重載混凝土路面施工技術(shù)研究

周伏先

（吉安市路橋工程局,江西 吉安 343000）

0 引言

重載混凝土路面的承載能力是道路安全性的重要保障，高質(zhì)量的重載混凝土路面可以承受更高的壓力，從而減少路面損壞和交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。為保證重載車輛行駛安全，重載混凝土路面對(duì)防滑性能的要求更高。某雙向五車道重載高速公路工程，除了在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上加強(qiáng)重載適應(yīng)性實(shí)現(xiàn)以外，在施工上也適應(yīng)重載公路特點(diǎn)，加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)施工控制。這里從重載混凝土路面的合理板塊劃分、路面板切縫以及構(gòu)建抗滑結(jié)構(gòu)工藝等方面，介紹其加強(qiáng)混凝土路面施工控制的相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)。

1 重載混凝土路面的合理板塊劃分

1.1 劃分原則

（1）板塊面積與長(zhǎng)寬比。板塊面積一般不應(yīng)超過25 m2，長(zhǎng)寬比一般不得超出1.35。在板長(zhǎng)已確定的情況下，根據(jù)長(zhǎng)寬比可以得出最小板寬。

（2）板寬。在3～4.5 m 之間調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)幅度一般為3 m→3.5 m→4 m→4.5 m。

（3）板長(zhǎng)。在4～6 m 之間調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)幅度4 m→4.5 m→5 m→5.5 m→6 m，通常多采取4～5 m，最高不宜超過6 m。

另外還要注意保證中間車道和外側(cè)車道的行駛軌跡不重疊，以確保輕載方向的安全行駛。如果條件允許，應(yīng)該盡量讓中間車道行駛軌跡不重疊[1]。

1.2 縱縫區(qū)域應(yīng)力影響

（1）最大載荷板底應(yīng)力。普通4.5 m×6 m 板塊的最大載荷板底應(yīng)力記為σ0；3.5 m×4 m 板塊，若縱縫位于輪跡中心，則最大載荷板底應(yīng)力記為σ1。若縱縫不在輪跡中心，隨著偏離量的增加則最大載荷板底應(yīng)力會(huì)跟著增大。如表1 和表2 所示分別列出了0.32 m 和0.28 m 板厚的最大載荷板底應(yīng)力變化情況。

表1 板厚0.32 m 混凝土板最大載荷板底應(yīng)力

表2 板厚0.28 m 混凝土板最大載荷板底應(yīng)力

數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)縱縫與輪跡中心存在偏移時(shí)，板底的最大載荷板底應(yīng)力會(huì)隨著偏移量增加而增加。

（2）溫度應(yīng)力。板長(zhǎng)和板厚影響溫度翹曲應(yīng)力。板越長(zhǎng)和越薄，則溫度翹曲應(yīng)力就相對(duì)越大。以常規(guī)4.5 m×6 m 板為例，其板長(zhǎng)和板厚對(duì)溫度翹曲應(yīng)力的影響情況如表3 和表4 所示[2]。

本試驗(yàn)參試品種共有6個(gè)，分別為CR民喜，CR金麗，CR黃芯F1，CR皇春3號(hào)，CR春皇后，春秋2號(hào)（CK）。

表3 板長(zhǎng)對(duì)溫度翹曲應(yīng)力的影響

表4 板厚32 cm 不同板長(zhǎng)的溫度翹曲應(yīng)力值

表3 和表4 數(shù)據(jù)顯示，溫度翹曲應(yīng)力與板長(zhǎng)和板厚密切相關(guān)。板長(zhǎng)越長(zhǎng)和板厚越小，溫度翹曲應(yīng)力對(duì)應(yīng)越大。采取小板塊方案在相當(dāng)程度上利于降低溫度應(yīng)力影響。所以在板厚保持不變條件下，重載混凝土路面應(yīng)盡可能選擇小板塊劃分，這樣利于使車輛載荷偏離最不利板底受力位置和降低板底應(yīng)力。

1.3 板塊劃分實(shí)例

某雙向五車道高速公路，其路基寬度為27.5 m，2個(gè)車道供輕交通應(yīng)用，3 個(gè)車道供重交通應(yīng)用，每條車道寬度3.75 m。

2 合理切縫時(shí)機(jī)

2.1 切縫時(shí)機(jī)模型計(jì)算

影響切縫時(shí)機(jī)的因素很多，有諸如集料品質(zhì)、強(qiáng)度、級(jí)配、外加劑等混凝土特性因素，有諸如筑風(fēng)速、氣溫和時(shí)節(jié)等環(huán)境影響因素，也包括切割設(shè)備性能、操作熟練度等設(shè)備和人員操作因素。其中時(shí)間和溫度是兩項(xiàng)相對(duì)客觀和易于參考決策的影響因素，據(jù)此設(shè)計(jì)的切縫時(shí)機(jī)預(yù)測(cè)模型公式如下：

