水泥混凝土路面滑模施工技术创新与进步
傅 智
(交通部公路科学研究所 北京市 100088)
摘 要:2002年1月15~16日交通部科教司组织专家对部“九五”重点推广项目《水泥混凝土路面滑模施工技术推广》进行了验收。该项目不仅在18个省、市、自治区建成了3 500 km高等级公路,其中高速公路2 304 km,圆满并超额完成了推广任务,并且取得了18项技术创新与进步,总体上具有国际先进水平,其中一些技术达到国际领先水平。有关成果已纳入我国工程技术规范,填补了国内空白。为了在更大范围内普及和使用这些高新技术,本文特向读者推荐和介绍这18项水泥混凝土路面新技术,供大家参考,并在可能条件下推广应用。
关键词:水泥混凝土路面;滑模施工;技术创新与进步交通部“九五”重点推广项目《水泥混凝土路面滑模施工技术推广》于2002年1月15~16日在海口市通过交通部科教司组织的专家验收。
专家验收意见如下。
(1)推广组经过3年的努力工作。圆满并超额完成了合同规定的三项推广任务,推广高等级公路里程达到3 500 km,其中高速公路2 304 km;并在18个省、市、自治区举办培训班88次,培训技术人员5 000人次以上。为提高我国水泥混凝土路面施工的整体水平,确保工程质量,促进我国水泥混凝土路面的发展起到了积极的作用。
(2)推广组在推广工作中,结合工程实践,取得了18项技术创新与进步,总体上具有国际先进水平,其中滑模摊铺高弯拉强度混凝土路面、小半径大超高弯道滑模摊铺等技术达到国际领先水平。有关成果已纳入我国工程技术规范,填补了国内空白。
由于该项成果中取得的国内首创18项技术创新与进步大部分已经编制进新修订的《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ 012-2002报批稿)和《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTJ 037-2002送审稿)中,并且在JTJ 037-2002中要求我国高等级公路应使用滑模工艺施工,高速公路、一级公路必须使用滑模工艺进行施工。为了使公路行业了解新规范的这些修编内容,同时,也为了在更大范围内普及和使用这些高新技术,本文特向读者推荐和介绍这18项水泥混凝土路面新技术,供大家参考。
1 18项技术创新与技术进步简介
1.1 路基进行沉降观测
高速公路水泥混凝土路面的早期断板破坏,绝大多数情况下,是由于路基不稳定、沉降过大造成的。为了防止这种现象,推广组在国内首次提倡并实现了对高速公路水泥混凝土路面路基进行全线沉降观测,并使用兰派压路机冲压密实技术(1999年湖南、山西等),并对沉降较大的路段进行了施工图阶段的细化补强设计,提出了摊铺永久性水泥混凝土路面的不均匀沉降临界限值,从而有效地保证了高速公路水泥混凝土路面路基质量和稳定性,延长了水泥混凝土路面的使用寿命。这项技术和要求,已经编写进了《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTJ 037-2002)中。
1.2 水泥混凝土路面路床稳定新技术
根据水泥混凝土路面比沥青路面对路基稳定更敏感的特性,要求高等级公路水泥混凝土路面的路基填筑提高一级压实标准。对于粒径在壤土以上的粒料土、沙土等采用兰派压路机强行重型击实;对于塑性指数较高的粘性土,使用路床石灰改善土稳定技术。
在国内多段高速公路采用了提高压实度标准和兰派压路机击实措施,并首次使用80 cm厚的路床石灰改善土稳定技术(2000年安徽)。这相当于下基层厚度已达80 cm,路面总结构厚度达到了125 cm。
强有力地保证了高速公路水泥混凝土路面路基或基层质量和稳定性,大大地延长了水泥混凝土路面的使用寿命。路基改善土技术是针对压实度达不到要求的高塑性粘土、软基土或路基填挖频繁路段采用的技术。一方面提高了路基强度、承载力及稳定性;另一方面,路床改善土相当于增加一层坚实的底基层,对提高水泥混凝土路面使用寿命将起到巨大的作用。
1.3 贫混凝土基层滑模摊铺技术
推广组在国内首次使用贫混凝土基层滑模摊铺技术,并对贫混凝土基层的原材料、配合比、上基层的铺筑及质量验收提出了明确的技术要求(2000年河北)。扩展了国内外认为最抗水冲刷、强度最高、使用寿命最长的新型基层类型及其施工技术和质量验收控制标准。
推广组所研究的贫混凝土基层的内容已经编进了《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTJ 037-2002)中。这是我国公路行业规范首次编入此项内容,它的重大意义,将在我国未来高速公路建设和养护中逐步显示出来。我们希望将来我国高速公路基层能够使用50年以上无需翻修,仅翻修面层。
