水泥混凝土路面断板的施工研究

　　关键词:水泥混凝土;路面断板;产生原因;处理措施

　　在滑模水泥混凝土路面工程的设计和施工中,尽管采用了硬切缝和软切缝技术,已经能够将水泥混凝土路面断板率控制在2‰以内,但是由于施工条件等原因,仍然不可能完全根除水泥混凝土路面断板.虽然存在2‰的水泥混凝土路面断板率,与水泥混凝土路面完整板相比,仅占极小的比例.但是,按水泥混凝土路面工程施工规范要求,规定这些断板非处理不可,否则无法交工验收.在施工里程较长时,需要处理的断板总量仍不小,并且断板处理难度大.因此,水泥混凝土路面断板的产生原因和处理措施,是水泥混凝土路面工程技术人员必须清楚的问题,也是本文的研究课题.

1　水泥混凝土路面断板的产生原因

　　根据理论研究和工程实践认为,水泥混凝土路面断板产生的直接原因是板内温度降低造成的拉应力超过了当时混凝土的抗拉强度.板内的混凝土温度由三部分构成: 1)混凝土搅拌后的自身温度;2)水化热引起的温升;3)外界气温.外界气温在未覆盖养生条件下有很大影响,但采用覆盖养生时影响很小.路面未覆盖养生时,混凝土路面板内的温度过程线是本身温度加水化热并受外界气温影响的复杂曲线,由升温和降温过程组成.混凝土内部应力过程线比复合温度过程线大约滞后1~2 h,升温时出现压应力,降温并滞后1 h才能出现拉应力.因此,水泥混凝土路面断板与否取决于当时混凝土板内降低温度造成的拉应力是否超过了当时混凝土的抗拉强度.从水泥混凝土路面施工实践分析可知,产生水泥混凝土路面断板的原因是错综复杂的,影响因素是各种各样的.本文从水泥混凝土路面断板出现的早晚,分析产生水泥混凝土路面断板的原因.

　　1.1　施工期的混凝土路面断板

　　滑模摊铺水泥混凝土路面施工期间,由于其摊铺速度快,日施工进度快,摊铺里程与其它施工方式相比较长.因此,滑模摊铺水泥混凝土路面施工比摊铺速度慢、摊铺里程短的施工方式更容易产生断板.由此可见,在施工期间的断板防治尤为突出和重要.滑模摊铺水泥混凝土路面施工期产生断板的原因是错综复杂的,按目前的研究认为有下述几个方面的影响因素:

　　1)温度应力高于混凝土路面的抵抗拉裂强度而造成的断板.这是一种主要的滑模摊铺水泥混凝土路面施工断板形式.改进的方式是采用软切缝机,提早切缝.因为软切缝机既能提早切缝,又能在早切缝时防止啃边.

　　2)基层强度过低,路基或基层已经断裂,水泥混凝土路面施工过程切缝不及时,或在路面混凝土凝结硬化过程中,因路面强度不足,会造成基层的反射断板.对于反射断板,最有效的防止措施有:(1)对应提前软切缝.在对应基层裂缝切缝的两侧,将缩缝调整为不等间距缩缝.最大板长小于6m,最小板长不得短于板宽(行车道板宽3.75~4.5m);(2)在基层已经开裂部位,滑模摊铺之前采用热沥青粘结宽度不窄于1 m的沥青油毛毡或土工网格.工程实践证明,这两种方式均能有效地防止路面混凝土凝结硬化过程中因基层裂缝引发的反射断板.

　　3)由于水泥的水化热过高(如R型水泥)或水泥的安达性(小立窑水泥),也会引发早期断板.使用粉煤灰的水泥混凝土路面早期抗拉强度过小,更容易断板.防止的办法: (1)不使用立窑水泥和R型快硬早强高热水泥;(2)在日温差较大的场合施工,粉煤灰掺量应不大于15%;

　　(3)采用软切缝技术.

　　4)滑模摊铺水泥混凝土路面时,因滑模摊铺机操作不当或混凝土混合料的工作性不合适而造成的拉裂型断板;或施工等料时间过长,有施工连接冷缝引起的摊铺断板.上述的两种摊铺断板属于摊铺故障,必须在施工控制中予以消除.综上所述,滑模摊铺水泥混凝土路面的施工断板,是在摊铺里程、材料、基层、温差和施工等因素综合作用下,由于混凝土板内的拉应力引起的.工程实践表明,最有效的措施是提前并及时软切缝,可将施工断板率有效控制在1‰以内.

