水泥混凝土路面斷板的施工研究

　　關(guān)鍵詞:水泥混凝土;路面斷板;產(chǎn)生原因;處理措施

　　在滑模水泥混凝土路面工程的設(shè)計(jì)和施工中,盡管采用了硬切縫和軟切縫技術(shù),已經(jīng)能夠?qū)⑺嗷炷谅访鏀喟迓士刂圃?‰以內(nèi),但是由于施工條件等原因,仍然不可能完全根除水泥混凝土路面斷板.雖然存在2‰的水泥混凝土路面斷板率,與水泥混凝土路面完整板相比,僅占極小的比例.但是,按水泥混凝土路面工程施工規(guī)范要求,規(guī)定這些斷板非處理不可,否則無(wú)法交工驗(yàn)收.在施工里程較長(zhǎng)時(shí),需要處理的斷板總量仍不小,并且斷板處理難度大.因此,水泥混凝土路面斷板的產(chǎn)生原因和處理措施,是水泥混凝土路面工程技術(shù)人員必須清楚的問題,也是本文的研究課題.

1　水泥混凝土路面斷板的產(chǎn)生原因

　　根據(jù)理論研究和工程實(shí)踐認(rèn)為,水泥混凝土路面斷板產(chǎn)生的直接原因是板內(nèi)溫度降低造成的拉應(yīng)力超過了當(dāng)時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度.板內(nèi)的混凝土溫度由三部分構(gòu)成: 1)混凝土攪拌后的自身溫度;2)水化熱引起的溫升;3)外界氣溫.外界氣溫在未覆蓋養(yǎng)生條件下有很大影響,但采用覆蓋養(yǎng)生時(shí)影響很小.路面未覆蓋養(yǎng)生時(shí),混凝土路面板內(nèi)的溫度過程線是本身溫度加水化熱并受外界氣溫影響的復(fù)雜曲線,由升溫和降溫過程組成.混凝土內(nèi)部應(yīng)力過程線比復(fù)合溫度過程線大約滯后1~2 h,升溫時(shí)出現(xiàn)壓應(yīng)力,降溫并滯后1 h才能出現(xiàn)拉應(yīng)力.因此,水泥混凝土路面斷板與否取決于當(dāng)時(shí)混凝土板內(nèi)降低溫度造成的拉應(yīng)力是否超過了當(dāng)時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度.從水泥混凝土路面施工實(shí)踐分析可知,產(chǎn)生水泥混凝土路面斷板的原因是錯(cuò)綜復(fù)雜的,影響因素是各種各樣的.本文從水泥混凝土路面斷板出現(xiàn)的早晚,分析產(chǎn)生水泥混凝土路面斷板的原因.

　　1.1　施工期的混凝土路面斷板

　　滑模攤鋪水泥混凝土路面施工期間,由于其攤鋪速度快,日施工進(jìn)度快,攤鋪里程與其它施工方式相比較長(zhǎng).因此,滑模攤鋪水泥混凝土路面施工比攤鋪速度慢、攤鋪里程短的施工方式更容易產(chǎn)生斷板.由此可見,在施工期間的斷板防治尤為突出和重要.滑模攤鋪水泥混凝土路面施工期產(chǎn)生斷板的原因是錯(cuò)綜復(fù)雜的,按目前的研究認(rèn)為有下述幾個(gè)方面的影響因素:

　　1)溫度應(yīng)力高于混凝土路面的抵抗拉裂強(qiáng)度而造成的斷板.這是一種主要的滑模攤鋪水泥混凝土路面施工斷板形式.改進(jìn)的方式是采用軟切縫機(jī),提早切縫.因?yàn)檐浨锌p機(jī)既能提早切縫,又能在早切縫時(shí)防止啃邊.

