水泥混凝土路面施工技術(shù)分析

高慶華 劉 亮

（浙江省交通運(yùn)輸科學(xué)研究院，浙江 杭州 31 1305）

0 引言

我國是一個(gè)幅員遼闊、疆域廣大的國家，不同地區(qū)擁有不同的自然條件，不同地區(qū)路面施工面臨著不同挑戰(zhàn)，因此要因地制宜，合理制定施工方案，進(jìn)而對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行有效控制。與其他類型路面不同，水泥混凝土路面具有穩(wěn)定性和耐久性，對(duì)重荷具有較大的承載力，適用于機(jī)場路、城市道路及高速公路建設(shè)。隨著我國交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，水泥混凝土路面工程發(fā)展迅速，作為路面工程中的重要部分，水泥混凝土路面施工技術(shù)也得到了很大程度提高，然而現(xiàn)階段混凝土路面施工仍面臨著許多棘手的問題，路面施工技術(shù)仍有待進(jìn)一步提高。

1 路面基層

路面基層是在墊層表面上分層鋪筑而成的層狀結(jié)構(gòu)，是路面結(jié)構(gòu)的承重層，對(duì)路面起穩(wěn)定作用，影響路面使用性能。研究發(fā)現(xiàn)，水泥混凝土面層受溫差影響易產(chǎn)生翹曲變形，由此產(chǎn)生與基層頂面的脫空現(xiàn)象。雨水從路面接縫或面層裂縫不斷滲入脫空層，使得滲水面層以下的基層材料吸水飽和，在車輛荷載反復(fù)作用下，基層與面層之間形成唧泥現(xiàn)象。在溫度交變、濕度交變，交通荷載等外界因素作用下，基層與面層之間脫空越發(fā)嚴(yán)重，水泥混凝土路面易產(chǎn)生斷板、斷角和碎裂等結(jié)構(gòu)性破壞[1-2]。

研究發(fā)現(xiàn)，水泥混凝土路面的早期病害與基層類型選擇不當(dāng)、路基不均勻沉陷等因素有關(guān)。目前國內(nèi)外水泥混凝土路面基層類型主要采用剛性基層、半剛性基層及柔性基層。我國多數(shù)采用半剛性基層，而此類型基層的主要缺點(diǎn)是抗?jié)B能力較差，易產(chǎn)生水泥混凝土路面錯(cuò)臺(tái)、板面脫空和斷裂現(xiàn)象[9-10]。

長安大學(xué)盛艷萍基于水泥混凝土路面基層的抗沖刷能力及剛度未在材料組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給出的定量指標(biāo)[3-4]。從半剛性基層材料的組成和設(shè)計(jì)出發(fā)，利用灰色系統(tǒng)理論分別建立半剛性基層材料的沖刷量和強(qiáng)度預(yù)測模型，提出與之相對(duì)應(yīng)的預(yù)測簡化式。確定了半剛性基層材料組成設(shè)計(jì)指標(biāo)，并推薦了設(shè)計(jì)指標(biāo)建議值。另外根據(jù)沖刷量和強(qiáng)度的灰色預(yù)測簡化式提出了針對(duì)抗沖刷能力的水泥混凝土路面半剛性基層材料組成設(shè)計(jì)方法。

長安大學(xué)廉向東[10]通過分析基層的長期性能評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)水泥混凝土路面的影響，采用灰色關(guān)聯(lián)分析理論，建立了相應(yīng)的預(yù)測模型，預(yù)測評(píng)價(jià)水泥混凝土路面基層長期性能。研究得出基層裂縫能夠破壞混凝土路面的整體性和連續(xù)性，通過設(shè)置功能層，能顯著減小面板最大拉應(yīng)力，路面的溫度應(yīng)力也呈減少趨勢。推薦了濕熱地區(qū)在不同交通等級(jí)下適用的路面基層類型。提出水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法需同時(shí)考慮基層和面層的疲勞性能。

2 路面面層

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，道路上機(jī)動(dòng)車數(shù)量增多，路面所受重載、超載現(xiàn)象普遍，這些變化造成水泥混凝土路面極易受損。因此有必要對(duì)水泥混凝土路面面層技術(shù)進(jìn)行研究。

楊義鋒[5]對(duì)層布式鋼纖維混凝土技術(shù)進(jìn)行研究，通過論述其應(yīng)用機(jī)理、比較優(yōu)勢，指出層布式鋼纖維混凝土是目前一種新型水泥混凝土路面施工材料，其抗抗彎強(qiáng)度和抗沖擊性較高，被廣泛用于公路工程中。研究表明層布式鋼纖維混凝土能夠提高水泥混凝土路面性能，延長路面壽命，其社會(huì)效益顯著。

李思李[6]等基于水泥混凝土路面因溫縮引起的面層與基層間脫空并導(dǎo)致層間接觸失效問題，分析水泥混凝土路面在長期使用下溫度場對(duì)其產(chǎn)生的影響。其對(duì)混凝土面層與不同基層層間的摩擦阻力變化規(guī)律進(jìn)行研究，利用臥式 MTS 模擬溫度變化速度下和溫度循環(huán)次數(shù)作用下層間接觸破壞方式，通過在基層面層間設(shè)置塑料膜、乳化瀝青、土工布等7 種材料進(jìn)行頂推試驗(yàn)，得出不同材料層間在不同條件下的層間摩阻力變化規(guī)律。

