淺談水泥混凝土路面施工技術(shù)

 淺談水泥混凝土路面施工技術(shù)

　　摘要:水泥混凝土路面作為一種高級(jí)路面結(jié)構(gòu)形式，以其強(qiáng)度高、穩(wěn)定性和耐久性好、耐高溫、耐磨耗以及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。為了更好地解決水泥混凝土路面的施工設(shè)計(jì)與維護(hù)中常見的問題，文章介紹了水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，以及在施工設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的幾個(gè)問題，同時(shí)結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)介紹了部分維修技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：水泥混凝土；路面；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；維修

　　道路主要是由路基和路面組成。路基是在地表按照道路路線位置和一定技術(shù)要求開挖或堆填而成的巖土結(jié)構(gòu)。路面是在路基頂面行車部分用各種堅(jiān)硬材料鋪設(shè)的層狀結(jié)構(gòu)物。有了路基路面，車輛才能沿著預(yù)定路線，通暢、快速、安全、舒適、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。路面是道路結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其功能是供汽車在其上以一定的速度安全、舒適、經(jīng)濟(jì)地行駛。路面的好壞直接影響到行車速度、運(yùn)輸成本、行車安全和舒適程度。水泥混凝土路面作為一種高級(jí)路面結(jié)構(gòu)形式，因其強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、耐久性好、耐高溫、耐磨耗以及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。城市道路中水泥混凝土路面所占的比例更高�？梢灶A(yù)言，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和交通事業(yè)的迅速發(fā)展，水泥混凝土路面將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

　　(一)水泥混凝土路面的特點(diǎn)

　　一般而言，水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)層次由上而下為：面層、基層、底基層。路面結(jié)構(gòu)的主要功能是承受汽車荷載的作用。汽車荷載在路面結(jié)構(gòu)中自上而下傳遞，由于擴(kuò)散的作用，路面結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力隨著深度的增加而減小。因此，一般水泥混凝土路面各個(gè)結(jié)構(gòu)層次的強(qiáng)度和剛度自上而下逐漸降低。水泥混凝土面層即路面板，是直接也是主要承受荷載的層次。路面板的厚度一般為18~26cm。為了避免混凝土收縮產(chǎn)生不規(guī)則的裂縫，路面板一般要切縫以釋放應(yīng)力。通常切縫后板塊的長(zhǎng)度為4～6m。水泥混凝土主要是由天然砂、石材料和水泥經(jīng)過一系列物理和化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，是以水泥漿為結(jié)合料，將礦質(zhì)骨料膠結(jié)在一起而形成的具有一定力學(xué)性能的復(fù)合材料一般的基層材料有碎石、砂礫、石灰一粉煤灰穩(wěn)定粒料、水泥穩(wěn)定粒料、碾壓混凝土或貧混凝土等，最常用的是水泥穩(wěn)定粒料和石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料。

　　路基主要是由土、石材料在原地面上修筑而成，結(jié)果簡(jiǎn)單。由于地形的變化和填挖高度的不同，使得路基橫斷面各不相同，典型的路基橫斷面有路堤、路塹、半填半挖三種。它們由路基的邊坡、路肩以及支擋和排水構(gòu)造物等所組成。面層是直接同車輪和大氣相接觸的結(jié)構(gòu)層。它承受車輛荷載的較大作用，又受到降水的侵蝕和氣溫變化的不利影響。因此，同其它層次相比，面層應(yīng)具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，而且要耐磨、防滑，其表面還應(yīng)有良好的平整度和粗糙度。路面的使用品質(zhì)主要取決于面層。

　　水泥混凝土路面層可以按組成材料或施工方法的不同，分別采用普通混凝土、碾壓混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土、鋼纖維混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土或混凝土預(yù)制塊等鋪筑。

　　1．普通混凝土面層。普通混凝土路面層或稱設(shè)接縫素混凝土面層，是指除接縫處和一些局部范圍(如角隅、邊緣或孔口周圍)外，面層板內(nèi)不配制鋼筋的水泥混凝土面層。這是目前應(yīng)用最為廣泛的一種面層類型。道路路面的混凝土面層通常采用等厚斷面，其厚度變動(dòng)在180~300mm范圍內(nèi)，視軸載大小和作用次數(shù)以及混凝土強(qiáng)度而定。