　　2)基層強(qiáng)度過低,路基或基層已經(jīng)斷裂,水泥混凝土路面施工過程切縫不及時(shí),或在路面混凝土凝結(jié)硬化過程中,因路面強(qiáng)度不足,會(huì)造成基層的反射斷板.對(duì)于反射斷板,最有效的防止措施有:(1)對(duì)應(yīng)提前軟切縫.在對(duì)應(yīng)基層裂縫切縫的兩側(cè),將縮縫調(diào)整為不等間距縮縫.最大板長(zhǎng)小于6m,最小板長(zhǎng)不得短于板寬(行車道板寬3.75~4.5m);(2)在基層已經(jīng)開裂部位,滑模攤鋪之前采用熱瀝青粘結(jié)寬度不窄于1 m的瀝青油毛氈或土工網(wǎng)格.工程實(shí)踐證明,這兩種方式均能有效地防止路面混凝土凝結(jié)硬化過程中因基層裂縫引發(fā)的反射斷板.

　　3)由于水泥的水化熱過高(如R型水泥)或水泥的安達(dá)性(小立窯水泥),也會(huì)引發(fā)早期斷板.使用粉煤灰的水泥混凝土路面早期抗拉強(qiáng)度過小,更容易斷板.防止的辦法: (1)不使用立窯水泥和R型快硬早強(qiáng)高熱水泥;(2)在日溫差較大的場(chǎng)合施工,粉煤灰摻量應(yīng)不大于15%;

　　(3)采用軟切縫技術(shù).

　　4)滑模攤鋪水泥混凝土路面時(shí),因滑模攤鋪機(jī)操作不當(dāng)或混凝土混合料的工作性不合適而造成的拉裂型斷板;或施工等料時(shí)間過長(zhǎng),有施工連接冷縫引起的攤鋪斷板.上述的兩種攤鋪斷板屬于攤鋪故障,必須在施工控制中予以消除.綜上所述,滑模攤鋪水泥混凝土路面的施工斷板,是在攤鋪里程、材料、基層、溫差和施工等因素綜合作用下,由于混凝土板內(nèi)的拉應(yīng)力引起的.工程實(shí)踐表明,最有效的措施是提前并及時(shí)軟切縫,可將施工斷板率有效控制在1‰以內(nèi).

　　1.2　通車1~2年的早期混凝土路面斷板

　　水泥混凝土路面通車1~2 a產(chǎn)生的早期斷板,其主要原因是: 1)施工進(jìn)度過快.當(dāng)年施工路基、基層和混凝土路面,路基固結(jié)沉降尚未完成就施工路面,由路基不穩(wěn)定和不均勻沉降過大所致;2)路基和基層穩(wěn)定的條件下,上基層表面的粗糙度過大.當(dāng)混凝土面層收縮時(shí),基層對(duì)路面的局部摩擦阻力過大,使水泥混凝土路面板內(nèi)產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力導(dǎo)致斷裂.這也是要求上半部基層施工的標(biāo)高偏高后,不應(yīng)該實(shí)施銑刨基層的原因之一.目前,對(duì)于下述問題:(1)水泥混凝土路面不發(fā)生斷板的路基臨界沉降量是多少? (2)不允許水泥混凝土路面早期斷板時(shí),對(duì)路基表面的彎沉差要求是多少?正在通過斷裂力學(xué)理論研究.當(dāng)前,防止早期斷板形成的主要方式是延長(zhǎng)施工時(shí)間,路基沉降固結(jié)最快需要1~3 a,特別是通過幾個(gè)雨季的加速固結(jié)沉降,才允許水泥混凝土路面施工.