付智[7]等基于《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》中的新理念—高安全性、高耐久性，提出水泥混凝土路面整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化思路：在水泥混凝土表面設(shè)置磨耗功能層，板底增加隔離封層或緩沖封層，期望以此優(yōu)化混凝土路面結(jié)構(gòu)，延長路面實(shí)際使用壽命，提高行車安全性。

3 水泥混凝土路面施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備、配合比設(shè)計(jì)

開工前，建設(shè)單位組織各參與單位進(jìn)行技術(shù)交底，施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、合同、設(shè)備及工程條件編制施工工藝，另外施工單位對(duì)各技術(shù)人員進(jìn)行全面的組織培訓(xùn)，同時(shí)施工單位須對(duì)現(xiàn)場平面和高程控制樁進(jìn)行測量校核，確保測量符合相應(yīng)規(guī)范要求。

根據(jù)水泥混凝土路面等級(jí)要求選擇符合技術(shù)要求的原材料。要充分了解生產(chǎn)廠商，仔細(xì)核對(duì)各原材料的出廠合格證明、質(zhì)保單等，符合要求方可進(jìn)場。根據(jù)路面等級(jí)要求科學(xué)設(shè)計(jì)混凝土配合比，確保配合比工作性、穩(wěn)定性、耐久性符合技術(shù)要求。施工期間混凝土配合比應(yīng)根據(jù)氣候和運(yùn)輸距離等因素進(jìn)行質(zhì)量控制?？赏ㄟ^采用減水劑、引氣劑或其他外加劑對(duì)配合比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保持混凝土坍落度工作性滿足施工要求。實(shí)踐表明外加劑摻量是影響混凝土性能的重要因素，確定外加劑摻入量是十分必要的，外加劑摻入量經(jīng)現(xiàn)場混凝土試拌確定，最終選取符合工作性能要求的摻量作為摻入值。

3.2 攤鋪設(shè)備

水泥混凝土路面施工根據(jù)公路等級(jí)要求選取攤鋪機(jī)械設(shè)備，目前攤鋪機(jī)主要有滑模攤鋪機(jī)、軌道攤鋪機(jī)、三輥軸機(jī)組、小型機(jī)具及碾壓混凝土機(jī)械等。其中三輥軸機(jī)械主要由整平機(jī)及振搗機(jī)等組成，施工前前需預(yù)支模板，整個(gè)安裝主要由人工完成，三輥軸機(jī)操作簡單但鋪筑速度較慢，且要求人員配合良好，而人為因素對(duì)路面平整度影響較大，因此不適用于高等級(jí)公路，高等級(jí)公路一般采用滑模攤鋪機(jī)。目前，德國通過改進(jìn)振搗棒對(duì)滑模攤鋪機(jī)進(jìn)行升級(jí)，將縱向振搗棒改為T 型水平式振搗棒。胡師杰[8]等采用 Jewell 傾角計(jì)對(duì)滑模攤鋪機(jī)顛簸姿態(tài)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)短波顛簸波動(dòng)性，對(duì)其短波段的橫向顛簸進(jìn)行有效控制能提高路面的平整度。

3.3 路基、基層和封層的檢測與修整要點(diǎn)

現(xiàn)行規(guī)范要求路基要穩(wěn)定、密實(shí)、表面平整，對(duì)路面結(jié)構(gòu)具有均勻支承的作用，因此要對(duì)一些如填方、挖方、橋頭、軟基等進(jìn)行沉降距檢測，確保其穩(wěn)定。當(dāng)基層產(chǎn)生裂縫、凸起或碾壞等現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)采取適當(dāng)措施進(jìn)行有效的修復(fù)。采用重新鋪筑的方式修復(fù)時(shí)，修復(fù)材料需采用與基層相同的材料，設(shè)脹縫板橫向隔開，脹縫板應(yīng)和面層脹縫（縮縫）對(duì)齊。外界溫度梯度使得基層產(chǎn)生溫縮裂縫，其他水泥穩(wěn)定類基層易產(chǎn)生干縮裂縫，修補(bǔ)時(shí)通常采用瀝青密封，并在裂縫上覆蓋土工布、油氈等，覆蓋寬度及距裂縫最短距離應(yīng)滿足要求。為了與面層切合緊密，基層縱橫坡一般與面層一致，橫坡不得小于面層橫坡，一般可略大0.15%～0.20%。對(duì)于縱向裂縫，可增設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋網(wǎng)進(jìn)行基層穩(wěn)固，對(duì)于小面積破損，應(yīng)挖除破損材料，采用貧混凝土進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)于表面裸露的粗集料，宜采用瀝青封層進(jìn)行局部修復(fù)?？傊诖_?；鶎用軐?shí)、平整后方可進(jìn)行攤鋪工序。