　　2．碾壓混凝土面層。普通混凝土面層通過在混凝土混合料內(nèi)部進(jìn)行振搗使之密實(shí)成型，而碾壓混凝土面層則采用路碾在混凝土混合料表面進(jìn)行壓實(shí)成型。這類面層具有不需專用的混凝土鋪面機(jī)械施工，完工后可以較早地開放交通，以及可以通過粉煤灰摻代水泥而降低造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。然而其表面的平整度較差，混合料性質(zhì)的均勻性也較差(也即變異性大)，接縫處難以設(shè)置拉桿或傳力桿。因而，碾壓混凝土面層目前只主要用于行車速度不太高的道路、停車場(chǎng)或停機(jī)坪的面層；或者用作下面層或基層。碾壓混凝土混合料的集料公稱最大粒徑為19mm；用作下面層時(shí)，最大粒徑可略大。水泥用量不低于280kg／m3(非冰凍區(qū))或310kg／m3。(冰凍區(qū))。面層厚度和接縫設(shè)置與內(nèi)部振搗式普通混凝土面層相同。

　　3．鋼筋混凝土面層。這是一種為防止混凝土面層板產(chǎn)生的裂縫縫隙張開，而在板內(nèi)配置縱向和橫向鋼筋的混凝土面層。通常，它僅在下述情況下采用：(1)板的長(zhǎng)度較大，如6～8m以上；(2)板下埋有溝、管、線等地下設(shè)施或者路基可能產(chǎn)生不均勻沉降而使板開裂；(3)板的平面形狀不規(guī)則或板內(nèi)開設(shè)孔口等。

　　4．連續(xù)配筋混凝土面層。這是一種除施工縫外在路段長(zhǎng)度內(nèi)不設(shè)橫縫，而配置縱向連續(xù)鋼筋和橫向鋼筋的混凝土面層�？v向鋼筋的配筋率通常為0．6％～0．8％，橫向鋼筋的用量約為縱向鋼筋的1／5～1／8。連續(xù)鋼筋混凝土面層的厚度，可與普通混凝土面層的厚度相同，或?yàn)楹笳叩?．8～0．9倍。由于不設(shè)橫縫，面層會(huì)產(chǎn)生橫向收縮裂縫，其平均間距約為1．0～4．5m。但由于縱向鋼筋的作用，縫隙的寬度較小平均約為0．2～0．5mm。為了約束連續(xù)配筋混凝土面層端部的過量縱向位移，以減小對(duì)鄰接構(gòu)造物或其他路面的推力(或壓力)，在其端部需設(shè)置鋼筋混凝土矩形地梁或?qū)捯砭壒ぷ咒撳^固措施。這類面層由于鋼筋用量大，造價(jià)較高，一般適用于高速公路或交通繁重的道路。

　　(二)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的幾個(gè)問題

　　1．混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　主要是提供一種壽命周期費(fèi)用最小的路面結(jié)構(gòu)，使其在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)按規(guī)定的可靠度水平，承受預(yù)期交通荷載的作用，滿足預(yù)定使用性能的要求。路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在合理選擇和組合路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，分析各設(shè)計(jì)變量同結(jié)構(gòu)響應(yīng)和使用性能指標(biāo)問的關(guān)系，由此確定所需要的混凝土面層厚度及其它結(jié)構(gòu)參數(shù)。2002年的《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD40--2002)，總結(jié)吸收了近年來最新的研究成果，主要增加了路面結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)和加鋪瀝青面層的設(shè)計(jì)方法，并針對(duì)重荷載，修正了應(yīng)力計(jì)算公式，拓寬了應(yīng)力分析使用范圍，充實(shí)了連續(xù)配筋混凝土面層配筋方法，細(xì)化了路面結(jié)構(gòu)組合和材料組成性質(zhì)參數(shù)要求，修改了舊混凝土路面調(diào)查和評(píng)定方法，還補(bǔ)充了交通分析方法。

　　在進(jìn)行混凝土路面設(shè)計(jì)時(shí)，如果能大概知道所擬定的路面結(jié)構(gòu)究竟能承受多大車輛荷載的作用而不至于破壞，那么將對(duì)設(shè)計(jì)起到很大的幫助作用。因此，可以從路面結(jié)構(gòu)極限承載力的概念出發(fā)，在給定各級(jí)車輛的軸載大小的情況下，可以通過反算而擬定出滿足承載力要求的典型路面結(jié)構(gòu)形式。見表l。

