高速公路连续配筋混凝土路面施工技术研究

高速公路连续配筋混凝土路面施工技术研究

高速公路连续配筋混凝土路面施工技术研究    查旭东1,张起森1,李宇峙1,苏清贵1,黄　庆2    (1.长沙交通学院,湖南长沙　410076; 2.耒宜高速公路公司)    摘　要:结合湖南耒(阳)—宜(章)高速公路连续配筋混凝土路面试验路的修筑,简介了试验路路面的设计与施工概况,总结了连续配筋混凝土路面滑模摊铺的施工工艺和注意事项,为连续配筋混凝土路面在我国高速公路中的应用提供了一定的参考依据。    关键词:连续配筋混凝土路面;施工;滑模;端部处理　    由于连续配筋混凝土路面沿路线纵向配置了足够的钢筋,从而取消了横向接缝,避免各种横向接缝的损坏,使路面具有平整的表面,改善并提高了混凝土路面的使用品质和行车性能,增强了路面的整体强度和刚度。因此,连续配筋混凝土路面在世界各国的公路建设中得到越来越多的应用,美国、英国、法国、比利时、澳大利亚、日本和泰国等国家都铺筑了大量的连续配筋混凝土路面,有些路面虽已经历了数十年的运营,至今性能良好。    我国引入连续配筋混凝土路面较晚,且大部分属于试验工程,而大面积的实体工程很少。1989年在江苏盐城开始铺筑试验路,在耒宜高速公路连续配筋混凝土路面通车前最长的为1997年在河南许昌境内107国道上铺筑的10 km半幅路面,这些连续配筋混凝土路面主要用于旧路补强,且采用小型机具摊铺,而对于高速公路新建工程中采用滑模摊铺施工技术,缺乏实际应用经验。为此,本文结合湖南耒宜高速公路连续配筋混凝土路面试验路的修筑,开展施工技术研究,为连续配筋混凝土路面在我国高速公路中的应用提供一定的参考依据。    1　试验路概况    耒宜高速公路为京珠高速湖南境内南段,全长135.4 km,沿线经过湘南岩溶地区、煤层和地质断裂带,地下溶洞和采空区分布较多。为此,针对沿线复杂的地质条件,并考虑超载和重载严重的交通条件,为保证路面的使用寿命和性能,增强路面抵抗较大范围脱空的能力,在这些特殊地质路段采用了连续配筋混凝土路面。根据沿线水文、地质、土质、交通及采空区和溶洞等情况的调查结果,耒宜高速公路全线设计采用38.4 km连续配筋混凝土路面,实际完成40.1 km,占全长的29.6%。    由于我国在高速公路中大面积修筑连续配筋混凝土路面尚属首次,为了验证设计方案,探讨合理的施工方法、施工工艺和施工质量控制等,选定第七合同段江南中桥至铁山里大桥K282+167.90~K283+441.75段右幅8.25 m宽车道(3.75 m主车道+4.50 m超车道)作为试验路段,全长1 273.85 m,进行连续配筋混凝土路面的试验研究。试验路段位于郴州市东南的苏仙区邓家塘乡江南村,距郴州市约30 km,距宜章境内约1 km。自起点至300 m处纵坡为1.56%,平曲线半径1 800 m,随后纵坡为-2.16%,距终点500 m处平曲线半径为1 200 m。因此,总体上来看,试验路段的线形和纵坡情况良好。    2　设计方案    2.1　结构组合    试验路路面结构为:28 cm连续配筋混凝土面板+18 cm6%水泥稳定碎石基层+18 cm4%水泥稳定碎石底基层。基层与面板之间设1 cm稀浆封层。    纵向钢筋的配筋率一般为0.5%~0.7%,根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ 012-94)并参考《AASHTO路面结构设计指南》(1993)的有关规定进行设计,最终选定18Ⅱ级钢筋,配筋率为0.61%,横向间距15 cm,半幅共78根,其中4.50 m超车道30根,3.75 m主车道25根,3.50 m硬路肩23根。纵向钢筋布置在1/2板厚处。    横向钢筋的配筋率一般为纵向钢筋的1/5~1/8,间距为90~150 cm。横向钢筋不宜过密,否则易造成裂缝间距过小,增加面板冲断破坏的可能性。