水泥穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層橫向施工縫支模施工技術(shù)研究

馬選業(yè)，王積達(dá)，陳全興，蔡乾東

(1.甘肅順達(dá)路橋建設(shè)有限公司，甘肅 蘭州 730050；2.陜西東道特種路面科技有限公司，陜西 西安 712000)

0 引言

目前，公路路面常用的半剛性基層結(jié)構(gòu)類型主要有水泥穩(wěn)定碎石、水泥穩(wěn)定砂礫及新型水泥穩(wěn)定鋼渣、再生集料等[1-3]，因其具有剛度大、強(qiáng)度高、水穩(wěn)定性好及造價(jià)合理等優(yōu)點(diǎn)，通常作為瀝青路面的基層或底基層使用，是我國(guó)半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)的主要承重層，也是公路路面的主導(dǎo)結(jié)構(gòu)形式[4-5]。

眾所周知，水泥穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層的施工縫是不可避免的，主要包括縱向接縫和橫向施工縫?？v向接縫是半幅施工時(shí)形成的縱向工作縫；橫向施工縫是每天或每個(gè)相鄰工作段之間的銜接部分，施工過程因故中斷時(shí)間大于2 h時(shí)，必須設(shè)置的橫向接縫[6-7]。水泥穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層施工縫的多少與混合料攤鋪?zhàn)鳂I(yè)方式有直接關(guān)系，傳統(tǒng)的雙機(jī)聯(lián)鋪、分層攤鋪(底基層、上下基層)施工方法，由于受攤鋪機(jī)及壓實(shí)機(jī)械性能的限制[8]，通常人為地形成大量縱向接縫、橫向施工縫，使結(jié)構(gòu)層難以形成一個(gè)整體，不同程度改變了結(jié)構(gòu)層受力狀態(tài)[9-10]。近年來，隨著超大型攤鋪機(jī)(9～12 m)、超級(jí)型攤鋪機(jī)(12 m以上)及重型碾壓設(shè)備的快速發(fā)展，水泥穩(wěn)定類混合料實(shí)現(xiàn)了全幅超厚(大于20 cm)攤鋪、一次成型(至少1臺(tái)39 t以上振動(dòng)壓路機(jī))施工作業(yè)，有效避免了傳統(tǒng)施工方法的不足，減少了施工工序、提高了作業(yè)效率，降低了施工成本，同時(shí)避免了縱向接縫問題[11-13]。但是，水泥穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層不可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)不中斷的施工作業(yè)，每天或相鄰作業(yè)段銜接處的橫向接縫是施工現(xiàn)場(chǎng)必須面臨的問題。我國(guó)現(xiàn)行《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20—2015)中，關(guān)于每天最后一段的施工縫規(guī)定為：在已碾壓完成的無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料層末端，挖1條橫貫鋪筑層全寬約300 mm的槽直至下承層頂面，與路中心線形成垂直且垂直向下的斷面，并放置兩根與壓實(shí)厚度等厚、長(zhǎng)為全寬一半的方木緊貼垂直面；用原挖出的材料回填槽內(nèi)其余部分，第2天鄰接作業(yè)除去方木，用新混合料回填、整平及壓實(shí)[14]。大量工程實(shí)踐證明，這種傳統(tǒng)末端放置方木、延長(zhǎng)鋪筑長(zhǎng)度及回填鏟除的橫向接縫處理方法，施工效率相對(duì)低下，人工處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，混合料浪費(fèi)嚴(yán)重，接縫處容易出現(xiàn)平整度差、碾壓不密實(shí)、結(jié)構(gòu)不完整等問題。通常，橫向施工縫是最容易被忽視的薄弱環(huán)節(jié)，若處理不當(dāng)，將直接影響整個(gè)路面行駛質(zhì)量及路用性能。

