滑模摊铺水泥混凝土路面胀缝技术分析
曾宪金
(广东省梅州市公路建设工程公司 梅州 514031)
摘 要 结合水泥混凝土路面接缝工程,讨论水泥混凝土路面胀缝结构形式、适用范围和与路面设计规范的不同点,分析水泥混凝土路面胀缝间距,指出传力杆及胀缝板安装精度要求,提出水泥混凝土路面胀缝的滑模施工方法。
关键词 混凝土路面 胀缝构造 安装精度 前置法
水泥混凝土路面分缝是为了使荷载应力、疲劳应力、温度应力及干缩应力的不规则自然断裂变为可控断裂和规则接缝。然而,接缝不仅是水泥混凝土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。本文仅对水泥混凝土路面胀缝的设计与施工技术进行研究,寻求滑模、轨道及人工施工的水泥混凝土路面接缝的设计与施工,能够建立在最新科研成果的基础上,提高水泥混凝土路面接缝的质量和使用耐久性。
1 水泥混凝土路面的胀缝结构
1.1 I类胀缝
I类胀缝是路面中间胀缝和离开桥头钢筋混凝土搭桥之外的胀缝,还包括与沥青路面连接处、变板厚处、纵曲线的凹点、小半径弯道曲线的渐变段与顺直段结合部、与隧道相接部位的胀缝,其构造如图1所示。
采用加强钢筋支架加传力杆型,加强钢筋支架一侧的宽度应不小于50 cm,总宽度不小于102cm。支架环箍钢筋直径12~16 mm,间距20 cm。胀缝板应与路面中心垂直,缝壁垂直,缝隙宽度一致,缝中完全不连浆。
1.2 II类胀缝
II类胀缝为路面与桥头双层钢筋混凝土搭板之间的胀缝,如图2所示。其加强钢筋支架的钢筋网一侧应与其相焊接,焊接点不小于3个/m。也可在双层钢筋混凝土搭板一侧取消胀缝支架,直接焊接在双层钢筋网上。
1.3 III类胀缝
III类胀缝是桥背上部桥面板与搭板之间的隔离伸缩缝,如图3所示。
其中无传力杆中间胀缝板和表面填缝料与其他胀缝相同。当梁跨>10 m,宜设桥梁伸缩缝;当梁跨≤10 m,设槽钢或角钢焊接加强胀缝上边缘,两侧钢筋网均应与槽钢和锚固钢筋相焊接,焊接点不少于4个/m。搭板与桥背之间除设置锚固钢筋并戴套帽保持转动外,应垫双层沥青油毡。
上述滑模摊铺水泥混凝土路面胀缝的规定与分类,与现行《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ012-94)最大的不同有两点:①I、II类胀缝板两侧设置环形加强箍筋。水泥混凝土路面胀缝很容易早期破坏的重要原因之一,是在胀缝板两侧30~40 cm范围内的温度应力及车载拉应力超过了混凝土的抗拉强度。所以,对所有混凝土路面无论何种施工方式,均应设置加强胀缝支架;②III类桥背上部胀缝处在上下全部刚性结构上,是遭受冲击力最大的部位。因此,它是高速公路上破坏得最多最快的接缝,大部分使用完好期不到1年。鉴于此种情况,建议在跨度大于10 m的桥梁,该部位设置伸缩缝;跨度不大于10 m的桥梁也用角钢或槽钢焊接加强,并填筑C40级钢纤维混凝土。
1.4 胀缝的其他结构形式
在高等级公路的I、II类胀缝结构的下部,为了加强荷载传递,可设置混凝土枕梁。同时,为了防止在使用过程中的推挤隆起,应在枕梁和面板之间设置锚固钢筋拉住向上的位移。
不少地方制作的隔离缝,中间不是夹2~2.5cm的胀缝板,而是将间距加大到20~30 cm,中间灌沥青混凝土,这种做法每年都要对沥青混凝土进行修补,而且平整度受到很大影响,在高等级公路上是不能使用的。
2 水泥混凝土路面的胀缝间距
从防止胀缝破坏的观点出发,胀缝宜尽可能少设,但又不能不设。因为不少水泥混凝土路面,夏季热天会隆起,有些甚至压爆。现行设计规范只讲尽量少设[1],没有明确的间距要求,这样就给胀缝的设计和施工带来不确定因素。
胀缝的设置间距主要应从混凝土板的年温差、混凝土的温度系数、基层的约束情况及缩缝密合情况等综合确定。
(1)对不同种类的基层和粗集料类型的混凝土路面板,在层间设置检测面板变形和推移量的传感器,通过多年的观测确定摩阻力的大小及每条缩缝的密合情况。这种观测难度较大,具有很大的地域性差别。国外有人曾做过这方面的研究。
(2)设置不同胀缝间距路面,通过大量观测确定胀缝间距。国内采用此种方法,虽然得出的结果是经验性的,但很实用,能够解决工程实际问题。多年的工程实践表明:
(1)冬季施工,胀缝间距350 m比较适宜。
(2)春秋两季施工,胀缝间距宜设500 m。
