高速公路混凝土路面滑模攤鋪施工技術(shù)探析

武國民，楊曉東，董艷超

（山東宇通路橋集團有限公司，山東 廣饒 257300）

1 項目概況

高速公路混凝土路面滑模施工工藝以攤鋪機自帶模板替代了傳統(tǒng)施工固定鋼模板的做法，使攤鋪過程中鋼模板鋪設(shè)、固定工作量大大減少，施工速度加快，工效提升，路面強度和平整度均顯著提升。目前該技術(shù)已經(jīng)在高速公路新建、改擴建及機場跑道、重載交通道路等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，與此同時，滑模攤鋪施工機械也隨之發(fā)生較大改進，從最初的小型攤鋪機械發(fā)展成為一次攤鋪寬度達25m，集布料拉毛養(yǎng)生功能于一體，附帶傳力桿、拉桿、鋼筋網(wǎng)設(shè)置的大型攤鋪組合機械[1]。

新建H高速公路第4合同段起訖樁號K195+000—K220+250，線路長25.25km，整體式路基和分離式路基寬27.5m和12.5m，路面寬2×10.5m，設(shè)計行車速度為100km/h，設(shè)計荷載為公路-Ⅰ級，雙向四車道設(shè)計，一般及極限最小平曲線半徑分別為400m和250m，路拱橫坡2%。其中JⅡ1標段位于山嶺重丘區(qū)域，地形起伏較大且急彎陡坡路段多?？紤]到施工工期較短，對混凝土路面施工質(zhì)量及路用性能要求較高，故采用滑模施工工藝。

2 原材料及配合比設(shè)計

2.1 原材料

（1）水泥

水泥主要采用強度等級42.5的普通硅酸鹽水泥，且水泥中不能摻加黏土、窯灰、煤矸石、火山灰等材料，對于存在抗鹽凍要求的路面不能使用石灰石粉5%摻量的普通水泥和Ⅱ型硅酸鹽水泥；也不得使用快硬水泥。水泥攪拌溫度應(yīng)控制在50℃以下，冬季施工水泥溫度不得低于10℃。水泥材料必須具備產(chǎn)品合格證及出廠檢驗報告，進場后還應(yīng)通過復檢和配合比試驗，其路用性能必須符合設(shè)計要求。

（2）石料

石料主要采用硬質(zhì)、潔凈的碎石料和礫石，石料抗壓強度應(yīng)至少為混凝土的1.3倍，其中，碎石料粒徑應(yīng)在30mm以內(nèi)，礫石粒徑在20mm以內(nèi)；粒徑在0.15mm以內(nèi)的石粉含量應(yīng)不超出1%，針片狀含量不超出5%，壓碎值至少達10%。

（3）細集料

細集料主要使用細度模數(shù)2.3~3.2范圍內(nèi)的偏細粗砂或中砂，且不能使用細砂。砂采用硬質(zhì)、耐久、潔凈的機制砂或河砂，機制砂內(nèi)石粉含量應(yīng)控制在1%以內(nèi)，河砂含泥量應(yīng)不超出3%。

（4）外加劑

使用質(zhì)量符合國家Ⅰ、Ⅱ級標準的散裝干粉煤灰，若粉煤灰已結(jié)塊，則應(yīng)棄置。其余外加劑必須為具備合格證及出廠檢驗報告且經(jīng)國家或省級檢驗機構(gòu)認定的一等品。

（5）鋼筋及接縫材料

混凝土路面滑模攤鋪所用鋼筋網(wǎng)、拉桿及傳力桿等材料必須具備合格證書和檢驗報告單，并在進場后復檢。選擇適合混凝土面板脹縮、彈性復原率高且耐久性良好的脹縫接縫板，填料則應(yīng)選用性能符合相關(guān)規(guī)范要求的橡膠類、樹脂類填縫材料制品。