　　1.3　使用期的混凝土路面斷板

　　水泥混凝土路面的使用期斷板發(fā)生在通車2~5 a之內(nèi),其主要原因是所采用的基層不耐沖刷,路面結(jié)構(gòu)橫向排水不通暢,由唧泥和掏空基層所造成使用期的混凝土路面斷板[1].防止使用期的混凝土路面斷板的控制措施有:1)采用抗沖刷性的基層類型;2)提高接縫材料的密封防水能力;3)采用透水性基層,并在硬路肩下采用基層表面的縱向排水管溝,將通過接縫和斷板滲透到基層的水分及時(shí)迅速排除.防止基層沖刷、唧泥和掏空型的水破壞,就能有效防止使用期的水

　　1.4　設(shè)計(jì)使用壽命終了的混凝土路面斷板

　　設(shè)計(jì)使用壽命到達(dá)的水泥混凝土路面斷板是一種假想的設(shè)計(jì)斷板狀態(tài).實(shí)際上,這種混凝土路面斷板并非一定發(fā)生.在一般情況下,30年當(dāng)中沒有斷裂,30年后亦不斷板.否則,不可能產(chǎn)生國(guó)內(nèi)水泥混凝土路面使用壽命達(dá)40年以及國(guó)外水泥混凝土路面使用壽命達(dá)80余年無(wú)大修的水泥混凝土路面.

2　采用硬切縫和軟切縫技術(shù)控制滑模攤鋪水泥混凝土路面斷板

　　從水泥混凝土路面施工分析可知,混凝土路面斷板產(chǎn)生的直接原因是板內(nèi)降低溫度造成的拉應(yīng)力超過了當(dāng)時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度,應(yīng)當(dāng)根據(jù)混凝土路面板內(nèi)復(fù)合溫度造成的拉應(yīng)力曲線確定硬切縫時(shí)間.但是,在實(shí)際施工中應(yīng)用很困難.一個(gè)簡(jiǎn)單的方法是僅關(guān)注氣溫曲線,將混凝土復(fù)合溫度曲線和拉應(yīng)力滯后均作為斷板的安全儲(chǔ)備.那么,最長(zhǎng)的時(shí)間應(yīng)該從夜間1~3點(diǎn)鐘,復(fù)合溫度曲線的最高點(diǎn)開始切縫,到凌晨4點(diǎn)鐘混凝土溫度曲線降低到最低點(diǎn)以前,可能斷板的拉應(yīng)力尚未達(dá)到,前一天攤鋪的路面均應(yīng)切縫完畢.在氣溫較低的季節(jié)施工,硬切縫機(jī)不能鋸縫,應(yīng)該使用軟切縫機(jī)鋸縫.特別是冬季有保溫覆蓋的情況下,則完全是另外一回事.但是也必須在混凝土路面能夠鋸縫時(shí),即進(jìn)行鋸縫.在撤除保溫覆蓋之前,必須完成鋸縫.

3　水泥混凝土路面斷板的處理措施

　　3.1　非破損修復(fù)混凝土路面斷板

　　3.1.1　擴(kuò)口填縫法

　　擴(kuò)口填縫法處理斷板是各發(fā)達(dá)國(guó)家在滑模攤鋪水泥混凝土路面施工中采用的一項(xiàng)簡(jiǎn)單技術(shù).其思路是滑模攤鋪水泥混凝土路面的強(qiáng)度很高,打掉重新澆鑄人工制作的小塊水泥混凝土路面,其抗折強(qiáng)度和施工質(zhì)量遠(yuǎn)低于滑模攤鋪水泥混凝土路面,主張不打掉強(qiáng)度和平整度良好的滑模機(jī)械攤鋪的水泥混凝土路面,將斷板作為縮縫來(lái)處理.即采用直徑很小(10~20 cm)的小鋸片順斷板縫擴(kuò)大縫口,與縮縫一樣采用填縫的方法處理斷板.必須注意,采用擴(kuò)口填縫法處理水泥混凝土路面斷板具有下述前提:

　　1)必須嚴(yán)格控制斷板的數(shù)量,以保證絕大多數(shù)路面縮縫切割的順直度.必須知道,接縫的順直度在峻工驗(yàn)收規(guī)范中有質(zhì)量要求,擴(kuò)口填縫法處理水泥混凝土路面斷板數(shù)量不得大于2‰的質(zhì)量要求.只有在這個(gè)數(shù)量以內(nèi)的水泥混凝土路面斷板才可以這樣處理.