1.4 滑动封闭层新技术
在国内首次推广使用上基层表面沥青表处或稀浆滑动封闭层新技术(1999年以后,湖南、广西、广东、安徽等)。其主要优点如下:
(1)有利于防止断板;
(2)有利于防止半刚性基层长期水冲刷破坏;
(3)有利于基层养生;
(4)有利于防止施工期间运输车轮压坏或碾松基层表面;
(5)有利于基层越冬防护。
注意:采用沥青滑动封闭层后为了防止胀缝隆起,应将胀缝板宽度增大5 mm。
1.5 高弯拉强度路面滑模混凝土
在国内首次使用高弯拉强度水泥混凝土路面滑模摊铺技术(1999年河北、湖南、山西等)。使用了高性能道路混凝土掺外加剂和粉煤灰的“双掺技术”,用于超重载交通减薄板厚,并增强了面板对断裂的抵抗能力,提高了路面对超重轴载破损的安全储备。目前我国使用高性能道路混凝土技术滑模摊铺的路面实测平均弯拉强度在6.5~7.5 MPa之间,这是迄今为止,我们在国际上各种文献中未见的高弯拉强度,居于国际领先水平。
1.6 高平整度水泥路面滑模摊铺技术
探索了高平整度的混凝土路面滑模摊铺技术(1998年广东、湖南、湖北、秦皇岛、广西等)。目前我国高速公路和一级公路滑模摊铺水泥混凝土路面的静态3 m直尺平整度不大于3 mm的普遍达到90%以上;总体动态平整度基本上在δ=1.0左右,最好的水泥混凝土路面一个标段已经达到δ≤0.76,最好的6 km单幅路面已经达到了δ≤0.45,比验收标准规定的δ≤1.5小得多。这些数据表明:我国高平整度的水泥混凝土路面已经与国际先进水平相当;同时,表明我国滑模摊铺水泥混凝土路面的平整度还有进一步提高的潜力;最终,我国滑模摊铺水泥混凝土路面的平整度将与沥青路面相当。
1.7 水泥混凝土路面裂缝控制技术
进一步掌握了滑模摊铺水泥混凝土路面裂缝控制技术(1997年山东、广东、湖南等)。首先是防止施工期间的塑性收缩裂缝;其次是使用初期的防止温差、湿差裂缝和断板;更重要的是提出了消除纵向裂缝的施工技术及控制指标。应该讲,防止水泥混凝土路面开裂任重道远,目前,真正掌握该项技术的人员并不多,实际工程如不小心,仍然有开裂和断板现象。我们总结的主要解决开裂断板的技术措施有:
(1)在刮风天,防止塑性收缩开裂,使用抗裂的混凝土配合比,并提早喷洒养生剂加强养生措施施工;
(2)使用沥青滑动封闭层,降低上基层表面对面板的年温差、季节湿差收缩裂缝及断板;
(3)加深所有插拉杆和传力杆接缝的切缝深度(1/3~1/4)h,并提早其切缝时间,防止纵向断裂。
1.8 水泥混凝土路面抗冻、抗盐冻研究在国内首次研究并使用了水泥混凝土路面抗冻性及抗盐冻性滑模摊铺技术(1998年黑龙江、吉林),明确提出了混凝土路面含气量、气泡间距检测方法和控制标准,为解决我国北方地区水泥混凝土路面表层冰冻及盐冻脱层,提供了有效技术措施。表明我国北方也可以建设不脱层的优质水泥混凝土路面。
目前,此项内容尚需要将黑龙江等省直接采用欧盟的抗盐冻试验方法,通过研究制定为我国的标准试验方法。另外,急需进行水泥混凝土路面抗盐冻机理和防治措施的研究。
1.9 细砂、机制砂及淡化海砂滑模摊铺性能研究
在国内首次使用(特)细砂、机制砂及淡化海砂水泥混凝土路面滑模摊铺技术(1998年重庆、云南、福建),为拓宽水泥混凝土路面使用的砂源,降低工程造价及提高表面耐磨性提供了技术依据。拓展砂来源的工作是在满足水泥混凝土路面平整度、耐磨性及耐久性的前提下展开的。同时,一方面,节约了工程造价(可降低砂综合价格一倍以上);另一方面,也拓宽了水泥混凝土路面可建设的地区和范围。
这对于我国大西南各省区和沿海各地的水泥混凝土路面建设具有重要实用价值。此项内容已经编写进了《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTJ 037-2002)中。
1.10 缩缝传力杆支架及自动插入(DBI)施工技术
全缩缝插传力杆的预制钢筋支架法及自动插入装置DBI技术(1997年以后湖南、河北、广东),为我国在高速公路和一级公路水泥混凝土路面上彻底消除错台造成的行车“咯噔”路,根本改善水泥混凝土路面舒适性,为设计规范的修订提供了技术保证。
