滑模施工人工精平方法改進研究

生 宸

(山東省公路設(shè)計咨詢有限公司,山東 濟南 250102)

1 人工抹平次數(shù)對平整度的影響

1.1 原材料的選擇

本研究依托于廣西壯族自治區(qū)三江至柳州高速公路施工,其配合比、原材料的選用均采用施工現(xiàn)場數(shù)據(jù),實驗路段配合比見表1。

表1 試驗路段水泥混凝土材料配合比

原材料中水泥采用興安海螺P·O 42.5水泥,礦粉采用柳州臺泥S95級礦渣粉,砂采用融水三防鎮(zhèn)砂場出產(chǎn)的河砂,碎石采用融安四眉石料場生產(chǎn)的碎石料,外加劑采用山西金凱奇建材有限公司JMFDN-1萘系高效減水劑,水采用當?shù)仫嬘盟２捎蒙鲜霾牧吓浔瘸龅幕炷撂涠瓤刂圃?0 mm左右。所用原材料均有產(chǎn)品合格證及化驗單,配合比等均滿足國家規(guī)范的要求。

1.2 試驗方案的制定

本研究重點為人工收面方式的不同對路面平整度的影響,為盡量避免隨機因素的影響,在該高速項目同一天采用滑模攤鋪機所鋪筑的水泥混凝土路面中選擇了直線路段上的100 m長路面進行試驗,具體安排如下。

(1)超級抹平器抹平后不進行人工收面的路段20 m,共1段。

(2)超級抹平器抹平后采用3 m抹子從道路兩側(cè)同時進行收面(收面區(qū)域不重疊)的路段20 m,按收面次數(shù)1～4次共分4段。

(3)工人使用的3 m抹子為不銹鋼材質(zhì),試驗路段鋪筑時工人不換班,并在每精平完一路段后允許適當?shù)男菹ⅰ?/p>

試驗路段鋪筑結(jié)束12 h左右對上述5段試驗路段進行平整度測試。鑒于此時混凝土路面強度不夠,無法采用車載式激光平整度儀進行測定,故采用3 m直尺塞尺進行讀數(shù)。測試時每條試驗路段的每個車道的每個輪跡測3尺,每條試驗路段共計測點12尺,記錄完整數(shù)據(jù)。

1.3 試驗數(shù)據(jù)的處理及分析

經(jīng)過上述試驗后可得到當雙側(cè)收面時精平次數(shù)與其空隙量之間的關(guān)系曲線,見圖1。

圖1 雙側(cè)收面次數(shù)對空隙量影響

可見當新鋪水泥混凝土路面不進行人工抹平時,其平整度很差(一般3 m直尺檢測平整度要求其所測值小于3 cm),均值超過了3 cm,可見我國高等級水泥混凝土路面修筑時采用人工精平抹面是必須的。

不同人工收面次數(shù)所應(yīng)對空隙量降低率見表2?？梢姰斎斯ぞ揭淮螘r,路面3 m直尺自檢空隙均值較不收面提高了近60%,但隨著精平次數(shù)的增加,精平的效果開始下降,當次數(shù)達到3次時,人工精平已基本和不收面相差不大,超過四次時人工收面對新鋪路面的平整度反而起到了負面作用[4]。依據(jù)試驗結(jié)果,可認為滑模攤鋪施工時路面成型后人工精平2～3次方能達到最佳的效果。

表2 多種收面次數(shù)后空隙量降低率

2 控制不同坍落度時人工收面方式對平整度的影響

施工過程中人工精平的效果與水泥混凝土材料的和易性有關(guān),其中影響和易性的主要指標為混凝土坍落度。坍落度較低的水泥混凝土出漿量較少導致人工精平難度較大,易使成本增加。坍落度較高的水泥混凝土一般具有較厚的砂漿層且振動出漿量較多[5],利于人工精平,但坍落度過大易導致立模特性不夠,造成塌邊,不利于路面成型及養(yǎng)護。

試驗中仍采用上文所用混凝土配合比,通過調(diào)節(jié)其外加劑摻量得到坍落度分別為10、20、40、60、100 mm的5組混凝土材料進行試驗。根據(jù)上文的結(jié)論可知,當水泥混凝土材料的坍落度控制在20 mm以下時人工收面3次的平整度效果最佳。本節(jié)試驗控制人工收面的方式為雙側(cè)收面3次,采用上述不同坍落度的混凝土材料成型試驗路段5個,試驗數(shù)據(jù)的采集與處理仍采用上述空隙均值的測量分析方法,試驗結(jié)果見圖2。

圖2 相同人工抹平次數(shù)下坍落度與3 m尺空隙量關(guān)系

可見當人工精平次數(shù)控制在三次時坍落度為10 mm時的空隙量均值為2.50 cm,當混凝土材料坍落度增大到20 mm時,其空隙量均值減小到2.34 cm,有明顯的減小趨勢,但當坍落度增加到40 mm以上時,其空隙均值開始增大,當坍落度達到100 mm時其空隙量均值達到了2.62 cm,已經(jīng)明顯高于坍落度10 mm時的空隙量均值。

由此可見,當水泥混凝土路面施工坍落度大于40 mm時,人工收面時可能需要增加精平次數(shù)以達到更好的平整度。為驗證該結(jié)論,針對混凝土坍落度為100 mm的新鋪路面選擇了3個試驗路段再次進行試驗。此路段人工精平次數(shù)分別控制為雙側(cè)4、5、6次,試驗數(shù)據(jù)的采集與處理方法與前文相同,試驗結(jié)果見圖3。

