水泥混凝土路面斷板的施工研究

摘　要:結合滑模水泥混凝土路面工程的實際情況,分析水泥混凝土路面斷板的產生原因,提出水泥混凝土路面斷板的控制和處理措施,對于保證水泥混凝土路面的施工質量和提高水泥混凝土路面使用品質具有重要意義.

關鍵詞:水泥混凝土;路面斷板;產生原因;處理措施

　　在滑模水泥混凝土路面工程的設計和施工中,盡管采用了硬切縫和軟切縫技術,已經能夠將水泥混凝土路面斷板率控制在2‰以內,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,否則無法交工驗收.在施工里程較長時,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生原因和處理措施,是水泥混凝土路面工程技術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生原因

根據(jù)理論研究和工程實踐認為,水泥混凝土路面斷板產生的直接原因是板內溫度降低造成的拉應力超過了當時混凝土的抗拉強度.板內的混凝土溫度由三部分構成: 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)生時影響很小.路面未覆蓋養(yǎng)生時,混凝土路面板內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雜曲線,由升溫和降溫過程組成.混凝土內部應力過程線比復合溫度過程線大約滯后1~2 h,升溫時出現(xiàn)壓應力,降溫并滯后1 h才能出現(xiàn)拉應力.因此,水泥混凝土路面斷板與否取決于當時混凝土板內降低溫度造成的拉應力是否超過了當時混凝土的抗拉強度.從水泥混凝土路面施工實踐分析可知,產生水泥混凝土路面斷板的原因是錯綜復雜的,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,日施工進度快,攤鋪里程與其它施工方式相比較長.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生斷板的原因是錯綜復雜的,按目前的研究認為有下述幾個方面的影響因素:

1)溫度應力高于混凝土路面的抵抗拉裂強度而造成的斷板.這是一種主要的滑模攤鋪水泥混凝土路面施工斷板形式.改進的方式是采用軟切縫機,提早切縫.因為軟切縫機既能提早切縫,又能在早切縫時防止啃邊.

2)基層強度過低,路基或基層已經斷裂,水泥混凝土路面施工過程切縫不及時,或在路面混凝土凝結硬化過程中,因路面強度不足,會造成基層的反射斷板.對于反射斷板,最有效的防止措施有:(1)對應提前軟切縫.在對應基層裂縫切縫的兩側,將縮縫調整為不等間距縮縫.最大板長小于6m,最小板長不得短于板寬(行車道板寬3.75~4.5m);(2)在基層已經開裂部位,滑模攤鋪之前采用熱瀝青粘結寬度不窄于1 m的瀝青油毛氈或土工網(wǎng)格.工程實踐證明,這兩種方式均能有效地防止路面混凝土凝結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)或水泥的安達性(小立窯水泥),也會引發(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型快硬早強高熱水泥;(2)在日溫差較大的場合施工,粉煤灰摻量應不大于15%;

(3)采用軟切縫技術.

4)滑模攤鋪水泥混凝土路面時,因滑模攤鋪機操作不當或混凝土混合料的工作性不合適而造成的拉裂型斷板;或施工等料時間過長,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,由于混凝土板內的拉應力引起的.工程實踐表明,最有效的措施是提前并及時軟切縫,可將施工斷板率有效控制在1‰以內.

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產生的早期斷板,其主要原因是: 1)施工進度過快.當年施工路基、基層和混凝土路面,路基固結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.當混凝土面層收縮時,基層對路面的局部摩擦阻力過大,使水泥混凝土路面板內產生過大的拉應力導致斷裂.這也是要求上半部基層施工的標高偏高后,不應該實施銑刨基層的原因之一.目前,對于下述問題:(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,對路基表面的彎沉差要求是多少?正在通過斷裂力學理論研究.當前,防止早期斷板形成的主要方式是延長施工時間,路基沉降固結最快需要1~3 a,特別是通過幾個雨季的加速固結沉降,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,其主要原因是所采用的基層不耐沖刷,路面結構橫向排水不通暢,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　設計使用壽命終了的混凝土路面斷板

設計使用壽命到達的水泥混凝土路面斷板是一種假想的設計斷板狀態(tài).實際上,這種混凝土路面斷板并非一定發(fā)生.在一般情況下,30年當中沒有斷裂,30年后亦不斷板.否則,不可能產生國內水泥混凝土路面使用壽命達40年以及國外水泥混凝土路面使用壽命達80余年無大修的水泥混凝土路面.

2　采用硬切縫和軟切縫技術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,混凝土路面斷板產生的直接原因是板內降低溫度造成的拉應力超過了當時混凝土的抗拉強度,應當根據(jù)混凝土路面板內復合溫度造成的拉應力曲線確定硬切縫時間.但是,在實際施工中應用很困難.一個簡單的方法是僅關注氣溫曲線,將混凝土復合溫度曲線和拉應力滯后均作為斷板的安全儲備.那么,最長的時間應該從夜間1~3點鐘,復合溫度曲線的最高點開始切縫,到凌晨4點鐘混凝土溫度曲線降低到最低點以前,可能斷板的拉應力尚未達到,前一天攤鋪的路面均應切縫完畢.在氣溫較低的季節(jié)施工,硬切縫機不能鋸縫,應該使用軟切縫機鋸縫.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,即進行鋸縫.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　非破損修復混凝土路面斷板

3.1.1　擴口填縫法

擴口填縫法處理斷板是各發(fā)達國家在滑模攤鋪水泥混凝土路面施工中采用的一項簡單技術.其思路是滑模攤鋪水泥混凝土路面的強度很高,打掉重新澆鑄人工制作的小塊水泥混凝土路面,其抗折強度和施工質量遠低于滑模攤鋪水泥混凝土路面,主張不打掉強度和平整度良好的滑模機械攤鋪的水泥混凝土路面,將斷板作為縮縫來處理.即采用直徑很小(10~20 cm)的小鋸片順斷板縫擴大縫口,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收規(guī)范中有質量要求,擴口填縫法處理水泥混凝土路面斷板數(shù)量不得大于2‰的質量要求.只有在這個數(shù)量以內的水泥混凝土路面斷板才可以這樣處理.

2)必須是滑模機械攤鋪的高強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到目前滑模機械施工的質量時,才允許采用擴口填縫法.

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,使用中會引發(fā)新斷角;水平彎曲度很大的斷板,對板的荷載傳遞和接縫順直度有嚴重影響;深度方向嚴重不垂直的楔形斷口,無法確定擴口填縫的準確位置,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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