　    水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)是以最低的壽命周期費(fèi)用提供一種在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)滿足預(yù)定使用性能要求的路面結(jié)構(gòu)。路面的設(shè)計(jì)使用期是指新建或改建的路面從開始使用至使用性能退化到預(yù)定的最低標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的時(shí)間段。路面使用性能包括結(jié)構(gòu)性能和功能性能，在路面的使用期內(nèi)隨行車荷載和環(huán)境因素的不斷作用而逐漸衰減，路面在使用末期內(nèi)不一定損壞到無法使用，而是必須采取重大的措施(例如加鋪面層等)以恢復(fù)其使用性能。路面使用初期的使用性能主要與施工技術(shù)水平和施工質(zhì)量有關(guān)，在行車荷載和環(huán)境因素的綜合作用下，其使用性能退化的速率主要與路面結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)有關(guān)。水泥混凝土路面是一種復(fù)合式結(jié)構(gòu)，路面結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)主要包括4方面：復(fù)合結(jié)構(gòu)的組合性質(zhì)；各結(jié)構(gòu)層的材料性質(zhì)；面層接縫和配筋等構(gòu)造的性質(zhì)；路面表面的構(gòu)造特性。

　　水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包含結(jié)構(gòu)、材料和表面特性，主要分為以下七部分：

　　(1)行車道路路面結(jié)構(gòu)的組合設(shè)計(jì)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件、交通要求和材料供應(yīng)等情況，選擇路面的結(jié)構(gòu)層次、各結(jié)構(gòu)層次的類型和厚度以組合成能提供均勻、穩(wěn)定支承、減輕或防止卿泥和錯(cuò)臺(tái)等病害、承受預(yù)期車輛荷載作用、滿足路面設(shè)計(jì)使用性能和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用要求的路面結(jié)構(gòu)。

　　(2)面層接縫構(gòu)造和配筋設(shè)計(jì)。確定面層板塊的平面尺寸，選擇和布置路面接縫的類型和位置，設(shè)計(jì)接縫的構(gòu)造(傳荷裝置和填封)，確定板內(nèi)的配筋用量和鋼筋布置。

　　(3)路面排水設(shè)計(jì)。選擇路面內(nèi)部排水系統(tǒng)的布設(shè)方案，確定各項(xiàng)排水設(shè)施的構(gòu)造尺寸和材料規(guī)格要求。

　　(4)路肩鋪面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)。選擇路肩的結(jié)構(gòu)層次、各結(jié)構(gòu)層的類型和厚度。

　　(5)面層厚度設(shè)計(jì)。確定為滿足設(shè)計(jì)使用期內(nèi)要求所需的混凝土面層厚度。

　　(6)各結(jié)構(gòu)層材料組成設(shè)計(jì)。選擇合適的組成材料，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)以提供滿足各結(jié)構(gòu)層性能要求的混合料。

　　(7)路面表面特性設(shè)計(jì)。進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)的路面抗滑和降噪設(shè)計(jì)，提供滿足抗滑、低噪聲要求的路面表面的技術(shù)措施。

　　2．結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)方法步驟：

　　考慮混凝土路面的極限承載能力時(shí)，路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程和方法與普通水泥混凝土有所不同，基本可遵循下述步驟進(jìn)行：

　　(1)收集并分析交通參數(shù)。采集初始年日平均交通量和交通組成、軸載譜、歷年交通量及交通組成，確定方向分配系數(shù)和車道分配系數(shù)。在此基礎(chǔ)上計(jì)算軸載換算系數(shù)和設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)，選定設(shè)計(jì)使用期和交通量平均增長(zhǎng)率，計(jì)算設(shè)計(jì)使用期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)作用次數(shù)。根據(jù)重載車輛的軸載分布特征，通過概率統(tǒng)計(jì)的方法，推算設(shè)計(jì)期內(nèi)對(duì)應(yīng)不同出現(xiàn)概率的最大軸載值。

　　(2)確定最不利車輛軸載值和溫度梯度值。根據(jù)公路所在自然區(qū)劃，按規(guī)范給定的最大溫度梯度值，繪制該區(qū)的日溫度梯度頻率分布曲線。綜合考慮車輛軸載與溫度梯度，得出一定總體保證率下對(duì)應(yīng)的最不利車輛軸載值和溫度梯度值。

　　(3)初擬路面結(jié)構(gòu)。按交通狀況、環(huán)境(氣溫和降水)、土基(土質(zhì)、地下水位)和材料供應(yīng)等條件，選擇路面結(jié)構(gòu)層次組合及各層的類型和材料組成，擬定各結(jié)構(gòu)層的厚度、面層板的平面尺寸及接縫類型和構(gòu)造。