3.4 混凝土施工技術(shù)

混凝土路面施工通常采用模板安裝技術(shù)，此技術(shù)既能保持路面厚度均勻，邊沿線整齊，還能保持路面外觀平整。混凝土模板安裝應(yīng)考慮后期面板的變形和漏漿問題，為了解決這一問題，采用支架對(duì)模板進(jìn)行穩(wěn)固，另外模板高度應(yīng)大于混凝土路面厚度。路面施工平整度受布料、傳力桿、擠壓、搓平梁、抹平板等影響，因此施工時(shí)混凝土布料應(yīng)均勻，路面中間施工時(shí)適度增加布料。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)搓平梁小于頂模板后沿的高程越大，搓平梁的擠壓搓平作用就越大，從而使得路面平整度越高。抹平板的板底壓力和縱向的擺動(dòng)影響路面平整度，施工過程中，技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)抹平板位置，校準(zhǔn)底板高程和機(jī)器行駛方向。攤鋪機(jī)調(diào)整好后可進(jìn)行混凝土施工，攤鋪機(jī)要保持速度勻速，混凝土坍落度要保持適宜，坍落度發(fā)生變化時(shí)需及時(shí)調(diào)整行駛速度，先調(diào)整振搗頻率，再控制行駛速度。

研究發(fā)現(xiàn)減緩攤鋪機(jī)施工行駛速度、加密基準(zhǔn)線樁距，其橫向顛簸降低，穩(wěn)定性好。攤鋪機(jī)自重、四履帶支反力越大的攤鋪機(jī)穩(wěn)定性越好。研究表明，縱坡坡度對(duì)路面施工質(zhì)量有相應(yīng)的，指出當(dāng)縱坡大于 1.5%時(shí)，施工宜沿著下坡方向進(jìn)行。保持混凝土的布料均勻性可有效降低其推料阻力，提高攤鋪效率。路面施工受擠壓頂板影響，擠壓頂板前張角不應(yīng)大于 15 度。施工時(shí)搓平梁和路面高程一致，但比擠壓底板略低一定高度。 研究發(fā)現(xiàn)分別在搓平梁兩個(gè)三等分點(diǎn)上安裝振搗器，可使傳力桿處的缺陷得到彌補(bǔ)，振搗傳力桿插入位置的混凝土并控制好傳力桿打入深度，振搗完成后停止作業(yè)。

3.5 路面修整、接縫處理

混凝土攤鋪出現(xiàn)溜肩、倒邊現(xiàn)象時(shí)可設(shè)置支撐側(cè)模，以便對(duì)凹陷處進(jìn)行及時(shí)修補(bǔ)。面板接頭處發(fā)生局部缺陷，使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行抄平并對(duì)缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，從而確保接頭順直?；炷谅访婵v縫通常采用平縫加拉力桿的方式，拉桿是將螺紋鋼筋布置在面板中間，縱縫線條應(yīng)平順，與面板垂直，與路面中線平行。橫縫依據(jù)其設(shè)計(jì)間距進(jìn)行布置。脹縫使得水泥混凝土面板在溫度升高時(shí)能自由伸展，從而消除因溫度極大變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。實(shí)踐證明，受水泥水化及溫差變化影響，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，混凝土面板極易產(chǎn)生裂縫，可通過設(shè)置脹縫減緩此類現(xiàn)象。

3.6 路面養(yǎng)護(hù)

混凝土路面因水泥水化熱及外部溫差變化影響容易產(chǎn)生裂縫，另外若混凝土澆筑后直接暴露于外界，其表面水分蒸發(fā)很快，過度失水使得水泥不能充分水化，從而引起混凝土表面出現(xiàn)片狀或粉狀脫落。因此混凝土施工完成后，要及時(shí)對(duì)路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驅(qū)嵤?，一般在混凝土表面修整完成后進(jìn)行，通常采用稻草、麻袋或其他覆蓋物覆蓋，氣溫高時(shí)灑水保持潮濕，養(yǎng)護(hù)期間禁止車輛通行，直到路面強(qiáng)度達(dá)到要求后方可開發(fā)交通。

4 結(jié)束語

隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，人們對(duì)混凝土路面性能的要求越來越高，因此對(duì)混凝土路面施工技術(shù)也提出了更高要求，現(xiàn)今混凝土路面施工受到各種因素綜合影響，因此可從不同角度對(duì)混凝土路面施工技術(shù)進(jìn)行研究，借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)。從混凝土配合比設(shè)計(jì)方面考慮通過優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)提高混凝土質(zhì)量，使得混凝土更具耐久性和施工工作性；從攤鋪設(shè)備方面考慮通過改進(jìn)攤鋪設(shè)備施工方式提高路面施工質(zhì)量，從施工工藝方面考慮通過改進(jìn)施工工藝提高路面施工效果。實(shí)際工程中，根據(jù)條件對(duì)混凝土施工技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，嚴(yán)格控制每一個(gè)施工環(huán)節(jié)，從而確保路面施工質(zhì)量水平達(dá)到理想要求。