式中，T——環(huán)境溫度；t——混凝土齡期[3]。

2.2 切割強(qiáng)度分析

在切混凝土路面板時(shí)，需要掌握最合適的時(shí)機(jī)。過早切縫會(huì)導(dǎo)致路面板強(qiáng)度不足，低于最小切割強(qiáng)度，容易出現(xiàn)飛邊掉角等毀損現(xiàn)象；而過晚切縫，則會(huì)因溫度等收縮應(yīng)力太大而被拉斷。案例選用2 種混凝土配比（1#、2#）進(jìn)行切割強(qiáng)度試驗(yàn)，切割試件規(guī)格150 mm×150 mm×550 mm。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，1#混凝土切割強(qiáng)度2.5 MPa 時(shí)，其試件達(dá)到87%的完整率；2#混凝土切割強(qiáng)度2.4 MPa 時(shí)，其試件達(dá)到80%的完整率。當(dāng)3 MPa 切割強(qiáng)度時(shí)，2 種混凝土配比的切割強(qiáng)度均接近達(dá)到100%。綜合測(cè)試結(jié)果，最佳切割強(qiáng)度應(yīng)在2.5～3 MPa 之間。如果將最佳切割強(qiáng)度作為一個(gè)參考系，齡期與溫度的乘積作為另一個(gè)參考系，借助二者關(guān)系曲線即可以獲得兩種配比混凝土路面板的佳切縫時(shí)機(jī)。

3 構(gòu)建抗滑結(jié)構(gòu)

3.1 抗滑結(jié)構(gòu)技術(shù)要求

表5 混凝土路面抗滑結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)深度要求

特殊區(qū)段指的是高速公路或一級(jí)公路的變速車道、平交或立交以及其他級(jí)別公路的交叉口、陡坡、急彎或路過的集鎮(zhèn)附近。年降水量在≤600 mm 地區(qū)，表列數(shù)值可進(jìn)一步適當(dāng)降低。

（2）抗滑結(jié)構(gòu)微觀要求。微觀抗滑結(jié)構(gòu)對(duì)路面橫向力系數(shù)的提供至關(guān)重要，也同時(shí)關(guān)乎行車安全。研究顯示，當(dāng)擺值BNP＜35 時(shí)，陰雨天的事故率很高，而當(dāng)BNP＞42 時(shí)，該事故率則相對(duì)較小。所以建議重載混凝土路面的擺值應(yīng)大于42，同時(shí)橫向力系數(shù)不應(yīng)低于54。

3.2 抗滑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工藝

（1）拉毛法。走勢(shì)分縱向拉毛和橫向拉毛，措施分人工草皮拉毛、粗麻布拉毛和工具鑿毛。

（2）毛槽結(jié)合法。毛槽結(jié)合是一種結(jié)合橫向齒耙拉槽和縱向拉毛的防滑結(jié)構(gòu)，兩種工藝結(jié)合，會(huì)產(chǎn)生復(fù)合增加摩擦阻力作用，毛槽結(jié)合法方法更適合重載公路路面制作抗滑結(jié)構(gòu)應(yīng)用。

（3）表面除漿法。通過混凝土優(yōu)化配比，澆筑后在未完全硬化前，通過表面除漿使粗集料裸露，進(jìn)而增強(qiáng)路面粗糙度。表面除漿通常厚度約0.1 cm。此工藝可以省略人工抹面和收光工序，但是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)深度最大，所以均勻性較差，平整度不佳，一定程度削弱行車平穩(wěn)與舒適性。

3.3 齒耙拉槽抗滑工藝

（1）槽型。多為矩形、梯形、V 形，如圖1 所示。

圖1 常用槽形

（2）槽深。圖1 中h即槽深。

（3）槽寬。圖1 中矩形槽和V 形槽中的b即槽寬。梯形槽存在上寬b1與下寬b2的區(qū)分。

（4）間距。兩槽的中心距即為槽間距，如圖2 所示，圖中的a即是槽間距。

圖2 槽間距

（5）走向。存在斜、縱、橫3 種走向。

（6）槽距的結(jié)構(gòu)深度影響關(guān)系，分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 槽距的結(jié)構(gòu)深度影響關(guān)系（cm）

結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)深度均隨著槽間距的加大而逐步減小。通過觀察結(jié)構(gòu)深度變化可知，3 種不同結(jié)構(gòu)路面板的抗滑性能大同小異。然而需要注意的是，抗滑性能并不僅僅取決于結(jié)構(gòu)深度這一個(gè)指標(biāo)，須綜合多個(gè)指標(biāo)考慮。

