谈高等级公路水泥混凝土路面接缝施工
摘 要 从施工和实践角度,对高等级公路水泥混凝土路面接缝在施工中存在的问题,以及施工规范中没有明确提出解决方法的问题和不明确的概念进行了探讨研究,并提出解决的方法。
关键词 水泥混凝土 路面 接缝(胀缝、缩缝、纵缝和施工缝) 施工
水泥混凝土路面具有承载力大,整体性、稳定性好,使用寿命长,抗侵蚀能力强,日常养护费用少,有利于夜间行车等优点。同时修筑水泥混凝土路面还能合理利用我国充足的水泥资源,缓和高质量沥青供应紧张情况,是高等级重交通公路路面的主要类型之一。
随着高等级水泥混凝土路面在我国修筑里程的增多,许多问题也突显出来,尤其是接缝技术,是水泥混凝土路面设计、施工和养护管理中的关键技术难点,本文从施工方面阐述提高接缝技术水平的方法和措施。 1 胀缝施工
《公路水泥混凝土路面设计规范》指出:在邻近桥梁或其他固定构造物处或其他道路相交处应设置横向胀缝注[1]。
通过对各地水泥混凝土路面情况调查和研究分析,我们将胀缝分成2种类型。第一类胀缝包括路面与柔性路面相接处、板厚改变处、隧道口、小半径平曲线和凹型竖曲线纵坡变换处、路面与桥头双层钢筋混凝土搭板之间的胀缝。这类胀缝均设置传力杆并采用加强钢筋骨架,其宽度不小于50 cm,两侧总宽度不小于102 cm,骨架箍筋直径12~16 mm,间距不小于20 cm,如图1所示。路面与桥头双层钢筋混凝土搭板之间的胀缝,搭板一侧取消钢筋骨架,传力杆
焊于搭板钢筋骨架上。胀缝板要求与路面中心线垂直,且缝壁要垂直路面,缝隙宽度一致,缝中完全不连浆。为保证胀缝不起拱不错台,可在胀缝下设置枕梁,并与路面板用钢筋锚固在一起。
图1 第一类胀缝构造图 (单位:cm)
第二类胀缝为路面同结构物相接处,主要是梁跨小于10 m的小桥涵桥面铺装与桥头搭板之间设置的隔离伸缩缝,不设置传力杆,中间胀缝板和表面填缝与其他胀缝相同。因梁跨小不宜设置桥梁伸缩缝,这种胀缝是介于胀缝与伸缩缝之间的一种类型,如图2所示。这种缝因一般在梁端下部设有橡胶支座,梁体与搭板之间在荷载作用下产生的竖向位移不同,容易产生错台现象,胀缝边缘受到水平力冲击作用,极易造成边角破损,这种现象无法回避。因此,需用异型钢板(角钢或槽钢)加强胀缝上边缘,并与两侧钢筋网或锚固钢筋焊接。 胀缝施工必须满足设计要求,一般有2种施工方法:①顶头木模(钢模)固定传力杆安装方
法,适用于混凝土板不连续浇筑时设置的胀缝;②支架固定传力杆安装的方法,适用于混凝土板连续浇筑时设置的胀缝[2]。
图2 第二类胀缝构造图
对于胀缝施工的第一种方法,一般只适用低等级公路的人工或半机械化施工。在铺筑到胀缝位置时,胀缝一侧砼板不能浇筑,只有等到先前浇筑的砼板强度上来以后,拆除顶头木模,才能浇筑另一侧。这种施工方式既不能保证施工连续性,也降低了胀缝处砼面的平整度,同时也不符合机械化连续施工的要求。
对于高等级公路连续施工,一般采用第二种胀缝施工方法。结合我们在胀缝设计中的分析,将胀缝板、传力杆、传力杆帽及胀缝补强钢筋骨架构造成完整的胀缝支架组件。一种方法是待水泥砼摊铺完毕强度上来以后,用叠合双锯片切出胀缝上部,剔除胀缝内砼,填筑缝料,这种方法因施工中胀缝板与填缝槽对中不好,槽宽不均一及早期裂缝无法避免等问题已基本不使用。现在常用的方法是在铺筑过后,即剔除胀缝板上部砼,对中放上3 cm×2 cm软木条,顶面与路面相平或微凹,用人工捣实并抹平砼路面胀缝部位,等到填缝时再将软木条剔出[3]。
