防止水泥砼路面施工缝的破坏
方怡洵,傅玉新
(广州市公路管理局,广东广州 510080)
摘 要:在砼路面设计中增加基层抗冲刷性设计及路面板边角保护角钢,在施工中通过合理地加大一次性摊铺宽度,采用双模板控制传力杆及较好的树脂类或橡胶类封缝材料,在使用期间加大施工缝的养护力度,可使施工缝达到较为理想的质量效果。
关键词:公路;水泥砼路面;施工缝;封缝材料
中图分类号:U416.216 文献标识码:B 文章编号:1671-2668(2003)01-0046-02
近年来,我国大力发展水泥砼路面,1986~2000年,我国建成的水泥砼路面约10万km,约占高级路面类型的45%。水泥砼路面一般设计使用年限为30年,但从我国建成的水泥砼路面运营效果来看,形势不容乐观,早期破坏严重,维修养护困难。有的水泥砼路面通车3~5年就不得不翻修或重建,造成重大的经济损失。在修建水泥砼路面技术不断提高的同时,也发现水泥砼路面发展过程中路面施工缝的破坏等关键技术问题没有得到很好的解决。
水泥砼路面板弹性模量在(3~5)×104MPa之间,刚性模量很高,荷载、温度、干湿变形大,根据经验确定,纵向缩缝间距(板宽)不得大于4.5 m,横向缩缝间距(板长)一般为4~5 m,最大不超过6 m。于是,路面设置的接缝很多,接缝极易破坏,带来减振效果差、行车噪音大,影响行车舒适性。在交通量大、重载车多的路面上,对基层的抗冲刷性要求较高,而我国的砼路面设计规范中没有对基层的抗冲刷性作具体要求,接缝位置遭到破坏及填缝材料疲劳、失效而使路面水渗入基层后,导致接缝部位出现唧泥、错台和啃边,甚至路面板开裂,造成行车颠簸。接缝不仅是水泥砼路面最易损坏的部位,而且是发生唧泥、错台和断角等病害的根源,是水泥砼路面的技术难点之一,可以说,水泥砼路面的接缝技术迄今仍是世界难题,须引起高度重视。
1 施工缝破坏的原因
1.1 施工缝的早期破坏
在相邻板块施工中,一侧安装模板,另一侧利用新浇筑砼路面边缘作模板,振动梁(整平机)在振动砼时,砼边角普遍性振裂、掉角。特别在某些施工段,为了加快工程进度,砼路面板尚未达到7 d强度,相邻板块就开始施工,边角破坏将更严重。这一现象主要发生在纵向施工缝,横向施工缝、胀缝也同样存在此现象。大约在路面通车一个月后,在汽车荷载的冲击下,原来本已开裂的边角随之脱离路面,封缝胶也被随之破坏,影响路面的外观质量和行车的舒适性,并渗水至基层,导致需要重新灌缝。
施工不规范导致施工缝破坏的因素也较多。笔者在多个工地调查后,发现没有几个施工单位能够在横向施工缝或胀缝处正确地安装传力杆。传力杆不够平直、上下翘动,有的甚至在浇筑下一块砼路面板过程中,没有安装塑料套管和涂沥青隔离层,当温差变化较大时,在砼路面板伸缩和传力过程中,附加应力极大地增加,导致施工缝破坏。
1.2 施工缝使用期的破坏
众所周知,水泥砼路面的设计使用寿命为30年,但迄今为止,还没有能经历30年不坏的填缝材料。在填缝材料中,沥青、塑料、橡胶、树脂均为有机高分子材料,在露天使用条件下,即使没有车辆行使,这些材料也会热氧老化和光氧老化。接缝被嵌入的石子、砂、矿石、煤炭、玻璃及泥土杂物较多,在炎热的夏天,接缝被嵌入的硬物顶死,使水泥砼路面基本上是温度预压应力路面。接缝上部崩裂、拱起、爆裂现象较多,造成接缝破坏。
我国车辆超载现象严重,砼路面板与沥青路面受荷载作用不同,沥青路面基本为连续整体,水泥砼路面板则是分块单独板块。当重车荷载施加在面板上时,水泥砼路面板受跳动冲击瞬间会对底部基层造成很大的高压和真空,从而形成强烈的抽吸和挤出作用。干燥时,会将面板下的基层表面拍击下来的细粒土从未密封好的接缝和边界吹出;有水时,对基层形成冲刷,就形成唧泥。此类现象主要发生在横向缩缝的前后50 cm处。唧泥是板底脱空的前奏,唧泥会使横向缩缝处形成错台,甚至发展成为断板,使行车在施工缝处跳车,施工缝逐渐破坏。
2 防止施工缝破坏的对策
2.1 加大一次浇筑宽度