3.4 拉槽的抗滑性能影響

（1）槽形的抗滑性能影響。分析顯示，槽型對(duì)抗滑性能的影響并不明顯，但當(dāng)槽口間距、槽深和寬度分布相同時(shí)，梯形和矩形的內(nèi)空間相對(duì)較大，對(duì)應(yīng)鋪砂量則相對(duì)較多。足見從增強(qiáng)抗滑功效的角度進(jìn)行槽型選擇其意義并不大，可以任意選擇上述幾種槽型，但從施工操作難度上，建議使用矩形槽。

（2）槽寬的抗滑性能影響。研究顯示，當(dāng)齒耙拉槽的槽型、走向、槽間距和槽深相同，只不同槽寬時(shí)，路面抗滑性能會(huì)受到影響。TD值會(huì)隨著槽寬的加大而增大，當(dāng)相同槽距時(shí)，隨著槽寬的加大摩擦系數(shù)會(huì)相應(yīng)加大。這是由于加大槽寬，輪胎的嵌入深度逐步增加，則單槽廣義犁溝效應(yīng)就在明顯發(fā)揮作用，拉槽摩擦系數(shù)便不斷加大。槽寬越大越有利于路面排水。但槽寬也并非越大越好，而是應(yīng)該有一個(gè)適當(dāng)?shù)南薅?，因?yàn)樘蟛蹖挄?huì)影響路面平整度，不利于行車舒適性和安全。研究顯示，齒耙拉槽路面的槽間距和槽寬之間存在關(guān)聯(lián)影響，一般最大槽寬不宜超過0.5 cm。

（3）槽深的抗滑性能影響。研究顯示，如果槽走向、槽間距、槽寬和槽型都相同，但槽深不同，則路面抗滑性能會(huì)受到槽深的影響，表現(xiàn)為槽深越大，結(jié)構(gòu)深度越大。槽深對(duì)結(jié)構(gòu)深度有影響，對(duì)橫向力系數(shù)和摩擦系數(shù)影響微乎其微。拉槽深度應(yīng)在優(yōu)化路表排水結(jié)構(gòu)、維持路面平整和加強(qiáng)抗滑性能等方面尋求平衡，不允許只為單一目的大幅度增加槽深。綜合考慮路面結(jié)構(gòu)持久性以及施工操作要求，建議高級(jí)別混凝土路面的最小槽深取為0.3 cm，重載交通區(qū)段的槽深以0.4 cm 較為適宜。

（4）槽間距的抗滑性能影響。當(dāng)槽間距不同，槽型、槽走向、槽深和槽寬都相同時(shí)，隨著槽間距的加大結(jié)構(gòu)深度對(duì)應(yīng)變小，槽寬固定，則槽距越小，對(duì)應(yīng)摩擦系數(shù)會(huì)越大。這是由于槽距越小，在單位長(zhǎng)度內(nèi)的拉槽條數(shù)會(huì)越多，則犁溝效應(yīng)越大，則摩擦系數(shù)就會(huì)越大。但槽間距還應(yīng)考慮施工操作性，考慮行車載荷沖擊下的槽口保，綜合各因素，推薦齒耙拉槽間距為20 mm。

4 結(jié)語

基于案例工程應(yīng)用，進(jìn)行了重載混凝土路面施工技術(shù)研究。從板塊劃分原則、縱縫區(qū)域應(yīng)力影響、實(shí)例劃分3 個(gè)方面，介紹了重載混凝土路面施工關(guān)于板塊劃分方面的技術(shù)要點(diǎn)；從切縫時(shí)機(jī)的確定、切縫時(shí)機(jī)模型計(jì)算、切割強(qiáng)度分析3 個(gè)方面，介紹了重載混凝土路面施工關(guān)于路面板切縫方面的技術(shù)要點(diǎn)；從抗滑結(jié)構(gòu)技術(shù)要求、抗滑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工藝、齒耙拉槽抗滑工藝、拉槽的抗滑性能影響等四個(gè)方面，介紹了重載混凝土路面施工關(guān)于路面防滑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方面的相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)。重載混凝土路面應(yīng)盡可能選擇小板塊劃分，這樣利于使車輛載荷偏離最不利板底受力位置和降低板底應(yīng)力；重載混凝土路面最佳切割強(qiáng)度應(yīng)在2.5～3 MPa 之間；推薦重載交通路面采用橫向齒耙拉槽，其彎道區(qū)域適當(dāng)采取縱向齒耙拉槽，以增強(qiáng)抗側(cè)滑性能。