为此,横向钢筋采用16Ⅱn高速公路连续配筋混凝土路面施工技术研究    查旭东1,张起森1,李宇峙1,苏清贵1,黄　庆2    (1.长沙交通学院,湖南长沙　410076; 2.耒宜高速公路公司)    摘　要:结合湖南耒(阳)—宜(章)高速公路连续配筋混凝土路面试验路的修筑,简介了试验路路面的设计与施工概况,总结了连续配筋混凝土路面滑模摊铺的施工工艺和注意事项,为连续配筋混凝土路面在我国高速公路中的应用提供了一定的参考依据。    关键词:连续配筋混凝土路面;施工;滑模;端部处理　    由于连续配筋混凝土路面沿路线纵向配置了足够的钢筋,从而取消了横向接缝,避免各种横向接缝的损坏,使路面具有平整的表面,改善并提高了混凝土路面的使用品质和行车性能,增强了路面的整体强度和刚度。因此,连续配筋混凝土路面在世界各国的公路建设中得到越来越多的应用,美国、英国、法国、比利时、澳大利亚、日本和泰国等国家都铺筑了大量的连续配筋混凝土路面,有些路面虽已经历了数十年的运营,至今性能良好。    我国引入连续配筋混凝土路面较晚,且大部分属于试验工程,而大面积的实体工程很少。1989年在江苏盐城开始铺筑试验路,在耒宜高速公路连续配筋混凝土路面通车前最长的为1997年在河南许昌境内107国道上铺筑的10 km半幅路面,这些连续配筋混凝土路面主要用于旧路补强,且采用小型机具摊铺,而对于高速公路新建工程中采用滑模摊铺施工技术,缺乏实际应用经验。为此,本文结合湖南耒宜高速公路连续配筋混凝土路面试验路的修筑,开展施工技术研究,为连续配筋混凝土路面在我国高速公路中的应用提供一定的参考依据。    1　试验路概况    耒宜高速公路为京珠高速湖南境内南段,全长135.4 km,沿线经过湘南岩溶地区、煤层和地质断裂带,地下溶洞和采空区分布较多。为此,针对沿线复杂的地质条件,并考虑超载和重载严重的交通条件,为保证路面的使用寿命和性能,增强路面抵抗较大范围脱空的能力,在这些特殊地质路段采用了连续配筋混凝土路面。根据沿线水文、地质、土质、交通及采空区和溶洞等情况的调查结果,耒宜高速公路全线设计采用38.4 km连续配筋混凝土路面,实际完成40.1 km,占全长的29.6%。    由于我国在高速公路中大面积修筑连续配筋混凝土路面尚属首次,为了验证设计方案,探讨合理的施工方法、施工工艺和施工质量控制等,选定第七合同段江南中桥至铁山里大桥K282+167.90~K283+441.75段右幅8.25 m宽车道(3.75 m主车道+4.50 m超车道)作为试验路段,全长1 273.85 m,进行连续配筋混凝土路面的试验研究。试验路段位于郴州市东南的苏仙区邓家塘乡江南村,距郴州市约30 km,距宜章境内约1 km。自起点至300 m处纵坡为1.56%,平曲线半径1 800 m,随后纵坡为-2.16%,距终点500 m处平曲线半径为1 200 m。因此,总体上来看,试验路段的线形和纵坡情况良好。    2　设计方案    2.1　结构组合    试验路路面结构为:28 cm连续配筋混凝土面板+18 cm6%水泥稳定碎石基层+18 cm4%水泥稳定碎石底基层。基层与面板之间设1 cm稀浆封层。    纵向钢筋的配筋率一般为0.5%~0.7%,根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ 012-94)并参考《AASHTO路面结构设计指南》(1993)的有关规定进行设计,最终选定18Ⅱ级钢筋,配筋率为0.61%,横向间距15 cm,半幅共78根,其中4.50 m超车道30根,3.75 m主车道25根,3.50 m硬路肩23根。纵向钢筋布置在1/2板厚处。    横向钢筋的配筋率一般为纵向钢筋的1/5~1/8,间距为90~150 cm。横向钢筋不宜过密,否则易造成裂缝间距过小,增加面板冲断破坏的可能性。为此,横向钢筋采用16Ⅱn级钢筋,间距为100 cm。    