綜上所述，為提升水泥穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層橫向施工縫施工工程質(zhì)量及路面結(jié)構(gòu)完整性，本研究利用立模施工技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過在水泥穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層鋪筑作業(yè)段的兩端設(shè)置橫向支撐模板和壓路機(jī)爬坡裝置，提出橫向施工縫設(shè)置、施工裝置制作、工藝流程、操作要點(diǎn)及施工質(zhì)量控制方法，旨在為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的橫向施工縫精細(xì)化施工提供一項(xiàng)新的解決途徑，進(jìn)而達(dá)到提質(zhì)增效的目的。

1 工藝原理與方法

1.1 工藝原理

水泥穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層立模施工工藝的原理相對(duì)簡(jiǎn)單，即在攤鋪前安裝經(jīng)準(zhǔn)確測(cè)量放樣的鋼模板，使混合料在壓路機(jī)碾壓作用力下不向邊側(cè)推移，從而提高邊部的壓實(shí)度，使結(jié)構(gòu)更加完整密實(shí)，并減少水泥穩(wěn)定混合料浪費(fèi)，拆模后使結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)密實(shí)完整，線形更加順直、美觀[15]。橫向施工縫支模施工技術(shù)則是在利用現(xiàn)有縱向立模施工工藝的基礎(chǔ)上，通過在鋪筑作業(yè)段起終端部安裝橫向支撐側(cè)模與壓路機(jī)爬坡裝置而形成的精細(xì)化施工技術(shù)，其施工裝置與工藝原理如圖1所示。

圖1 橫向施工縫支模施工裝置與工藝原理示意圖

在橫向施工縫支模施工裝置中，利用縱橫向側(cè)模的固定及支撐作用，使接縫部位的水泥穩(wěn)定類混合料攤鋪到位、填充飽滿，避免結(jié)構(gòu)松散、塌邊及脫空現(xiàn)象，不用裁除多余端頭，不產(chǎn)生廢料與環(huán)境污染問題；縱、橫向支撐模板形成的有側(cè)限約束力，使水泥穩(wěn)定混合料碾壓時(shí)不會(huì)出現(xiàn)推移，碾壓后混合料更加密實(shí)，保證了橫向接縫部位的結(jié)構(gòu)厚度與壓實(shí)度；橫向支撐側(cè)模的支撐作用，使接縫部位的水泥穩(wěn)定混合料在碾壓作用下形成密實(shí)的垂直斷面，確保作業(yè)段之間形成垂直的平接縫；縱向、橫向兩側(cè)設(shè)置的壓路機(jī)爬模裝置，保障了壓路機(jī)進(jìn)出安全，避免縱橫向支撐模板出現(xiàn)位移，同時(shí)擴(kuò)大了邊部碾壓作業(yè)范圍，使接縫部位實(shí)現(xiàn)縱、橫向無死角全域碾壓，保障接縫處碾壓密實(shí)、平順一致；橫向施工縫的垂直斷面處均勻?yàn)⒉妓鄡魸{，增強(qiáng)了接縫處黏結(jié)強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)層的整體性及耐久性。

1.2 裝置制作

(1)支撐側(cè)模的制作

縱向、橫向支撐側(cè)模采用國(guó)標(biāo)20 a槽鋼材料加工，如圖2所示?？v向、橫向支撐側(cè)模的長(zhǎng)度不小于3 m，槽鋼高度與壓實(shí)厚度保持一致，每隔1.5 m加工1個(gè)側(cè)向支撐點(diǎn)；槽鋼與地面固定采用六棱鋼釬和梯形鋼板(厚度8 mm、長(zhǎng)35 cm)連接，槽鋼與梯形鋼板采用圓鋼套管連接，確保圓鋼能夠自由活動(dòng)，圓鋼與六棱鋼釬均采用直徑20 mm標(biāo)準(zhǔn)件。

圖2 縱、橫向支撐側(cè)模結(jié)構(gòu)圖

(2)壓路機(jī)爬坡裝置

壓路機(jī)爬坡裝置采用槽鋼與直徑φ20螺紋鋼加工而成，如圖3所示。爬坡裝置側(cè)向呈三角形狀，裝置的寬1.5 m，斜坡長(zhǎng)0.6 m。斜坡坡面采用螺紋鋼以0.1 m等間距焊接，保證中間部位支撐牢固，防止變形。

