼筋，為鋼筋長(zhǎng)度1.2m，Φ14的螺紋鋼筋，要求施工縫處鋼筋在縫隙兩側(cè)涂總長(zhǎng)不小于0.6m的防銹涂料，另一幅路面施工時(shí)要求將施工縫鑿毛以增加新老混凝土間的粘結(jié)。若施工縫處的混凝土振搗不足或質(zhì)量較差，要求用鋸縫機(jī)切除20cm左右，鋼筋下方的老混凝土也要求清除干凈。

（7）混凝土板的養(yǎng)護(hù)?；炷涟逶谑┕ね戤吅?，應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)應(yīng)根據(jù)施工工地情況及條件，選用濕紙養(yǎng)護(hù)和塑料薄膜養(yǎng)護(hù)等方法。養(yǎng)護(hù)的時(shí)間應(yīng)根據(jù)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)情況而定，一般為14～21d。養(yǎng)護(hù)期滿(mǎn)方可將覆蓋物清除，板面不得留有痕跡。

（8）開(kāi)放交通及其他。① 當(dāng)攤鋪時(shí)遇雨或下層潮濕時(shí)，嚴(yán)禁進(jìn)行攤鋪工作，對(duì)未經(jīng)壓實(shí)即遭雨淋的混合料（已攤鋪）應(yīng)全部清除更換新料。② 混凝土板在養(yǎng)護(hù)期間和填縫前，應(yīng)禁止車(chē)輛通行。在達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的40%以后，方可允許行人通行。

2.4 過(guò)程檢驗(yàn)

對(duì)于施工過(guò)程中的水泥、鋼筋等材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣按批次抽檢，檢驗(yàn)指標(biāo)有水泥的抗壓強(qiáng)度、抗折、抗彎拉強(qiáng)度，鋼筋的直徑、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度等。具體的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和方法參照《水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)》（GB/T 17671—1999）、鋼筋焊接接頭試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 27—2014）、《金屬材料拉伸試驗(yàn)方法》（GB/T 228.1—2010）。

（1）水泥混凝土板質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，水泥混凝土的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 水泥混凝土的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

（2）鋼筋網(wǎng)質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。① 鋼筋、機(jī)械連接器、焊條等的品種、規(guī)格和技術(shù)性能應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和設(shè)計(jì)要求。

② 冷拉鋼筋的機(jī)械性能必須符合規(guī)范要求，鋼筋平直，表面不應(yīng)有裂皮和油污。

③ 受力鋼筋同一截面的接頭數(shù)量、搭接長(zhǎng)度、焊接和機(jī)械接頭質(zhì)量應(yīng)符合施工技術(shù)規(guī)范要求。

④ 鋼筋安裝時(shí)，必須保證設(shè)計(jì)要求的鋼筋根數(shù)。

⑤ 受力鋼筋應(yīng)平直，表面不得有裂紋及其他損傷。

鋼筋位置允許偏差如表4所示。

表4 鋼筋位置允許偏差

施工過(guò)程中的質(zhì)量控制可以采取以下措施：

① 對(duì)擬此次的水泥商品混凝土、鋼材等供貨商要求提供原料的場(chǎng)地、品牌、規(guī)格型號(hào)、產(chǎn)品許可證、合格證；并要求供貨商留樣；

② 送達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的原料采取隨機(jī)抽樣送第三方檢測(cè)，任意一次的抽檢不合格將終止供貨并相應(yīng)處罰。

3 路面驗(yàn)收方案（參照歐洲公路動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)指導(dǎo)文件中一級(jí)站點(diǎn)的路面標(biāo)準(zhǔn)）

（1）路面的承載能力檢測(cè)。使用落錘式彎沉儀沿各車(chē)道行駛方向中心線(xiàn)每隔4m測(cè)點(diǎn)，代表彎沉≤[(10±2)單位：0.01mm]判定合格。

（2）路面平整度檢測(cè)。使用激光平整度分別對(duì)各車(chē)道進(jìn)行平整度檢測(cè)，要求指標(biāo)為國(guó)際平整度指數(shù)IRI≤1.3(km/m）判定合格。

4 結(jié)語(yǔ)

在公路治超非現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法運(yùn)輸車(chē)輛動(dòng)態(tài)稱(chēng)重方面各省市道路運(yùn)營(yíng)、管理部門(mén)越來(lái)越多的使用埋設(shè)在道路之上的石英動(dòng)態(tài)稱(chēng)重傳感器。文章對(duì)埋設(shè)傳感器的道路路面改造提供了全套解決方案，為推廣使用高速不停車(chē)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)的普及起到指導(dǎo)和示范作用。