施工时有几点必需特别注意:①胀缝支架固定要牢固。不允许被滑模摊铺机强大的摊挤力摊挤移动、变形、弯曲或倾斜。因此,必须加强胀缝支架和胀缝板的固定工作。实践证明,当基层为水泥或二灰稳定粒料时,固定胀缝板钢钎每侧不少于每米1根,钢筋骨架每侧每米不少于1根,钢钎打入基层深度不小于5 cm,并保证胀缝板、传力杆位置精确;②振捣棒的最低位置应高于胀缝板的顶面,不得拖斜或振坏胀缝板;③胀缝板位置应严格标记,便于镶嵌软木。
对于无传力杆的第二类胀缝,待混凝土铺过后剔除胀缝部位混凝土,焊好角钢或槽钢,换填钢纤维混凝土并振捣抹平。
实践证明,如果传力杆安装精度过低,当板面因温度变化胀缝缩时,传力杆不能沿板长方向平顺滑动,极易造成砼板破坏。因此,从施工质量控制角度看,必须对胀缝、工作缝、缩缝传力杆及胀缝板的安装精度提出定量指标要求。参照美国及其他一些国家的施工规范,我们提出具体精度要求如表1所列。
表1 传力杆及胀缝板安装精度
2 缩缝施工
水泥混凝土路面横向缩缝有带传力杆与不带传力杆2种。缩缝中的传力杆,一侧要涂沥青、油漆等润滑剂,平面上涂沥青与不涂沥青的要交错放置,中间没有胀缝板,不设加强钢筋骨架,不戴套,其他方面和安装精度同胀缝传力杆。传力杆施工分为支架施工和自动传力杆插入机施工2种方式。
缩缝的施工方法应采用切缝法,当受到条件限制时可采用压缝法。但压缝法不仅对平整度影响大,而且缩缝深度、宽度和顺直度均不及切缝。因此,民航机场道面和高速公路须采用切缝法。
切缝技术又分为硬切缝和软切缝两种方式,切缝时间的掌握是施工中的一个难点,也是非常重要的一个环节。切缝过早,砼仍很软,切缝啃边。切缝晚则可能出现断板。因此在施工中,不能单用规定最长切缝时间的方法控制,而是采用温度小时方法控制。但是,根据这两条进行硬切缝施工,很难将断板率控制在2‰以内。软切缝技术是美国在sharp计划中研究开发的一种新的缩缝施工技术。其原理是采用超高速切缝,在相同的条件下,相对于硬切缝而言,超高速锯缝每个锯齿的吃进量非常小,大大地减少了锯片对砼集料的扰动,同时为了实现软切缝不啃边,软切缝机在锯片部位配备了一个船形挤压底板,压住缩缝边角,有效控制了啃边现象,因此软切缝时间比硬切缝时间大大提前。软切缝时,以砼摊铺后,人能在其上面行走,抗压强度以0.5~1.0 mpa为宜。实践证明,当严格按要求施工时,断板率可控制在1‰以内。
3 纵缝和施工缝施工
3.1 纵缝施工
水泥混凝土路面的纵缝有施工缝和假缝两种。当一次铺筑宽度为单幅宽度时,纵缝为施工
缝。当一次摊铺宽度大于单幅宽度时,需按单幅宽度切割出纵缝,此时纵缝为假缝形式。纵缝一般均需设置拉杆。当纵缝为施工缝时,拉杆由侧面打入,但无论是人工、半机械化铺筑,拉杆从侧模预留孔打入,还是滑模摊铺机采用机械打拉杆部件来插入拉杆,都应在砼面成型之前将拉杆打入,以免对砼侧面及表面平整度造成破坏。
当一次摊铺宽度大于单幅宽度时,纵缝为假缝,必须配置中间拉杆插入装置,待铺筑完毕后需切缝。对砼面造成破坏的还需配置表面修整用的装置。纵缝填缝与横缝相同[2]。
3.2 横向施工缝施工
横向施工缝的位置与胀缝或缩缝设计位置吻合。施工缝应与路面中心线垂直;多车道路面及民航机场道面的施工缝应避免设在同一横断面上。施工缝加设传力杆。传力杆长度的一半锚固于混凝土中,另一半涂沥青,允许滑动。传力杆必须与缝壁垂直。
对于施工缝,关键在于控制其标高和平整度。在施工时必须采用测量仪器,对其标高进行反复测量控制,不使其出现耷拉头的现象,并严格控制整面工作,保证平整度。
用滑模摊铺机施工时,一般可在施工完后多摊铺出1~2 m路面,待砼硬化后将其切下凿除,
再利用多钻头钻孔机打孔插入传力杆。在全部缩缝加传力杆施工时,可在传力杆中间切缝凿除多余砼,但应避免损伤成型砼壁。
4 填缝材料
4.1 填缝材料质量与性能