2.2　端部处理    由于连续配筋混凝土路面取消了横向接缝,在连续配筋混凝土路面与桥梁、构造物、沥青路面、普通混凝土路面等相接处,因混凝土热胀冷缩形成纵向位移,为阻止由此产生的巨大水平推力而造成路面的损坏或影响构造物的稳定性,必须设置合适的端部处理措施,以约束、消除或调节纵向位移。目前国内外常用的端部处理措施主要有矩形地梁锚固和宽翼缘工字梁接缝两种形式,由于试验路段的路基为填石路堤,路基开挖困难,同时,矩形地梁锚固主要依靠土体的被动土压力抵抗连续配筋混凝土面板的纵向位移,而填石路基难以提供足够的被动土压力。因此,试验路的端部处理方案采用宽翼缘工字梁接缝。    我国现有的连续配筋混凝土路面普遍采用矩形地梁锚固,缺乏宽翼缘工字梁接缝的设计资料,为此,设计方案参考《FHWA技术指南》并根据我国标准型钢的尺寸确定,最终设计如图1。宽翼缘工字梁采用规格为440 mm×300 mm×11 mm×18 mm的标准H型钢,H型钢的下部埋设在30 cm厚的钢筋混凝土枕板内,上部位于桥头过渡板的一侧通过螺杆连接,与连续配筋混凝土面板相连的一侧设置一道宽2.5 cm的伸缩缝,缝内填胀缝板,以调节面板随温度变化的伸缩。3　施工简介    试验路由湖南省郴州路桥公司施工,为国内首次在连续配筋混凝土路面施工中采用滑模技术,试验路于2001年4月8日开始摊铺,2001年5月12日结束。由于侧向布料机故障和下雨等原因造成施工中断,整个试验路分5段完成,共设4条施工缝,施工缝桩号分别为K283+345、K283+190、K283+080和K282+930。根据试验路的施工情况,连续配筋混凝土路面和宽翼缘工字梁接缝的施工工序分别如图2和图3所示。n4　施工注意事项    经过连续配筋混凝土路面试验路的铺筑,达到了预期的效果和质量,取得了丰富的施工经验,为后续的大面积施工提供了有力的保障。根据试验路的施工情况及检测结果,为了保证连续配筋混凝土路面的施工质量,必须注意以下事项。    4.1　钢筋支撑    纵横向钢筋的固定措施必须保证钢筋网稳固,以防止在滑模施工时推倒。同时,支架钢筋不得打入基层,以避免支架钢筋阻止面板的自由伸缩,并防止面板伸缩造成支架钢筋破坏基层。为此,采用8钢筋制作成“ㄡ”形,并点焊在3 mm厚、100 mm×50 mm的钢板上,形成钢筋支架。支架纵向间距为100 cm,横向间距为75 cm,即每根横向钢筋下均设置支架。施工时将横向钢筋点焊在支架上,并摆放到基层上,然后将纵向钢筋安设在横向钢筋之上,从而形成稳固支撑的钢筋网。    实践证明,该三角形钢筋支架经受住了滑模摊铺施工时的强大推力,确保了钢筋网的稳固定位。由于该支架具有加工简便、施工方便、牢固可靠与经济实用等优点,在耒宜高速公路后续工程的钢筋网支撑中,该支架得到了更为广泛的应用。    4.2　纵向钢筋搭接    对于滑模施工,由于摊铺速度快,钢筋网必须预先安设,并根据施工进度保证具有足够的长度,以提供滑模摊铺的工作面。实践证明,纵向钢筋的搭接不宜采用全部焊接的方式,这是因为焊接的钢筋形成整体,而焊接较长的钢筋网因施工时的昼夜温差,容易造成钢筋网端部产生较大的伸缩,计算表明,500 m长的焊接钢筋在温差10℃n条件下伸缩量可达4.5 cm,如此大的伸缩量会使钢筋网拖动钢筋支架,而导致钢筋支架刺破沥青封层。如果采用全部焊接的形式,一次焊接长度应控制在50 m以内,显然这只适合于施工速度较慢的小型机具摊铺,而难以满足滑模施工速度的要求。由于绑扎连接位置允许钢筋之间有一定的错动,因此,纵向钢筋的搭接宜采用绑扎形式,绑扎长度为钢筋直径的30~50倍,或者每隔30~50 m采用焊接形式,然后10~20 m进行绑扎。实际上,绑扎方式不仅有效地解决了钢筋的伸缩问题,而且较大地提高了钢筋网制作速度。    4.3　混凝土坍落度    由于连续配筋混凝土路面纵横向布置了较多的钢筋,并且钢筋采用了很多钢筋支架进行支撑,相应地增加了滑模摊铺机行走的阻力。所以,为了减小滑模摊铺机的阻力,要求混凝土具有足够的坍落度。同时,坍落度过大容易造成混凝土泛浆、离析和坍边,影响混凝土的密实性和强度。