圖3 壓路機(jī)爬坡裝置結(jié)構(gòu)圖

1.3 施工方法

橫向施工縫設(shè)置時(shí)，橫縫應(yīng)與路面車道中心線垂直，并豎向垂直于基層表面，避免結(jié)構(gòu)層上下形成通縫，相鄰兩幅及上下基層的橫向接縫應(yīng)錯(cuò)開1 m 以上[16]，橫向施工縫支模施工工藝流程如圖4所示。

圖4 橫向施工縫支模施工工藝流程

施工時(shí)，首先在作業(yè)段起點(diǎn)位置先支設(shè)縱橫向支撐側(cè)模，攤鋪機(jī)就位后進(jìn)行正常攤鋪?zhàn)鳂I(yè)；在作業(yè)段末端，待攤鋪結(jié)束且攤鋪機(jī)移出后，現(xiàn)場(chǎng)快速支設(shè)橫向支撐側(cè)模，使橫向支撐側(cè)模內(nèi)側(cè)緊貼新鋪筑的混合料，人工立即填補(bǔ)側(cè)模邊部混合料，快速進(jìn)行整平處理；相鄰作業(yè)段鋪筑前，在側(cè)模處10 cm范圍內(nèi)及平接的垂直斷面均勻?yàn)⒉妓酀{；同時(shí)，在縱、橫向支撐側(cè)模外側(cè)分別放置長(zhǎng)度不小于3 m的壓路機(jī)爬坡裝置，按照先橫向碾壓、再縱向碾壓的順序使混合料成為一體。碾壓結(jié)束后，將縱橫向壓路機(jī)的爬坡裝置移出，采用透水土工布覆蓋、全斷面?zhèn)葒婌F化灑水裝置進(jìn)行橫向施工縫的養(yǎng)生，養(yǎng)生24 h后方可拆除縱橫向支撐側(cè)模。以此類推，完成水泥穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層施工范圍所有橫向施工縫的精細(xì)化施工。

2 施工控制要點(diǎn)

2.1 施工準(zhǔn)備

水泥穩(wěn)定類混合料所用材料及配合比應(yīng)符合《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F20—2015)相關(guān)要求。橫向施工縫支模施工技術(shù)除正常施工所配機(jī)械設(shè)備及小型機(jī)具外，需要提前制作不少于4套橫向支撐側(cè)模、壓路機(jī)爬坡裝置及六棱鋼釬等固定機(jī)具，配備必要的攤鋪厚度、壓實(shí)度、平整度、高程測(cè)量等儀器。施工段落及橫向施工縫位置布設(shè)合理，確保施工連續(xù)性，避免施工待料、中斷現(xiàn)象。

2.2 操作要點(diǎn)

(1)在施工段落起點(diǎn)處進(jìn)行放樣定位，掛線支設(shè)端部橫向支撐側(cè)模。橫向支撐側(cè)模采用六棱鋼釬固定，必須保證模板牢靠、穩(wěn)定，無錯(cuò)臺(tái)、且斷面線形順直，高程滿足設(shè)計(jì)厚度要求。

(2)加強(qiáng)橫向施工縫處水泥穩(wěn)定混合料攤鋪厚度及均勻性控制，可有效預(yù)防接縫處出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)、松散現(xiàn)象[17-18]。攤鋪機(jī)就位后，熨平板下方需要鋪設(shè)墊塊，通過調(diào)整墊塊高度精確控制攤鋪厚度，墊塊高度=松鋪系數(shù)×結(jié)構(gòu)厚度(如松鋪系數(shù)1.3×結(jié)構(gòu)厚度20 cm=26 cm)；墊塊安裝穩(wěn)定及松鋪厚度檢查合格后，方可進(jìn)行水泥穩(wěn)定混合料的攤鋪。攤鋪時(shí)，攤鋪機(jī)保持勻速前進(jìn)，使橫向支撐側(cè)模內(nèi)的水泥穩(wěn)定混合料均勻一致、填充飽滿，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)需安排專人進(jìn)行必要的人工填補(bǔ)與修整。