此项内容已经编写进了《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTJ 037-2002)和《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ 012-2002)中,要求高速公路、一级公路水泥混凝土路面均应使用每条缩缝插入传力杆的技术。除了保证水泥混凝土路面舒适性的需求外,滑模施工技术的研究与推广项目中分别开发的传力杆支架和DBI技术的成功实践,为上述两项规范的规定提供了坚实和重要的技术基础。它的重大意义还在于:通过此项技术的推广及普及,将从根本上改变人们对水泥混凝土路面不舒适的印象,使水泥混凝土路面具有比以前更佳的为大众服务的能力及更好的服务品质。
1.11 纤维混凝土路面应用研究
纤维(钢纤维、聚丙烯纤维、耐碱玻璃纤维)混凝土路面(1998年云南、新疆、河北),从防裂、防止断板,极大地提高水泥混凝土路面的抗冲击能力和延长其疲劳寿命出发,在国内水泥混凝土路面上首次开发使用新材料聚丙烯纤维、耐碱玻璃纤维混凝土路面,并大规模开始在高速公路上大量使用钢纤维混凝土路面。1997年,我们在新疆果子沟经常刮风的路段,试验使用了聚丙烯纤维水泥混凝土路面2 km;2000年在河北宣大高速公路试用了钢纤维和耐碱玻璃纤维路面各1 km;2001年底,云南曲胜高速公路,单项工程钢纤维混凝土路面已超过20 km,这是迄今为止国内在各级公路上使用钢纤维混凝土路面的最大规模。这3种纤维混凝土路面中,最有前途及效果最佳的是耐碱玻璃纤维混凝土路面,需要开展更大规模的试验和研究。
基于这些试验工程,目前我国《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTJ 037-2002)和《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ 012-2002)中首次编写了钢纤维混凝土路面的有关章节,并从行车安全角度提出了钢纤维的质量和外观形状要求。
1.12 间断与连续钢筋混凝土路面
在国内首次大量建设高速公路有接缝及连续钢筋混凝土路面,并采用了滑模摊铺技术及锚固端设置技术(1997年湖南、广东、广西等)。有接缝钢筋混凝土路面主要用于软基路段、高填方路段及高填方桥头的局部补强;连续钢筋混凝土路面除使用在上述场合外,还可使用在重丘区或下部有脱空、暗河、溶洞和采空区的高速公路和一级公路上。这种强化路面结构,用于保证上述部位的水泥混凝土路面完好率及长期使用效果。目前我国连续钢筋混凝土路面规模最大的湖南耒宜高速公路2001年已经完成61 km,造价比沥青路面低50元/m2。连续钢筋混凝土路面几乎没有横向接缝,行车舒适性得到了根本改善。由于它比沥青路面便宜,预计在我国是将来高速公路水泥混凝土路面的重要结构形式。
1.13 桥面铺装滑模摊铺技术
在国内首次研究并使用了滑模摊铺机铺装特大、大、中、小桥、涵洞和通道的桥面连续铺装技术(1998年广东、湖北、吉林等),使水泥混凝土路面与沥青路面一样,可在路面及桥面上不间断地使用滑模摊铺技术连续施工,所铺装的桥面平整度与路面一样优良,水泥混凝土桥面铺装质量大大提高,并得到根本性改善。自从在茂湛高速公路源水河特大桥1.8 km铺装成功后,汕汾高速公路专门划分了桥面滑模铺装21 km的标段,从而,彻底改变了人们由佛开高速公路造成的广东桥面铺装质量劣的印象,广东省高速公路已经将其变为桥面必备铺装技术。
1.14 隧道水泥混凝土路面滑模摊铺技术
在国内首次研究并开发了隧道水泥混凝土路面滑模摊铺新技术(2001年辽宁)。该项目由辽宁丹本高速公路建设指挥部从2000年11月在湛江滑模施工规程宣贯会得到技术信息及支持,决定在丹本高速公路西段连续10个隧道中采用滑模摊铺技术,隧道内水泥混凝土路面的滑模摊铺由山西大同路桥公司进行,并始终得到推广组的大力技术支持与协助。滑模机械摊铺的主要难度在于隧道边缘排水边沟高于上基层50 cm以上,而滑模摊铺机履带必须行走在边沟盖板上。隧道内容净空对于8.5 m宽的滑模摊铺机和运输车辆足够使用,本项新技术有效地保障和提高了隧道内水泥混凝土路面的质量。
1.15 小半径大超高(回头)弯道滑模摊铺技术
重丘区水泥混凝土路面小半径大超高(回头)弯道滑模摊铺技术(1998年新疆、江西、福建),所摊铺的最小回头弯道半径25 m,最大超高9%,最大纵坡5%。国内首次试验研究证明:在路面线形不超过上述数值时,均可使用滑模摊铺机施工重丘区水泥混凝土路面,Ⅲ级公路以上,均可采用。此项技术也是达到国际领先的技术,国外滑模摊铺机厂家规定的滑模摊铺机可施工的最小弯道半径75 m,最大横坡超高7%,在我国均已突破。
1.16 整幅路面、变宽路面及匝道滑模摊铺技术