填缝是公路水泥混凝土路面施工中的重要环节,填缝施工的好坏,填缝材料质量和技术性能的高低直接影响路面的使用寿命和使用性能。现行规范中所列的填缝材料主要是沥青混合物类填料,其粘结力差、易脱开,热稳定性差,低温易脆、高温易软,抗嵌入能力低,易老化、耐久性差,使用时间大多不到1年,且外观及平整度均较差。近几年随着高等级水泥混凝土路面修筑里程的增多,国内对填缝材料的研究也广泛起来。采用优质材料对沥青混合物进行改性后其性能可得到很大改善,同时也研制出许多替代品种,如硅酮和改性聚胺脂填料、上海pg填缝料、有机硅填缝料等。接缝材料技术性能如表2所列。
表2 接缝材料技术性能表
4.2 填缝施工
对于高等级公路在填缝施工时,胀缝填缝施工与缩缝填缝施工要区别对待。胀缝因其缝宽、变形大,更需要精心施工,其施工工艺也比较复杂。
(1)填缝前用压缩水和压缩空气清除胀缝内的砂石及其他污染物,确保缝壁及内部干燥、洁净。
(2)把多孔泡沫塑料柔性密封背衬材料压填入胀缝下部,并检查是否漏浆,填缝材料灌注深度保证在2~3 cm之间。
(3)填缝材料灌注高度夏天应与路面相平,冬天低于路面1~2 mm。
(4)灌注完工应对其养生,夏季养生时间12~24 h,冬季24~48 h。
缩缝填缝参照胀缝填缝方法施工,但不需填底料。另外,接缝也可以用预制嵌缝条施工。
5 结语
在水泥混凝土路面施工中,无论设计还是施工,接缝是比较难处理的部分,往往由于设计上的不合理或施工过程中的疏忽,对道路造成严重的伤害。这种伤害往往在工程交工时不会显现出来,当道路通车数月或1年以上时,其所造成的伤害将逐 渐显现,如唧泥、啃边、断角、错台等病害。这种病害大幅降低了道路的通行舒适度和行车安全性,同时也增加了后期管养成本。因此,在水泥混凝土路面设计与施工中要充分注重接缝的处理,才能有效降低道路通车后的管养工作,提高道路的通行能力和行车安全。
谈高等级公路水泥混凝土路面接缝施工
摘 要 从施工和实践角度,对高等级公路水泥混凝土路面接缝在施工中存在的问题,以及施工规范中没有明确提出解决方法的问题和不明确的概念进行了探讨研究,并提出解决的方法。
关键词 水泥混凝土 路面 接缝(胀缝、缩缝、纵缝和施工缝) 施工
水泥混凝土路面具有承载力大,整体性、稳定性好,使用寿命长,抗侵蚀能力强,日常养护费用少,有利于夜间行车等优点。同时修筑水泥混凝土路面还能合理利用我国充足的水泥资源,缓和高质量沥青供应紧张情况,是高等级重交通公路路面的主要类型之一。
随着高等级水泥混凝土路面在我国修筑里程的增多,许多问题也突显出来,尤其是接缝技术,是水泥混凝土路面设计、施工和养护管理中的关键技术难点,本文从施工方面阐述提高接缝技术水平的方法和措施。 1 胀缝施工
《公路水泥混凝土路面设计规范》指出:在邻近桥梁或其他固定构造物处或其他道路相交处应设置横向胀缝注[1]。
通过对各地水泥混凝土路面情况调查和研究分析,我们将胀缝分成2种类型。第一类胀缝包括路面与柔性路面相接处、板厚改变处、隧道口、小半径平曲线和凹型竖曲线纵坡变换处、路面与桥头双层钢筋混凝土搭板之间的胀缝。这类胀缝均设置传力杆并采用加强钢筋骨架,其宽度不小于50 cm,两侧总宽度不小于102 cm,骨架箍筋直径12~16 mm,间距不小于20 cm,如图1所示。路面与桥头双层钢筋混凝土搭板之间的胀缝,搭板一侧取消钢筋骨架,传力杆
焊于搭板钢筋骨架上。胀缝板要求与路面中心线垂直,且缝壁要垂直路面,缝隙宽度一致,缝中完全不连浆。为保证胀缝不起拱不错台,可在胀缝下设置枕梁,并与路面板用钢筋锚固在一起。
图1 第一类胀缝构造图 (单位:cm)