水泥砼路面纵缝有施工工作真缝和锯缝机切出的假缝两种。当一次浇筑砼路面宽度等于一车道路面宽度时,纵缝为施工真纵缝,当一次浇筑路面宽度等于两车道宽度时,就存在一条假纵缝。由于假纵缝是由人工锯割出来的,避免了振动梁(或滚筒)的振动,其边角完好无损,所以使用寿命长。据调查,在广州北二环高速公路上,通车一年后,假纵缝良好率达到98%以上。
但不能一味地追求一次浇筑宽度,假设半幅路面宽度为16 m,若能一次浇筑完成,那样就不存在施工真纵缝。众所周知,梁中弯矩与梁长成平方比关系,振动梁太长,易变形,影响路面的平整度,以现有材料只能达到一次浇筑两车道的要求。第二,如16 m宽的摊铺机,其振动梁达到16 m长,根本无法直接在现有的公路上运输,除非将其拆卸,再运输,再安装。第三,如一条公路设计为双向4车道,半幅摊铺宽度仅2车道,16 m的振动梁根本无用处。所以,无论从材料要求、运输方式及经济效益,将一次浇筑宽度超过2车道都不尽合理。
2.2 真纵缝增加防护角钢
为防止施工真纵缝在施工中被振动梁破坏,在其边角处增加防护角钢。角钢须有良好的平整度,并需采用不锈钢材制成。由于角钢长期暴露,要求它具有一定的防腐蚀功能。在砼面板达到7 d以后的强度时,才可继续相邻板施工。相邻板块施工前,须在其侧壁涂沥青。在砼路面板纵向设有拉杆,砼与钢筋的温差伸缩变形几乎一样,纵缝的变形量由于拉杆的约束,所以真纵缝处无需锯缝,也无需填缝。其构造如图1、图2所示。
2.3 横向施工缝及胀缝的处理
每天砼摊铺结束或砼摊铺中断时,必须设置横向施工缝,或当砼一般摊铺距离超过200 m时,须设置横向胀缝。传力杆必须安装平直,防止上下翘动,须采用双模板进行控制(如图3、图4所示)。传力杆及胀缝板安装精度技术要求见表1。
2.4 增强基层的抗冲刷性
在多雨季节,抗冲刷性差的基层经常在接缝处发生唧泥现象,唧泥现象是板底脱空的前奏,板底脱空是断板的必要条件。我国设计规范中基层的承载力一般要求为3.5~4.0 MPa,砼板底在标准10 t轴载下,实测仅0.03~0.04 MPa压应力,砼板对基层的承载力相对要求较低。许多实验证明,基层的强度与抗冲刷性无关。唧泥现象是砼板断板的重要因素,也是水泥砼路面的重要技术难题。我国的规范中尚未有基层抗冲刷性的标准试验方法及施工控制用的抗冲刷性指标。笔者认为,基层的抗冲刷性应作为基层评定中的一项重要、基本的技术指标。
提高基层的抗冲刷性可从以下几方面考虑:①发生唧泥现象的主要颗粒是细粒土,在基层的使用材料中应严格控制细粒土的含量,国外研究表明,小于0.075 mm的细粒土含量不应超过15%;②在设计中,根据当地的资源条件,避免采用石灰稳定土基层、石灰工业废渣稳定土基层等,尽量采用贫砼基层、透水砼基层、透水沥青碎石基层、沥青砼基层等;③在砼板与基层之间撒一层沥青或铺设防水塑料薄膜,不仅能防止水分浸入,还可减少路面与基层之间的摩擦约束,改善缩缝、胀缝的使用性能。
2.5 接缝的养护
水泥砼路面的接缝很多,填缝材料使用3~5年,基本上老化或被破坏,加上嵌入了较多的砂、石、土等杂物,必须清理、重新灌缝。尽量不使用普通沥青灌缝,实践表明,此种灌缝材料使用性能最差,推荐使用橡胶或树脂基的高性能填缝材料。在重新灌缝前,先用切缝机将接缝中的砂、土、石和残留物切出来,再用高压水枪冲洗,然后用压缩空气吹干,再压入泡沫垫条,最后填缝。重新灌缝的时间尽量避免在缝宽最窄的夏天,应选在春秋季节,灌缝不宜饱满,根据材料的性能,预留一定的预挤压高度。
3 结束语
随着我国公路交通量的迅速增长及重载客车、货车和集装箱车的日益增多,对水泥砼路面的结构强度和使用强度提出了更高的要求,对修建水泥砼路面的技术要求也不断提高。需要通过不断的工程实践和长期的跟踪观察和总结,才能更加全面、彻底地了解、掌握水泥砼路面接缝技术。
参考文献:
[1] 傅 智.水泥混凝土路面滑模施工技术[M].北京:人民交通出版社,2000.
[2] JTJ 012-94,公路水泥混凝土路面设计规范[S].收稿日期:2002-12-05 |