2.2 配合比設(shè)計

混凝土配合比主要根據(jù)材料品種、供應(yīng)情況、施工環(huán)境、攤鋪機械性能等進行綜合設(shè)計，混凝土應(yīng)能滿足路面滑模攤鋪施工要求。碎石混凝土和礫石混凝土坍落度應(yīng)分別控制在30~50mm和20~40mm之間，水灰比不超出0.44。為確?；炷谅酚眯阅芎涂拐蹚姸龋嘤昧?50kg、水灰比不變且外加劑摻量為2%時的滑模混凝土配合比為水泥∶水∶砂∶碎石∶外加劑=35∶147∶678∶1205∶7。配合比設(shè)計檢測結(jié)果詳見表1。

表1 配合比設(shè)計檢測結(jié)果

3 施工技術(shù)要點

3.1 施工機械

本高速公路混凝土路面滑模攤鋪施工所用機械主要有滑模攤鋪機、拌和站及其余小型機械機具。高馬科GP-4000滑模攤鋪機主要由螺旋布料器、振搗棒、搓平板、懸浮抹平板、松方控制板、振動倉、擠壓成型板等部分組成?？紤]到滑模攤鋪混凝土路面施工規(guī)模大、速度快，攪拌機生產(chǎn)能力應(yīng)不小于100m3/h，為此，該高速公路合同段滑模施工主要設(shè)置兩座生產(chǎn)能力50m3/h和一座生產(chǎn)能力120m3/h的間歇式混凝土拌和站，且其供料系統(tǒng)配備有電子秤自動稱量設(shè)備。

3.2 基準線設(shè)置

高速公路基準線設(shè)置形式有單向坡雙線、單向坡單線、雙向坡雙線等，本工程采用單向坡雙線式。設(shè)置基準線長1.5m，由f12~18mm圓鋼所制成的鐵桿；長40cm的f8mm圓鋼制成的橫支桿；扣件、緊線器及每根長150~200m的規(guī)格φ3mm的鋼絞線[2]。

攤鋪機實際工作寬度大于單邊路幅施工寬度，故中線樁測放應(yīng)橫向偏移50cm，邊樁測放應(yīng)距中軸線13.4m。樁間距按照5.0m確定。在樁頂標高測量時，采用等視距法以消除測量儀器視距差而造成的測量誤差。

考慮到攤鋪機系統(tǒng)和靈敏度等方面的影響，攤鋪機開啟后走行2.0m左右時，應(yīng)在其行走導線上拉橫線進行鋼絞線至混凝土頂面高度的檢測，如果高度超出35cm±5mm，則應(yīng)立即調(diào)整；從中樁位鐵釘處開始向混凝土內(nèi)側(cè)量取縱向偏距，誤差控制在±1cm。數(shù)次檢測結(jié)果顯示的樁距為10m時，鋼絞線跨中下墜尺寸達到6mm，路面便會出現(xiàn)波浪，故本公路樁距應(yīng)控制在5m/根以內(nèi)。鋼絞線拉力應(yīng)控制在1~2kN范圍內(nèi)，拉力過大會造成鋼絞線過緊，容易斷開；拉力過小則會導致支架前傾，無法保證扣件調(diào)校效果。為達到較好的張拉效果，鋼絞線長度應(yīng)不超出200m。

應(yīng)將攤鋪機走行的路肩和中央綠化帶碾壓密實，防止攤鋪機發(fā)生側(cè)滑后使混凝土偏移中線，并使中央分隔帶處內(nèi)側(cè)混凝土出現(xiàn)2cm左右的鋸齒狀紋邊。

3.3 混凝土拌制及運輸

拌和站控制室應(yīng)逐盤打印配料數(shù)據(jù)及稱量誤差，并按天打印所對應(yīng)攤鋪樁號混合料配料統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在使用水質(zhì)外加劑的情況下，應(yīng)在使用前將其完全溶解；施工中應(yīng)連續(xù)不斷攪拌混合料，避免發(fā)生沉淀。所制備好的混合料必須均勻一致，盤與盤之間、站與站之間混合料坍落度應(yīng)不超出10mm，具體坍落度大小應(yīng)根據(jù)運輸距離、施工環(huán)境、相關(guān)規(guī)范等進行調(diào)整。考慮到本工程所采用的是間歇式混凝土拌和站，包含上料和出料時間在內(nèi)的每盤總拌和時間應(yīng)控制在60~90s以內(nèi)，原材料上料后純拌和時間應(yīng)不短于25s，在確保拌和均勻的基礎(chǔ)上盡量縮短拌和時間。