在国内首次研究并开发了高速公路整幅路面(海南海文高速公路等)、变宽路面及匝道滑模摊铺机跨模摊铺技术(1999年~2000年广东茂湛高速公路)。这些新技术保证了滑模摊铺水泥混凝土路面横向无纵向摊铺接缝、整个水泥路面无一块人工摊铺的面板。从而确保了整幅高速公路、变宽路面及匝道路面的质量匀质性、平整度、弯拉强度及耐磨性。加上桥面滑模铺装技术,使高速公路的路面、桥面、变宽面板及匝道质量均匀,行驶效果更佳,使用年限更长。滑模摊铺机跨模摊铺技术未见国外报道。
1.17 路缘石及其与硬路肩连体滑模摊铺技术
在国内首次研究并开发了高速公路混凝土路缘石及其与硬路肩连体滑模摊铺技术(1998年湖南、湖北)。我国高等级公路决大多数的路缘石均采用人工预制拼装方式施工,自从滑模摊铺机连续摊铺路缘石后,彻底打破了这种传统的少、慢、差、费的落后施工方式,施工速度快,连体摊铺路缘石将与硬路肩同时一遍完成,缘石强度高,顺直度好。
1.18 混凝土护栏滑模摊铺技术
混凝土护栏滑模摊铺技术(1998年广西、秦皇岛)。以往我国使用混凝土护栏,均采用预制拼装,由于单件重量过重,运输、吊装及安装难度很大。在1996年,国内就有个别省进行滑模摊铺护栏的试验工程,但由于标高塌落较大而不成功。从广西1998年施工的钦防高速公路开始,国内首次在滑模摊铺护栏工程上基本取得成功,并逐渐在国内推广使用。
其优点一是在采用适宜的外形前提下,混凝土护栏的行车安全性比钢护栏好;二是造价低廉,一道混凝土护栏比一道钢护栏便宜1/3,若像广西那样一道混凝土护栏代替中央分隔带的两道钢护栏,将极大地降低高速公路交通防护工程的费用。
2 新规范对上述新技术的采纳情况和意义上述新材料、新工艺和新技术要求和研究成果,绝大部分已编入《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程》(JTJ/T037.1-2000)中,目前尚未编写进规程或规范的内容有:聚丙烯纤维和耐碱玻璃纤维混凝土路面、混凝土护栏滑模摊铺技术;前者是由于尚不成熟,后者是因为有专家提出混凝土路面规范不宜编进护栏的内容。除了上述2点外,从滑模推广项目中国内首次开发和试验成功的上述新材料、新工艺、新技术和新结构的内容已经全部编入《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ 012-2002)和《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTJ 037-2002)中。
本推广项目所取得的技术创新成果,开发出的新材料、新工艺、新技术和新结构极大丰富了我国水泥混凝土路面的高新技术含量,大大提升了我国水泥混凝土路面的科技水平和技术层次,跨上了一个更高、更新的技术台阶,使我国与国际上的发达国家已经处在同样的技术水平上,某些方面甚至超过国际先进水平,处在领先地位。
更为重大的意义是通过包含这些创新成果的《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ 012-2002)、《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTJ 037-2002)、《公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程》(JTJ/T037.1-2000)、《水泥混凝土养护剂》和《公路水泥混凝土外加剂与掺和料应用技术规范》,将对在我国很长一段时期内,高等级公路水泥混凝土路面的建设将产生巨大而深远的影响。可以这么讲,通过本推广项目,我国已经将国际上现有的已知绝大多数新材料、新工艺、新技术和新结构试用成功,并开始通过上述标准、规范、规程,在国内推广应用。我国高速公路和一级公路水泥混凝土路面设计与施工技术,正在发生巨大的革命性飞跃。其技术创新和技术进步的步伐和速度前所未有地显著加快,这必将对我国经济建设、公路交通建设做出巨大的实质性贡献。
3 召开了水泥混凝土路面滑模摊铺大型学术交流会于此同时,推广组会同海南省公路学会,依托海文高速公路滑模摊铺水泥混凝土路面施工现场,召开了全国26个省、市、自治区187名公路工程技术人员参加的大型水泥混凝土路面滑模摊铺学术交流会,有28名同志在大会宣讲了论文。会议收到了全国18个省、市、自治区的有关水泥混凝土路面滑模摊铺技术的79篇论文,印发了推广组、海南省及全国各地3本论文集,是一次水泥混凝土滑模摊铺技术的全面系统总结和交流的盛会。为推进我国滑模技术的普及和新材料、新结构、新工艺的广泛应用将起到巨大的推动作用。
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