圖3 坍落度100 mm時人工精平次數(shù)與空隙量均值關(guān)系

可見當坍落度為100 mm時,需經(jīng)過5次人工精平方可得到最低的空隙均值。綜合圖2、3可知當混凝土坍落度變大時,人工抹平次數(shù)應(yīng)適當增加。但一般高等級水泥混凝土路面采用的混凝土材料坍落度一般不會超過100 mm,故此時人工精平控制在4～5次時,攤鋪路面平整度一般可達到最高水平。

3 人工精平工具尺寸對整平效果影響

分析了人工精平次數(shù)、坍落度等因素對精平效果的影響。但是人工精平所用器具是否對精平過程中的平整度產(chǎn)生影響尚不得而知,且人工精平采用大抹子的尺寸對混凝土路面表面砂漿層的影響同樣需深入研究。本研究在總結(jié)前人研究[4-5]的基礎(chǔ)上對上述的問題進行了相應(yīng)探究。

3.1 精平工具尺寸的影響

當前水泥混凝土路面施工中,一般應(yīng)用不銹鋼制3 m大抹子進行人工精平,小抹子進行修邊。為驗證當大抹子尺寸發(fā)生變化時對路面平整度的影響,定制不銹鋼制尺寸為1、4、5、6 m的大抹子配合常用的3 m大抹子進行試驗,每處試驗路段進行3次精平。試驗路段長度如前文所述,混凝土坍落度控制在20 mm,試驗數(shù)據(jù)的采集與處理方法與前文相同,結(jié)果見表3。

表3 多種尺寸精平工具收面所得3 m尺空隙均值 單位:cm

可見當采用1 m抹子進行精平時,空隙均值較3 m、4 m、5 m抹子大,平整度相對變差。此時抹子尺寸變小,同為20 m長的試驗路段,采用1 m抹子需分10段進行抹平操作,由于人工抹平一般無法做到每尺間的完美銜接,且每段之間人工抹平的力道等因素的影響加大,3 m尺測得的空隙均值有所增大。當換為4 m、5 m、6 m抹子時,其空隙均值較3 m抹子空隙均值的差異性并不明顯但有減小的趨勢。

3.2 不同尺寸精平工具對混凝土路面的影響深度

單一以3 m直尺測得的空隙量均值來判斷精平工具尺寸對路面平整度的影響仍不夠嚴謹。一般認為金屬抹子對水泥路面產(chǎn)生的犁削作用對處于穩(wěn)定狀態(tài)的面層產(chǎn)生了擾動。從理論上可引用荷載作用下對路基的影響深度加以佐證[6]。這種現(xiàn)象最直觀的表現(xiàn)為路面內(nèi)部的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系[7]。

若要確定這種影響的作用深度,需確認人工抹平時混凝土內(nèi)部不同深度處應(yīng)力—應(yīng)變曲線是否發(fā)生變化。此時認為大抹子對路面表層產(chǎn)生均布荷載P,按照費拉曼理論計算其豎向荷載作用下任意點的豎向附加應(yīng)力。

(1)

式中:σz為路基中深度為Z、到荷載P作用線的距離為R處的豎向附加應(yīng)力。

此時其作用深度Z可按公式(2)進行推導

(2)

式中:γ為混凝土容重。

從上式可看出均布荷載P值越低,最大擾動深度越小,而當精平工具尺寸越大,其P值越小,作用深度越小,其深度一定時,其豎向附加力同樣減小,故其理論推導結(jié)論與上文試驗結(jié)論相同,可認為精平工具尺寸越大,對混凝土內(nèi)部擾動程度越低。

上述試驗路段在試驗過程中按不同深度(2、4、6 cm)埋置了應(yīng)變傳感器對其進行監(jiān)測,檢測結(jié)果見表4。

表4 多種尺寸精平工具對混凝土面層擾動影響深度

可見當人工精平工具尺寸增大時,深度2 cm處的混凝土路面均受到擾動,且擾動影響呈現(xiàn)遞減的趨勢,在深度方向上,隨著深度的增加,擾動作用同樣呈現(xiàn)遞減的狀態(tài)?？傮w來看,當采用1 m抹子精平路面時對路面的影響最大,并以此遞減。為保障人工精平的效果,新鋪水泥混凝土路面的表層砂漿厚度應(yīng)不少于2 cm。

結(jié)合上文可知,采用5 m或6 m抹子進行人工攤鋪并未帶來平整度的明顯提高,但尺寸更大的抹子重量更大,人工抹平更為費力,影響了滑模攤鋪施工的連續(xù)性。4 m抹子重量與3 m抹子質(zhì)量相近,且其精平效果較3 m抹子更好,但兩者差異性不大。所以,人工精平工具采用4 m大抹子最為合適。

4 結(jié) 論

(1)人工精平路面時人工的熟練度、責任心等對路面平整度的影響很大,一般較熟練工人進行路面精平時應(yīng)采取路面雙側(cè)同時收面,且應(yīng)收面3次為佳。

(2)路面用混凝土坍落度不同對收面次數(shù)產(chǎn)生了一定的影響。隨著坍落度的提高,若控制收面次數(shù)為3次,路面3 m尺測量空隙均值有所增大,但影響作用程度不大。坍落度在40～100 mm左右時人工精平次數(shù)控制在4～5次為佳。

(3)針對各不同尺寸精平工具在實際施工中對混凝土內(nèi)部各深度的擾動進行了試驗和理論分析,均表明當精平工具尺寸變大時,對混凝土內(nèi)部擾動作用深度逐步減小。但為保證滑模施工的連續(xù)性且考慮施工人員的習慣、體力等因素,仍認為采用3 m或4 m抹子最為合適。