　　1.2　通车1~2年的早期混凝土路面断板

　　水泥混凝土路面通车1~2 a产生的早期断板,其主要原因是: 1)施工进度过快.当年施工路基、基层和混凝土路面,路基固结沉降尚未完成就施工路面,由路基不稳定和不均匀沉降过大所致;2)路基和基层稳定的条件下,上基层表面的粗糙度过大.当混凝土面层收缩时,基层对路面的局部摩擦阻力过大,使水泥混凝土路面板内产生过大的拉应力导致断裂.这也是要求上半部基层施工的标高偏高后,不应该实施铣刨基层的原因之一.目前,对于下述问题:(1)水泥混凝土路面不发生断板的路基临界沉降量是多少? (2)不允许水泥混凝土路面早期断板时,对路基表面的弯沉差要求是多少?正在通过断裂力学理论研究.当前,防止早期断板形成的主要方式是延长施工时间,路基沉降固结最快需要1~3 a,特别是通过几个雨季的加速固结沉降,才允许水泥混凝土路面施工.

　　1.3　使用期的混凝土路面断板

　　水泥混凝土路面的使用期断板发生在通车2~5 a之内,其主要原因是所采用的基层不耐冲刷,路面结构横向排水不通畅,由唧泥和掏空基层所造成使用期的混凝土路面断板[1].防止使用期的混凝土路面断板的控制措施有:1)采用抗冲刷性的基层类型;2)提高接缝材料的密封防水能力;3)采用透水性基层,并在硬路肩下采用基层表面的纵向排水管沟,将通过接缝和断板渗透到基层的水分及时迅速排除.防止基层冲刷、唧泥和掏空型的水破坏,就能有效防止使用期的水

　　1.4　设计使用寿命终了的混凝土路面断板

　　设计使用寿命到达的水泥混凝土路面断板是一种假想的设计断板状态.实际上,这种混凝土路面断板并非一定发生.在一般情况下,30年当中没有断裂,30年后亦不断板.否则,不可能产生国内水泥混凝土路面使用寿命达40年以及国外水泥混凝土路面使用寿命达80余年无大修的水泥混凝土路面.

2　采用硬切缝和软切缝技术控制滑模摊铺水泥混凝土路面断板

　　从水泥混凝土路面施工分析可知,混凝土路面断板产生的直接原因是板内降低温度造成的拉应力超过了当时混凝土的抗拉强度,应当根据混凝土路面板内复合温度造成的拉应力曲线确定硬切缝时间.但是,在实际施工中应用很困难.一个简单的方法是仅关注气温曲线,将混凝土复合温度曲线和拉应力滞后均作为断板的安全储备.那么,最长的时间应该从夜间1~3点钟,复合温度曲线的最高点开始切缝,到凌晨4点钟混凝土温度曲线降低到最低点以前,可能断板的拉应力尚未达到,前一天摊铺的路面均应切缝完毕.在气温较低的季节施工,硬切缝机不能锯缝,应该使用软切缝机锯缝.特别是冬季有保温覆盖的情况下,则完全是另外一回事.但是也必须在混凝土路面能够锯缝时,即进行锯缝.在撤除保温覆盖之前,必须完成锯缝.

3　水泥混凝土路面断板的处理措施

　　3.1　非破损修复混凝土路面断板

　　3.1.1　扩口填缝法

　　扩口填缝法处理断板是各发达国家在滑模摊铺水泥混凝土路面施工中采用的一项简单技术.其思路是滑模摊铺水泥混凝土路面的强度很高,打掉重新浇铸人工制作的小块水泥混凝土路面,其抗折强度和施工质量远低于滑模摊铺水泥混凝土路面,主张不打掉强度和平整度良好的滑模机械摊铺的水泥混凝土路面,将断板作为缩缝来处理.即采用直径很小(10~20 cm)的小锯片顺断板缝扩大缝口,与缩缝一样采用填缝的方法处理断板.必须注意,采用扩口填缝法处理水泥混凝土路面断板具有下述前提:

　　1)必须严格控制断板的数量,以保证绝大多数路面缩缝切割的顺直度.必须知道,接缝的顺直度在峻工验收规范中有质量要求,扩口填缝法处理水泥混凝土路面断板数量不得大于2‰的质量要求.只有在这个数量以内的水泥混凝土路面断板才可以这样处理.

　　2)必须是滑模机械摊铺的高强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.在明确路面打掉人工重做以及不可能达到目前滑模机械施工的质量时,才允许采用扩口填缝法.

　　3)水泥混凝土路面断板缝没有分叉,且基本垂直于路面,水平倾斜度不大于1/6(斜缩缝用1/6),平面弯曲度:在一块板(4.5m宽)内断板的大致方向拉线,不大于50 cm.水泥混凝土路面断板缝深度方向接近垂直,特别是表面附近不得为楔形断口,才能使用扩口填缝法.水泥混凝土路面分叉断板,不符合断板按缩缝处理的基本条件;水平倾斜度大于1/6的尖角断板,使用中会引发新断角;水平弯曲度很大的断板,对板的荷载传递和接缝顺直度有严重影响;深度方向严重不垂直的楔形断口,无法确定扩口填缝的准确位置,引起表面混凝土楔形脱落.在上述这些特殊情况下,只能采用下面推荐的断板局部或全部打掉的处理办法.