　　(4)混合料組成設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)參數(shù)確定。設(shè)計(jì)面層和基層混合料的配合比，試驗(yàn)確定混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度和彈性模量以及基層、墊層和土基的回彈模量。

　　(三)水泥混凝土路面維修技術(shù)

　　隨著公路達(dá)到使用年限逐漸產(chǎn)生破壞，最終需要作某些處理。為了提高該路段的養(yǎng)護(hù)技術(shù)和服務(wù)水平，最大限度地發(fā)揮起功能，使有限的資源獲得最大的價(jià)值，為公路使用者提供安全、舒適和經(jīng)濟(jì)的服務(wù)，對(duì)該路段的大中修或改善養(yǎng)護(hù)規(guī)劃就顯得至關(guān)重要。處理的方法根據(jù)實(shí)際情況，可以從簡(jiǎn)單的維修，直至徹底重建，對(duì)于承受中等和繁重的交通的路面，最普遍的處理方法實(shí)在就路面上鋪設(shè)加鋪層。水泥混凝土路面根據(jù)使用質(zhì)量評(píng)定，需進(jìn)行大修時(shí)，應(yīng)根據(jù)面積、基礎(chǔ)、面層情況、交通量等，分別選用水泥混凝土路面或?yàn)r青路面結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行舊混凝土路面加鋪層之前，應(yīng)調(diào)查下列內(nèi)容：

　　(1)公路修建和養(yǎng)護(hù)技術(shù)資料。路面結(jié)構(gòu)和材料組成、接縫構(gòu)造及養(yǎng)護(hù)歷史等；

　　(2)路面損壞狀況。損壞類型、輕重程度、范圍及修補(bǔ)措施等；

　　(3)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。路表彎沉、接縫傳荷能力、板底脫空狀況、面層厚度和混凝土強(qiáng)度等；

　　(4)已承受的交通荷載及預(yù)計(jì)交通需求，交通量、軸載組成及增長(zhǎng)率等；

　　(5)環(huán)境條件。沿線氣候條件、地下水以及路基和路面的排水狀況等。

　　另外，接縫是水泥混凝土板塊的薄弱部位，一旦填縫料老化損壞，要立即更換填縫料，否則冬季水泥混凝土板塊收縮，填縫料與板塊之間被拉開形成孔隙，雨雪水滲入路基，造成板塊卿泥。此外，堅(jiān)硬的石子落入縫內(nèi)，夏天板塊受熱膨脹，石子易將板邊擠碎。填縫料的修復(fù)辦法較為簡(jiǎn)單，主要是將舊填縫料和接縫清干凈，重新灌入新填縫料，其關(guān)鍵是保證填縫料的更換，應(yīng)做到飽滿、密實(shí)、粘接牢固，保持接縫完好，表面平順，清縫、灌縫宜采用專用機(jī)具。同時(shí)，填縫料更換宜選在春秋兩季，或在當(dāng)?shù)啬隁鉁鼐又星腋稍锏募竟?jié)進(jìn)行�？锥础⒖硬壑饕�是由于混凝土材料中夾帶塊木、紙張和泥塊等雜物所致，影響行車的舒適性。其修補(bǔ)應(yīng)根據(jù)不同情況采取相應(yīng)的措施，對(duì)個(gè)別的坑洞，應(yīng)清除洞內(nèi)雜物，用水泥砂漿等材料填充，達(dá)到平整密實(shí)：對(duì)較多坑洞且連成一片的，應(yīng)采取薄層修補(bǔ)方法進(jìn)行修補(bǔ)；低等級(jí)公路對(duì)面積較大，深度在3cm以內(nèi)，成片的坑洞，可用瀝青混凝土進(jìn)行修補(bǔ)。

　　(四)結(jié)束語

　　我國(guó)目前正處于經(jīng)濟(jì)大發(fā)展階段，已有的路面無法滿足日益增長(zhǎng)的車輛運(yùn)行，剛度大，荷載擴(kuò)散能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好的水泥混凝土路面在我國(guó)目前的基礎(chǔ)建設(shè)中仍將有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展前景；另一方面隨著石油價(jià)格一路攀升，導(dǎo)致瀝青價(jià)格逐年上漲，直接引起高速公路瀝青混凝土路面造價(jià)的提高。隨著材料科學(xué)的深入研究，各種化工廢料、礦渣都已經(jīng)變廢為寶，制成了各種性能和用途的水泥。水泥作為一種筑路材料，以其取用材料廣泛，造價(jià)低，在我國(guó)具有廣闊的發(fā)展空間。

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