(3)橫向施工縫立模施工，可以避免接縫處混合料出現(xiàn)塌邊、漏壓或壓實(shí)不到位問題，使攤鋪厚度與線形得到有效保障[19]。橫向施工縫支模施工碾壓時(shí)，當(dāng)正常攤鋪?zhàn)鳂I(yè)長(zhǎng)度不小于3 m后，在縱、橫向支撐側(cè)模外側(cè)立即放置壓路機(jī)爬坡裝置，壓路機(jī)先沿爬坡裝置進(jìn)入作業(yè)面，然后再按照先橫向、后縱向的順序進(jìn)入完成碾壓作業(yè)。碾壓時(shí)，先由雙鋼輪壓路機(jī)(12～20 t)從作業(yè)面橫向通過爬坡裝置進(jìn)入完成橫向碾壓，碾壓速度1.2 m/min左右，沿橫向支撐側(cè)模的邊部穩(wěn)壓不少于2遍；緊接著由振動(dòng)壓路機(jī)(20～26 t)縱向倒退進(jìn)入完成縱向碾壓，碾壓速度1.8 m/min左右、重疊1/3輪寬，依次由低向高振動(dòng)碾壓不少于3遍。為加強(qiáng)橫向接縫處混合料粘結(jié)，新舊縫10 cm范圍內(nèi)及平接垂直斷面處，需要均布水泥漿；新舊接縫部位銜接施工時(shí)，必須進(jìn)行橫向、縱向碾壓，保證接縫處混合料密實(shí)、平順一致，不得出現(xiàn)松散、錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。起始端橫向接縫部位碾壓完成后，壓路機(jī)必須沿爬坡裝置倒退在起點(diǎn)處掉頭后，然后重新進(jìn)入作業(yè)面進(jìn)行主線大面積施工的碾壓作業(yè)。

(4)遵照“全面覆蓋、定期灑水、保濕養(yǎng)生”的養(yǎng)生原則，養(yǎng)生期間嚴(yán)禁水泥穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)干縮、溫縮類早期裂縫[20]。橫向施工縫碾壓結(jié)束后，立即采用透水土工布進(jìn)行覆蓋，透水土工布的搭接處每2～5 m放置預(yù)壓沙袋防風(fēng)，避免結(jié)構(gòu)層水分損失。養(yǎng)生期間，采用全斷面?zhèn)葒婌F化養(yǎng)生裝置定期補(bǔ)水，使結(jié)構(gòu)層表面始終保持濕潤(rùn)狀態(tài)直至滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

(5)養(yǎng)生期間封閉交通，設(shè)立養(yǎng)生區(qū)域、安全封閉等防護(hù)告示牌，并安排專人巡邏維護(hù)。

2.3 質(zhì)量控制

水泥穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層橫向施工縫支模施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收方法，應(yīng)符合《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTGF80/1—2017)的相關(guān)要求，施工過程質(zhì)量控制與檢查方法如表1所示。

表1 橫向施工縫支模施工過程質(zhì)量控制與檢查要點(diǎn)

3 工程應(yīng)用與效益分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)分析

依托G75渭源至武都段路面第四合同段路面工程，水泥穩(wěn)定碎石底基層、基層橫向施工縫分別采用了傳統(tǒng)立木裁切工藝、橫向施工縫支模施工技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)選取30處代表性檢測(cè)斷面進(jìn)行對(duì)比分析，橫向接縫處的芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、壓實(shí)度代表值分別如表2、表3所示，平整度平均值如表4所示?？梢钥闯觯c傳統(tǒng)立木裁切工藝相比，采用橫向施工縫支模施工技術(shù)，接縫處的壓實(shí)度得到了改善，芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高20%，這與接縫處灑布水泥漿及側(cè)模形成的有側(cè)限碾壓息息相關(guān)；同時(shí)，接縫處的平整度較傳統(tǒng)立木裁切工藝提高58.8%，縱橫向支撐側(cè)模保證了接縫處鋪裝層高程，避免混合料碾壓時(shí)出現(xiàn)推移、塌邊問題，再者壓路機(jī)爬坡裝置、縱橫向碾壓工藝對(duì)提升接縫處的平整度也發(fā)揮著積極作用。