應(yīng)在綜合考慮拌和站生產(chǎn)能力、攤鋪機施工速度、運輸距離等因素的基礎(chǔ)上進行混凝土混合料運力的配備，使總運力略超出拌和能力即可。在自卸車輛裝料過程中，應(yīng)按照前→后→中的次序向車廂內(nèi)裝料，避免混合料離析。若因運輸過程延誤等造成混合料超出初凝時間，則應(yīng)棄置。具體運輸時間主要根據(jù)混凝土初凝時間及環(huán)境溫度確定，具體見表2。表中環(huán)境溫度指日平均溫度，運輸時間應(yīng)不超出混凝土初凝時間的2/3。

表2 混凝土運輸時間控制要求

3.4 鋼筋布設(shè)

通過攤鋪機自動打入面板縱向縮縫處的拉桿鋼筋，并采用人工方式輔助鋪設(shè)橫向縮縫處傳力桿鋼筋、結(jié)構(gòu)物加強鋼筋、角隅鋼筋。傳力桿鋼筋按照5.0m間距布置，按照設(shè)計高度將f8mm@300臺型鋼筋支架架起后牢固焊接。在鋼筋布設(shè)過程中，必須先在基層處彈出位置線，在混凝土到場卸料前設(shè)置完畢并通過射釘槍或錨固鋼筋與基層牢固固定，避免卸料及攤鋪過程中發(fā)生偏移。將短鋼筋支架焊接于角隅鋼筋底部后，同時鋪設(shè)角隅鋼筋和傳力桿鋼筋，并避免接近攤鋪機的部位鋼筋端部絞入螺旋布料[3]。

3.5 滑模攤鋪

3.5.1 攤鋪前的準備

攤鋪開始前全面檢查拌和站運轉(zhuǎn)情況、攤鋪機性能、拉線符合程度、振動搓平梁及端模板位置、基層質(zhì)量、攤鋪機履帶行走部位堅實程度。此外還應(yīng)設(shè)定攤鋪機工作部件的施工位置，通過試鋪確定相關(guān)施工參數(shù)，在正式攤鋪施工時只需進行微調(diào)。振搗棒下緣位置必須位于擠壓板最低點之上，且設(shè)置間距應(yīng)控制在45cm以內(nèi)；邊緣振搗棒與攤鋪邊距離不超出25cm；擠壓板前傾角調(diào)整為3°；振動搓平梁高度應(yīng)位于擠壓板后端下方0.1~0.2cm處，且同路面高程。

3.5.2 攤鋪

正式攤鋪前將滑模攤鋪機后退至最近帶側(cè)向收縮口工作縫路面內(nèi)，并使其擠壓板前緣與工作縫端部對齊后開始攤鋪。攤鋪機操作人員應(yīng)隨時調(diào)整松方高度控制板進料位置，使振搗倉內(nèi)砂漿料位比振搗棒高出10cm，料位上下波動幅度應(yīng)不超出±4cm；攤鋪機按照1.0m/min的速度行進攤鋪，振搗頻率控制在6000~11000r/min之間。攤鋪機操作人員還應(yīng)結(jié)合混凝土坍落度進行攤鋪速度和振搗頻率的調(diào)整，避免發(fā)生過振、欠振和漏振。當混凝土坍落度過大時，應(yīng)加快攤鋪速度，降低振搗頻率，但攤鋪速度最快不能超出3.0m/min，振搗頻率不能低于6 000r/min；相反若混凝土坍落度過小，則應(yīng)減緩攤鋪速度、提升振搗頻率，但攤鋪速度不得小于0.5m/min，振搗頻率不得超出11 000r/min。攤鋪過程中如遇混合料供應(yīng)不及時或拌和站故障時，停機待料時間應(yīng)不超出混凝土初凝時間的2/3，即1.5h左右，在這一期間內(nèi)，應(yīng)按照20min的時間間隔開動振搗棒，并振搗3~5min；如果超出1.5h后仍未恢復正常供料，則應(yīng)駛離攤鋪機后設(shè)置施工縫。