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　　3.1.2　粘结灌浆法

　　粘结灌浆法是指采用水性低粘度环氧树脂等粘结剂进行水泥混凝土路面断板缝灌浆,粘结路面断板缝.这种处理方法,要求路面断板缝宽至少2~3mm,否则由于粘结剂的粘度较大,很难灌进粘结剂.施工时,要求路面断板缝的表面贴上封条,从断板的一侧灌浆,另一侧挤压出粘结剂.灌浆材料一定要比原有混凝土路面抗拉强度高,保证灌浆后不再从断板处断裂.处理水泥混凝土路面断板的实践证明:粘结灌浆法不大适合于水泥混凝土路面断板修复.其原因是水泥混凝土路面摊铺后,产生温度和湿度翘曲应变,使板底和基层之间有间隙,填灌的粘结剂具有相当数量从板底流失,粘结剂的损耗较多,填满一条断板的费用高于打掉人工重做混凝土路面板的费用.因此,在数条高速公路水泥混凝土路面的断板处理中,均试采用粘结灌浆法,均因费用过高而难以推行.

　　3.2　半破损修复混凝土路面断板

　　半破损修复混凝土路面断板,亦称锚钉修复法,是介于破损修复和半破损修复之间的浅层纵向修复方法.施工时,采用切缝机垂直断板裂缝形成两条间距50mm左右的切口,切口深度中间不小于8 cm,两侧不小于5 cm,平面上可按断板裂缝走向错开布置.然后,凿除50mm范围内的混凝土,并开凿到不小于8 cm同样深度,用直径12mm以上的螺纹钢筋形成两头带弯钩的扒钉,安装扒钉的中到中距离为300mm,再灌树脂砂浆或高强度补偿收缩细石混凝土,捣实并修平表面.灌注锚固扒钉时使用的材料,要求不仅强度应高于路面混凝土,而且颜色应尽可能与路面混凝土相同或接近.在夏季,用该方法修复混凝土路面断板时,断口宽度小于1mm时,可对未切开路面断板其它部位不灌浆处理;断口宽度1~2mm时,宜灌注树脂粘结剂;断口宽度≥3mm时,或在其它低温季节修复混凝土路面断板时,应对未切开路面断板缝进行粘结剂或水泥浆灌缝处理.所以,锚钉修复法特别适用于修复拉杆失效后张开位移量较宽的纵缝.

　　3.3　破损修复混凝土路面断板

　　3.3.1　非全厚度的修复法

　　《公路养护技术规范》(JTJ073-96)规定[2],混凝土路面断板可以采用局部条块锯除罩面修复法.要求横向切开表面≥7 cm深(非全厚度的修补),平行断板两侧各15 cm宽(两条切缝的距离应视断板裂缝的弯曲程度确定),在垂直断板方向增设长30 cm,最小直径12mm,间距不大于20 cm,平行断板方向绑扎最小直径6mm,2~3根的螺纹钢筋网.然后,在凿开的7~12 cm深以及清理干净的表面上,涂低水灰比的水泥浆或树脂粘结剂,再浇筑同颜色高强补偿收缩混凝土,表面修整成与路面平整度及抗滑构造相同.

　　3.3.2　全厚度的修复法

　　按英国和美国《水泥混凝土路面修复方法》,采用全厚式局部切割修复断板(宽度不小于1m),需要在两侧路面边壁上钻孔并植入传力杆.同时,在断板处布置与上述基本相同的钢筋网,将一条断板接缝变成两条带传力杆的缩缝.修补混凝土亦要高强,但无需补偿收缩,局部表面修整的路面平整度及抗滑构造要求与路面相同;灌缝材料及施工技术要求也与路面缩缝填缝时相同.

　　3.4　全板重铺法

　　在广东地区,对水泥混凝土路面断板控制的要求很高,不允许有断板弯曲缩缝,发生断板的水泥混凝土路面板要求全部推掉,重新摊铺.重新摊铺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].抗滑构造要求与路面施工时相同.这种方法的问题在于重新施工的1~2块断裂的路面板必定采用人工施工,除非精心修复,其制作的局部几块板的混凝土密实度、抗折强度、路面平整度和抗滑构造均不及滑模摊铺机连续摊铺的水泥混凝土路面板的质量.

4　结束语

　　从水泥混凝土路面施工实践可知,在进行水泥混凝土路面断板修复之前,应首先判断导致路面断板的原因,通过测量路面断板两侧的沉降,排除由于基层不均匀沉降造成的断板,方可采用全厚度非破损或半破损的修复方法.如果通过测量证明是由于基层不均匀沉降造成的断板,则必须采用全厚度的局部或全板的修复方法.在采用全板厚的修复方法之前,首先应处理和整平基层,再摊铺或修补面层.