　　2)必須是滑模機(jī)械攤鋪的高強(qiáng)度和高平整度的水泥混凝土路面,而不是人工施工的一般水泥混凝土路面.在明確路面打掉人工重做以及不可能達(dá)到目前滑模機(jī)械施工的質(zhì)量時(shí),才允許采用擴(kuò)口填縫法.

　　3)水泥混凝土路面斷板縫沒有分叉,且基本垂直于路面,水平傾斜度不大于1/6(斜縮縫用1/6),平面彎曲度:在一塊板(4.5m寬)內(nèi)斷板的大致方向拉線,不大于50 cm.水泥混凝土路面斷板縫深度方向接近垂直,特別是表面附近不得為楔形斷口,才能使用擴(kuò)口填縫法.水泥混凝土路面分叉斷板,不符合斷板按縮縫處理的基本條件;水平傾斜度大于1/6的尖角斷板,使用中會(huì)引發(fā)新斷角;水平彎曲度很大的斷板,對(duì)板的荷載傳遞和接縫順直度有嚴(yán)重影響;深度方向嚴(yán)重不垂直的楔形斷口,無(wú)法確定擴(kuò)口填縫的準(zhǔn)確位置,引起表面混凝土楔形脫落.在上述這些特殊情況下,只能采用下面推薦的斷板局部或全部打掉的處理辦法.

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　　3.1.2　粘結(jié)灌漿法

　　粘結(jié)灌漿法是指采用水性低粘度環(huán)氧樹脂等粘結(jié)劑進(jìn)行水泥混凝土路面斷板縫灌漿,粘結(jié)路面斷板縫.這種處理方法,要求路面斷板縫寬至少2~3mm,否則由于粘結(jié)劑的粘度較大,很難灌進(jìn)粘結(jié)劑.施工時(shí),要求路面斷板縫的表面貼上封條,從斷板的一側(cè)灌漿,另一側(cè)擠壓出粘結(jié)劑.灌漿材料一定要比原有混凝土路面抗拉強(qiáng)度高,保證灌漿后不再?gòu)臄喟逄帞嗔?處理水泥混凝土路面斷板的實(shí)踐證明:粘結(jié)灌漿法不大適合于水泥混凝土路面斷板修復(fù).其原因是水泥混凝土路面攤鋪后,產(chǎn)生溫度和濕度翹曲應(yīng)變,使板底和基層之間有間隙,填灌的粘結(jié)劑具有相當(dāng)數(shù)量從板底流失,粘結(jié)劑的損耗較多,填滿一條斷板的費(fèi)用高于打掉人工重做混凝土路面板的費(fèi)用.因此,在數(shù)條高速公路水泥混凝土路面的斷板處理中,均試采用粘結(jié)灌漿法,均因費(fèi)用過高而難以推行.

　　3.2　半破損修復(fù)混凝土路面斷板

　　半破損修復(fù)混凝土路面斷板,亦稱錨釘修復(fù)法,是介于破損修復(fù)和半破損修復(fù)之間的淺層縱向修復(fù)方法.施工時(shí),采用切縫機(jī)垂直斷板裂縫形成兩條間距50mm左右的切口,切口深度中間不小于8 cm,兩側(cè)不小于5 cm,平面上可按斷板裂縫走向錯(cuò)開布置.然后,鑿除50mm范圍內(nèi)的混凝土,并開鑿到不小于8 cm同樣深度,用直徑12mm以上的螺紋鋼筋形成兩頭帶彎鉤的扒釘,安裝扒釘?shù)闹械街芯嚯x為300mm,再灌樹脂砂漿或高強(qiáng)度補(bǔ)償收縮細(xì)石混凝土,搗實(shí)并修平表面.灌注錨固扒釘時(shí)使用的材料,要求不僅強(qiáng)度應(yīng)高于路面混凝土,而且顏色應(yīng)盡可能與路面混凝土相同或接近.在夏季,用該方法修復(fù)混凝土路面斷板時(shí),斷口寬度小于1mm時(shí),可對(duì)未切開路面斷板其它部位不灌漿處理;斷口寬度1~2mm時(shí),宜灌注樹脂粘結(jié)劑;斷口寬度≥3mm時(shí),或在其它低溫季節(jié)修復(fù)混凝土路面斷板時(shí),應(yīng)對(duì)未切開路面斷板縫進(jìn)行粘結(jié)劑或水泥漿灌縫處理.所以,錨釘修復(fù)法特別適用于修復(fù)拉桿失效后張開位移量較寬的縱縫.