表2 橫向施工縫芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

表3 橫向施工縫壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

表4 橫向施工縫平整度檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

依托G75渭源至武都段路面第四合同段水泥穩(wěn)定碎石施工，底基層、上下基層單幅施工里程113.441 km，單幅單側(cè)施工進(jìn)度約600 m/d，橫向施工縫達(dá)298處(含橋頭)。橫向施工縫不同施工方法的主要成本核算如表5所示，可以看出，2種不同施工方法的人工成本相當(dāng)，橫向施工縫支模施工最大優(yōu)勢(shì)可直接節(jié)約廢棄材料及運(yùn)輸成本達(dá)42.88萬(wàn)元，綜合施工成本節(jié)約達(dá)93.6%，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。

表5 橫向施工縫不同施工工藝主要成本

3.3 不同工藝特點(diǎn)

水泥穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層橫向施工縫不同施工工藝技術(shù)特點(diǎn)如表6所示，橫向施工縫支模施工技術(shù)雖然受限于立模施工，但是綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì)十分明顯，符合路面施工精細(xì)化及標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展方向。

表6 橫向施工縫不同施工方法的對(duì)比

4 結(jié)論

(1)橫向施工縫支模施工在縱橫向支撐側(cè)模的固定、有側(cè)限約束力及縱橫向全域碾壓作用下，使橫向接縫部位形成密實(shí)的垂直斷面，各作業(yè)段之間可以形成垂直的平接縫，平接縫處均勻?yàn)⒉妓酀{進(jìn)而增強(qiáng)了接縫黏結(jié)強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)層的完整性，避免了接縫處混合料出現(xiàn)推移、塌邊、脫空及錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象；與傳統(tǒng)立木裁切工藝相比，橫向接縫處的壓實(shí)度得到了改善，芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度提高20%，平整度提高58.8%；同時(shí)可直接節(jié)約廢棄材料、材料運(yùn)輸?shù)染C合施工成本達(dá)93.6%，提高了施工效率，達(dá)到了提質(zhì)增效的目的，為無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層橫向施工接縫的精細(xì)化處理提供了一條可行的技術(shù)解決途徑。

(2)橫向施工縫支模施工時(shí)，施工縫設(shè)置應(yīng)與路面車道中心線垂直，并豎向垂直于基層表面，同時(shí)避免結(jié)構(gòu)層上下形成通縫，相鄰兩幅及上下基層的橫向施工縫應(yīng)錯(cuò)開1 m以上。對(duì)于橋隧比例大、交叉不連續(xù)作業(yè)、施工縫較多的路段，原則上應(yīng)布設(shè)在路基與橋涵結(jié)構(gòu)物的銜接處，盡量減少人為或因施工中斷造成的不必要橫向施工縫；山區(qū)路段采用橫向施工縫支模施工時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形地貌及作業(yè)環(huán)境，加強(qiáng)縱橫向支撐側(cè)模、壓路機(jī)爬坡裝置的穩(wěn)定性檢查，確保有效作業(yè)空間與現(xiàn)場(chǎng)施工安全。

(3)采用橫向施工縫支模施工后，各作業(yè)段之間的平接縫處界面力學(xué)特征、長(zhǎng)期路用性能有待進(jìn)一步開展觀測(cè)與理論研究。今后推廣過程中，將立模施工與全幅超厚攤鋪一次成型技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)整合應(yīng)用，不僅可以減少橫向施工縫數(shù)量，而且對(duì)提升水泥穩(wěn)定類結(jié)構(gòu)層的完整性、耐久性具有重要現(xiàn)實(shí)意義。