为此,根据试验路的施工实践,混凝土的坍落度应控制在2~5 cm范围内,以3~4 cm为最佳。    4.4　侧向布料机    前已述及,滑模施工时,足够长度的钢筋网必须预先安设,所以混凝土运输车无法纵向进料,必须采用侧向进料方式,因此侧向布料机是必备机械。试验路施工过程中,所采用的侧向布料机由郴州路桥公司自行设计制造,由于首次使用,可靠性欠佳,多次出现故障,造成了3次施工中断。同时,该侧向布料机的工作功率有限,其上料速度较难满足滑模摊铺机1 m/min行走速度的要求,使得滑模摊铺机每摊铺10~20 m就需停下等料。另外,侧向布料机布料是在路槽内形成两个料堆,从而造成混凝土部分离析。因此,侧向布料机是影响施工工艺的一个重要因素,在连续配筋混凝土路面施工中,应选择性能优良、生产效率高且稳定可靠的侧向布料机,以尽量避免施工中断,并防止混凝土离析。经过试验路的铺筑,该侧向布料机得到不断改进,在随后的大面积施工过程中,取得了令人满意的效果。    4.5　滑模摊铺    目前耒宜高速公路连续配筋混凝土路面已通车1年多,绝大部分路段使用性能良好,但个别路段出现了2 m2左右的混凝土碎裂,现场调查表明,钢筋网下的混凝土密实性不足是其主要原因。因此,保证钢筋网上下的混凝土得到充分振捣密实是连续配筋混凝土路面滑模摊铺的关键。由于钢筋网布设在混凝土板厚的1/2处,滑模摊铺时,插入振捣棒应控制在钢筋网以上至少2 cm,以防止振捣棒与钢筋网接触而造成振捣棒损坏,从而影响混凝土的密实。同时,由于振捣棒无法插入到钢筋网下的混凝土内,振捣棒宜采用高频低幅,以确保钢筋网下混凝土的密实性。    另外,施工期间气温过高或风力过大时,不得进行混凝土的摊铺。气温较高或风力较大时摊铺混凝土必须加以重视,防止混凝土水分蒸发过多。    对于滑模摊铺机起步时的5~10 m范围内的混凝土面板,在进行人工摊铺时,必须尽快在滑模摊铺的混凝土初凝之前完成,否则将会影响该处混凝土的粘结。同时,必须重视人工摊铺的混凝土面板的质量,做到精心施工。    4.6　施工缝处理    连续配筋混凝土路面施工过程中,应尽量避免临时的施工中断。然而,由于施工机械、气候和其他各种主客观原因,施工中断是无法避免的。由此,当确实难以避免施工中断时,在施工缝位置必须增设50%的纵向钢筋,每隔一根纵向钢筋布置一根补强钢筋,钢筋的直径应与纵向钢筋相同,且具有足够长度,补强钢筋插入两侧混凝土面板的深度不得小于1 m。同时,施工缝位置不需切缝,先浇筑的混凝土一端应凿毛,保证施工缝位置的混凝土具有良好的粘结。    4.7　端部处理    在填石路基路段采用宽翼缘工字梁接缝进行端部处理,与矩形地梁锚固措施相比,具有施工简便、造价低廉与性能可靠等优点。因此,对于填石路基等特殊路段宜采用宽翼缘工字梁接缝的端部处理措施。同时,根据国外的使用经验和使用效果,对于一般的土质路基路段,宽翼缘工字梁接缝仍是一种优良的端部处理方案。    对于宽翼缘工字梁接缝的施工,人工摊铺宽翼缘工字梁接缝的枕板时,应尽量保证表面平整,以利于端部面板的自由伸缩。同时,紧靠端部的过渡板表面应尽量与连续配筋混凝土面板保持平整,以减少接缝位置的跳车。    4.8　养生    连续配筋混凝土路面的养生至关重要,养护剂必须沿各个方向喷洒均匀,保证在混凝土表面形成完全封闭的养护膜。在气温较高或风力较大时,宜加盖湿麻袋进行湿治养生,以确保混凝土水化反应充分进行,防止混凝土失水过多过快,避免混凝土因干缩严重而导致面板不规则或严重的开裂。    5　结语    通过耒宜高速公路连续配筋混凝土路面试验路的设计和施工情况的介绍,从钢筋支撑、纵横向钢筋搭接、混凝土坍落度、侧向布料机、滑模摊铺、施工缝处理、端部处理与养生等方面总结了高速公路连续配筋混凝土路面的施工工艺和注意事项。经过试验路修筑实践的总结,耒宜高速公路连续配筋混凝土路面的大面积滑模施工均取得了令人满意的质量和效果,目前使用性能良好,为连续配筋混凝土路面在我国高速公路中的推广应用提供了一定的理论和实践基础。