　　3.3　破損修復(fù)混凝土路面斷板

　　3.3.1　非全厚度的修復(fù)法

　　《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTJ073-96)規(guī)定[2],混凝土路面斷板可以采用局部條塊鋸除罩面修復(fù)法.要求橫向切開表面≥7 cm深(非全厚度的修補(bǔ)),平行斷板兩側(cè)各15 cm寬(兩條切縫的距離應(yīng)視斷板裂縫的彎曲程度確定),在垂直斷板方向增設(shè)長(zhǎng)30 cm,最小直徑12mm,間距不大于20 cm,平行斷板方向綁扎最小直徑6mm,2~3根的螺紋鋼筋網(wǎng).然后,在鑿開的7~12 cm深以及清理干凈的表面上,涂低水灰比的水泥漿或樹脂粘結(jié)劑,再澆筑同顏色高強(qiáng)補(bǔ)償收縮混凝土,表面修整成與路面平整度及抗滑構(gòu)造相同.

　　3.3.2　全厚度的修復(fù)法

　　按英國(guó)和美國(guó)《水泥混凝土路面修復(fù)方法》,采用全厚式局部切割修復(fù)斷板(寬度不小于1m),需要在兩側(cè)路面邊壁上鉆孔并植入傳力桿.同時(shí),在斷板處布置與上述基本相同的鋼筋網(wǎng),將一條斷板接縫變成兩條帶傳力桿的縮縫.修補(bǔ)混凝土亦要高強(qiáng),但無(wú)需補(bǔ)償收縮,局部表面修整的路面平整度及抗滑構(gòu)造要求與路面相同;灌縫材料及施工技術(shù)要求也與路面縮縫填縫時(shí)相同.

　　3.4　全板重鋪法

　　在廣東地區(qū),對(duì)水泥混凝土路面斷板控制的要求很高,不允許有斷板彎曲縮縫,發(fā)生斷板的水泥混凝土路面板要求全部推掉,重新攤鋪.重新攤鋪的水泥混凝土路面要求精心整平,路面平整度不能大于3mm[3].抗滑構(gòu)造要求與路面施工時(shí)相同.這種方法的問題在于重新施工的1~2塊斷裂的路面板必定采用人工施工,除非精心修復(fù),其制作的局部幾塊板的混凝土密實(shí)度、抗折強(qiáng)度、路面平整度和抗滑構(gòu)造均不及滑模攤鋪機(jī)連續(xù)攤鋪的水泥混凝土路面板的質(zhì)量.

4　結(jié)束語(yǔ)

　　從水泥混凝土路面施工實(shí)踐可知,在進(jìn)行水泥混凝土路面斷板修復(fù)之前,應(yīng)首先判斷導(dǎo)致路面斷板的原因,通過測(cè)量路面斷板兩側(cè)的沉降,排除由于基層不均勻沉降造成的斷板,方可采用全厚度非破損或半破損的修復(fù)方法.如果通過測(cè)量證明是由于基層不均勻沉降造成的斷板,則必須采用全厚度的局部或全板的修復(fù)方法.在采用全板厚的修復(fù)方法之前,首先應(yīng)處理和整平基層,再攤鋪或修補(bǔ)面層.