攤鋪施工結(jié)束后應(yīng)駛離攤鋪機，并從拉線上解除所有傳感器及自動跟蹤控制，此后升起機架，并用水徹底沖洗，清理干凈后應(yīng)噴涂廢機油防銹處理。鏟除并丟棄從攤鋪機振動倉內(nèi)脫出的厚砂漿，支設(shè)施工縫側(cè)模和端模后檢測標高。為保證下次攤鋪能緊挨施工縫進行，兩側(cè)模板應(yīng)分別向內(nèi)收縮20~40mm，具體縮進長度視攤鋪機側(cè)模尺寸而定。施工縫端模和側(cè)模支撐牢固后將混凝土加入空缺部位，并打入傳力桿鋼筋，振搗密實。

3.5.3 特殊部位處理

為增強結(jié)構(gòu)物臺背上方路面抗剪性，應(yīng)增設(shè)1~2層加強鋼筋網(wǎng)片在該部位面板中，每片鋼筋網(wǎng)片長度應(yīng)控制在4~5m，寬度在4m左右。施工過程中先通過設(shè)置間距1.0~1.5m的馬凳筋按設(shè)計高度將鋼筋網(wǎng)片架起，在鋼筋網(wǎng)片前區(qū)域卸料，并通過挖掘機將混凝土均布于鋼筋網(wǎng)片上，并避免高位卸料。待相應(yīng)段落攤鋪結(jié)束后將鋼筋網(wǎng)片與下一張鋼筋網(wǎng)片綁扎。

橋面和橋頭搭板攤鋪時，考慮到鋼筋設(shè)置較為密集，必須加強攤鋪機行走方式、卸料路線及拉線方式等的控制。為防止攤鋪機碾壓鋼筋，應(yīng)將重型馬凳增設(shè)于鋼筋之上。卸料過程中應(yīng)通過加撐厚鐵板的方式連通兩幅橋面，并通過可調(diào)托架架起鋼線；混凝土坍落度應(yīng)增大至40~50mm。

4 攤鋪效果評價

根據(jù)路面芯樣檢測結(jié)果，路面厚度均值符合設(shè)計要求，最厚達26.8cm，公路板厚度合格率為99.6%；路面寬度合格率為100%，公路橫坡合格率99.8%。拉線的準確度使路面高程及平整度得以保證，混凝土表面經(jīng)過長度3.66m的抹平板循環(huán)往復抹平處理后路面動態(tài)平整度遠比人工施工平整度高；通過平整度檢測車所測得的路面平整度偏差為1.04，4cm鋁合金尺所測的路面靜態(tài)平整度不大于3mm。

滑模攤鋪機振搗棒作用半徑大，振頻高且分布間距一致，在整體協(xié)調(diào)作用下能保證路面各點取得相同的振動效果；提漿均勻度良好，無漏漿及過振，使得混凝土密實度及強度顯著提升；在應(yīng)用夯實桿控制提漿厚度的情況下路面砂漿分布的均勻性大大增強，抗滑構(gòu)造深度均勻，耐磨效果顯著。該高速公路合同段路面抗折強度均值為5.86MPa，標準差為0.05，偏差系數(shù)為0.8%。

5 結(jié)語

根據(jù)對該高速公路混凝土路面滑模攤鋪施工實踐的分析可以看出，滑模攤鋪施工能有效避免常規(guī)攤鋪施工速度慢、費用高等弊端，通過摻加引氣劑可使混凝土路面抗折強度提升10%~20%，每萬方混凝土可節(jié)省水泥用量約250m3，經(jīng)濟性和路用性能大大提升。此外，混凝土路面滑模施工工藝還能使路面維修養(yǎng)護工程量大大減少，混凝土路面動態(tài)平整度、抗滑及抗磨耗性能有保證，車輛油耗也隨之降低，行車安全性和舒適性提高。