第二类胀缝为路面同结构物相接处,主要是梁跨小于10 m的小桥涵桥面铺装与桥头搭板之间设置的隔离伸缩缝,不设置传力杆,中间胀缝板和表面填缝与其他胀缝相同。因梁跨小不宜设置桥梁伸缩缝,这种胀缝是介于胀缝与伸缩缝之间的一种类型,如图2所示。这种缝因一般在梁端下部设有橡胶支座,梁体与搭板之间在荷载作用下产生的竖向位移不同,容易产生错台现象,胀缝边缘受到水平力冲击作用,极易造成边角破损,这种现象无法回避。因此,需用异型钢板(角钢或槽钢)加强胀缝上边缘,并与两侧钢筋网或锚固钢筋焊接。 胀缝施工必须满足设计要求,一般有2种施工方法:①顶头木模(钢模)固定传力杆安装方
法,适用于混凝土板不连续浇筑时设置的胀缝;②支架固定传力杆安装的方法,适用于混凝土板连续浇筑时设置的胀缝[2]。
图2 第二类胀缝构造图
对于胀缝施工的第一种方法,一般只适用低等级公路的人工或半机械化施工。在铺筑到胀缝位置时,胀缝一侧砼板不能浇筑,只有等到先前浇筑的砼板强度上来以后,拆除顶头木模,才能浇筑另一侧。这种施工方式既不能保证施工连续性,也降低了胀缝处砼面的平整度,同时也不符合机械化连续施工的要求。
对于高等级公路连续施工,一般采用第二种胀缝施工方法。结合我们在胀缝设计中的分析,将胀缝板、传力杆、传力杆帽及胀缝补强钢筋骨架构造成完整的胀缝支架组件。一种方法是待水泥砼摊铺完毕强度上来以后,用叠合双锯片切出胀缝上部,剔除胀缝内砼,填筑缝料,这种方法因施工中胀缝板与填缝槽对中不好,槽宽不均一及早期裂缝无法避免等问题已基本不使用。现在常用的方法是在铺筑过后,即剔除胀缝板上部砼,对中放上3 cm×2 cm软木条,顶面与路面相平或微凹,用人工捣实并抹平砼路面胀缝部位,等到填缝时再将软木条剔出[3]。
施工时有几点必需特别注意:①胀缝支架固定要牢固。不允许被滑模摊铺机强大的摊挤力摊挤移动、变形、弯曲或倾斜。因此,必须加强胀缝支架和胀缝板的固定工作。实践证明,当基层为水泥或二灰稳定粒料时,固定胀缝板钢钎每侧不少于每米1根,钢筋骨架每侧每米不少于1根,钢钎打入基层深度不小于5 cm,并保证胀缝板、传力杆位置精确;②振捣棒的最低位置应高于胀缝板的顶面,不得拖斜或振坏胀缝板;③胀缝板位置应严格标记,便于镶嵌软木。
对于无传力杆的第二类胀缝,待混凝土铺过后剔除胀缝部位混凝土,焊好角钢或槽钢,换填钢纤维混凝土并振捣抹平。
实践证明,如果传力杆安装精度过低,当板面因温度变化胀缝缩时,传力杆不能沿板长方向平顺滑动,极易造成砼板破坏。因此,从施工质量控制角度看,必须对胀缝、工作缝、缩缝传力杆及胀缝板的安装精度提出定量指标要求。参照美国及其他一些国家的施工规范,我们提出具体精度要求如表1所列。
表1 传力杆及胀缝板安装精度
2 缩缝施工
水泥混凝土路面横向缩缝有带传力杆与不带传力杆2种。缩缝中的传力杆,一侧要涂沥青、油漆等润滑剂,平面上涂沥青与不涂沥青的要交错放置,中间没有胀缝板,不设加强钢筋骨架,不戴套,其他方面和安装精度同胀缝传力杆。传力杆施工分为支架施工和自动传力杆插入机施工2种方式。
缩缝的施工方法应采用切缝法,当受到条件限制时可采用压缝法。但压缝法不仅对平整度影响大,而且缩缝深度、宽度和顺直度均不及切缝。因此,民航机场道面和高速公路须采用切缝法。
切缝技术又分为硬切缝和软切缝两种方式,切缝时间的掌握是施工中的一个难点,也是非常重要的一个环节。切缝过早,砼仍很软,切缝啃边。切缝晚则可能出现断板。因此在施工中,不能单用规定最长切缝时间的方法控制,而是采用温度小时方法控制。但是,根据这两条进行硬切缝施工,很难将断板率控制在2‰以内。软切缝技术是美国在sharp计划中研究开发的一种新的缩缝施工技术。其原理是采用超高速切缝,在相同的条件下,相对于硬切缝而言,超高速锯缝每个锯齿的吃进量非常小,大大地减少了锯片对砼集料的扰动,同时为了实现软切缝不啃边,软切缝机在锯片部位配备了一个船形挤压底板,压住缩缝边角,有效控制了啃边现象,因此软切缝时间比硬切缝时间大大提前。软切缝时,以砼摊铺后,人能在其上面行走,抗压强度以0.5~1.0 mpa为宜。实践证明,当严格按要求施工时,断板率可控制在1‰以内。