(3)夏季施工(日平均气温≥30℃),胀缝间距宜设1 000 m。我国不少地方,夏季施工时,无论多长的路面均不设置胀缝。这种作法也是可行的,但没有考虑使用安全性。
对照美国各州的规范,滑模摊铺水泥混凝土路面除了在构造物处外,其他均不设胀缝,最大的胀缝间距超过数英里。其理由是在缩缝可自由胀缝的条件下,待水泥混凝土路面整体膨胀推移起来之前,每条缩缝都有分担膨胀量的作用。这只有在全封闭、全密封的车辆运营、路面很干净的条件下才能做到。在我国货运车辆车厢板敞开运输的条件下,不具备全面取消胀缝的条件。
3 传力杆及胀缝板安装精度的影响
对胀缝、工作缝和缩缝中的传力杆安装精度,我国现行水泥混凝土路面施工规范没有提出控制技术要求,施工、监理均没有依据对其进行检验。大量的工程实践表明,胀缝破坏有以下原因。
(1)在气候严酷的地区,超载车辆较多的混凝土路面上,胀缝两侧一定范围内拉应力超过混凝土的抗拉强度。
(2)在气候较温和的地区,传力杆安装精度过低,传力杆七上八下,左偏右斜,当面板伸缩时,传力杆端部将混凝土顶坏而过早破碎。因此,从施工质量控制出发,必须对胀缝、工作缝和缩缝中的传力杆及胀缝板的安装精度提出定量技术指标要求[2],使业主、监理和承包商具有胀缝和传力杆质量控制的依据。
4 水泥混凝土路面胀缝的滑模施工方法
滑模摊铺水泥混凝土路面的胀缝施工,目前国内外均采用预制胀缝支架(包括钢筋混凝土路面施工),即将胀缝板、传力杆、传力杆帽及补强钢筋网构造成胀缝支架组件,施工时牢固安装在胀缝位置,使滑模摊铺机连续滑模通过,称为“前置式胀缝支架施工方法”。
I类胀缝要预先加工好钢筋支架,传力杆无沥青涂层的一端焊接在支架上,接缝板夹在两支架之间。施工前运至现场,无布料机时,待摊铺至胀缝位置前方1~2 m处,将支架准确定位,用钢筋将支架与胀缝板锚固在基层上,然后卸料或布料滑模机摊铺通过;有布料机时,应将带传力杆的缩缝支架和胀缝支架提前安装,采用侧向上料方式施工。II、III类胀缝,在滑模连续铺装搭板和桥面前,与钢筋网同时加工安装。I、II类胀缝应不待混凝土硬化,剔除胀缝板上部的混凝土,嵌入2 cm×2 cm的木条,修整表面。在填缝之前,凿去接缝板顶部的木条,涂粘结剂后,嵌入多孔橡胶条。桥背III类胀缝与桥梁伸缩缝在铺装后应软挖清除混凝土,安装焊接加强槽钢或角钢。伸缩缝制做完成后浇筑C40级钢纤维混凝土,钢纤维掺量在60~100 kg/m3。全部3类胀缝板的横向长度,应连续做到硬路肩外边缘。滑模摊铺时,要特别注意:①胀缝支架固定要牢固。在滑模摊铺巨大的挤压力作用下,胀缝支架不允许推挤移动、变形、弯曲和倾斜;②振捣棒的最低位置应高于胀缝板的顶面,不得拖斜胀缝板或将振捣棒挂坏;③胀缝板的位置应严格标记,便于施工软嵌其上部的木条时扒出胀缝板,因为木条是施工临时填缝及控制胀缝填缝料宽度的措施。
用叠合双锯片切出胀缝上部,剔除胀缝内混凝土,胀缝填缝材料的施工方法目前已经不再使用。其原因是:施工单位往往没有双锯片切缝机;同时胀缝板不可避免存在少量变形的情况下,胀缝板与填缝槽对中不好,槽宽不均一,无法固定安装胀缝多孔橡胶条;更为严重的是,等到可以硬切胀缝时,由于混凝土的收缩和胀缝板的隔离,上部早已自由断开的胀缝弯弯曲曲,弯曲宽度大大超过胀缝上部填缝宽度,即便使用双锯片切割,缝边也是烂缝。改进的施工方法是滑模摊铺机通过后,即刻将胀缝板上部的混凝土剔除,对中夹上3~4cm高、2 cm宽的木条,顶面与路面持平,用人工捣实并抹平混凝土路面的胀缝部位,夹木条软做胀缝板上部。待填缝时,再将夹入的木条剔出并填缝。这种施工的优点是:施工过程的路面可以通过施工运输车辆,对胀缝无影响;胀缝槽的宽度均一,缝壁无损坏,可顺利完美地夹入胀缝多孔嵌缝条,保证其使用性能。
前置式胀缝支架施工方式的优点是:①适应滑模摊铺机连续施工;②配置固定的钢筋支架既能满足施工固定的构造要求,又实现胀缝应力对两侧混凝土应力补强的要求。不足之处为:①在没有布料机的情况下,待滑模摊铺机基本到达胀缝位置时,才能安装胀缝支架组件,否则将妨碍混凝土卸料,势必影响滑模摊铺机施工作业的速度和进度;②由于安装时间紧迫,往往安装刚度不足,固定不稳,在滑模摊铺机施工通过时,有可能造成胀缝板被挤压前倾,严重时会造成支架局部推移和弯曲;摊铺路面侧边找不到胀缝板位置,给后续施工带来困难。
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