3 纵缝和施工缝施工
3.1 纵缝施工
水泥混凝土路面的纵缝有施工缝和假缝两种。当一次铺筑宽度为单幅宽度时,纵缝为施工
缝。当一次摊铺宽度大于单幅宽度时,需按单幅宽度切割出纵缝,此时纵缝为假缝形式。纵缝一般均需设置拉杆。当纵缝为施工缝时,拉杆由侧面打入,但无论是人工、半机械化铺筑,拉杆从侧模预留孔打入,还是滑模摊铺机采用机械打拉杆部件来插入拉杆,都应在砼面成型之前将拉杆打入,以免对砼侧面及表面平整度造成破坏。
当一次摊铺宽度大于单幅宽度时,纵缝为假缝,必须配置中间拉杆插入装置,待铺筑完毕后需切缝。对砼面造成破坏的还需配置表面修整用的装置。纵缝填缝与横缝相同[2]。
3.2 横向施工缝施工
横向施工缝的位置与胀缝或缩缝设计位置吻合。施工缝应与路面中心线垂直;多车道路面及民航机场道面的施工缝应避免设在同一横断面上。施工缝加设传力杆。传力杆长度的一半锚固于混凝土中,另一半涂沥青,允许滑动。传力杆必须与缝壁垂直。
对于施工缝,关键在于控制其标高和平整度。在施工时必须采用测量仪器,对其标高进行反复测量控制,不使其出现耷拉头的现象,并严格控制整面工作,保证平整度。
用滑模摊铺机施工时,一般可在施工完后多摊铺出1~2 m路面,待砼硬化后将其切下凿除,
再利用多钻头钻孔机打孔插入传力杆。在全部缩缝加传力杆施工时,可在传力杆中间切缝凿除多余砼,但应避免损伤成型砼壁。
4 填缝材料
4.1 填缝材料质量与性能
填缝是公路水泥混凝土路面施工中的重要环节,填缝施工的好坏,填缝材料质量和技术性能的高低直接影响路面的使用寿命和使用性能。现行规范中所列的填缝材料主要是沥青混合物类填料,其粘结力差、易脱开,热稳定性差,低温易脆、高温易软,抗嵌入能力低,易老化、耐久性差,使用时间大多不到1年,且外观及平整度均较差。近几年随着高等级水泥混凝土路面修筑里程的增多,国内对填缝材料的研究也广泛起来。采用优质材料对沥青混合物进行改性后其性能可得到很大改善,同时也研制出许多替代品种,如硅酮和改性聚胺脂填料、上海pg填缝料、有机硅填缝料等。接缝材料技术性能如表2所列。
表2 接缝材料技术性能表
4.2 填缝施工
对于高等级公路在填缝施工时,胀缝填缝施工与缩缝填缝施工要区别对待。胀缝因其缝宽、变形大,更需要精心施工,其施工工艺也比较复杂。
(1)填缝前用压缩水和压缩空气清除胀缝内的砂石及其他污染物,确保缝壁及内部干燥、洁净。
(2)把多孔泡沫塑料柔性密封背衬材料压填入胀缝下部,并检查是否漏浆,填缝材料灌注深度保证在2~3 cm之间。
(3)填缝材料灌注高度夏天应与路面相平,冬天低于路面1~2 mm。
(4)灌注完工应对其养生,夏季养生时间12~24 h,冬季24~48 h。
缩缝填缝参照胀缝填缝方法施工,但不需填底料。另外,接缝也可以用预制嵌缝条施工。
5 结语
在水泥混凝土路面施工中,无论设计还是施工,接缝是比较难处理的部分,往往由于设计上的不合理或施工过程中的疏忽,对道路造成严重的伤害。这种伤害往往在工程交工时不会显现出来,当道路通车数月或1年以上时,其所造成的伤害将逐 渐显现,如唧泥、啃边、断角、错台等病害。这种病害大幅降低了道路的通行舒适度和行车安全性,同时也增加了后期管养成本。因此,在水泥混凝土路面设计与施工中要充分注重接缝的处理,才能有效降低道路通车后的管养工作,提高道路的通行能力和行车安全。