水泥路面全縮縫傳力桿及冷軋帶肋鋼筋網的試驗應用

尚云飛

(黑龍江省公路勘察設計院)

1 前 言

水泥混凝土路面作為一種路面結構形式,建造歷史可以追溯到大約公元前 1世紀。我國水泥混凝土路面和地坪的最早使用記錄出現在秦漢時期,但真正現代意義上的水泥混凝土路面是在 1824年英國人發明波特蘭水泥并取得專利之后才發展起來的。據有關統計,1970年我國公路水泥混凝土路面只有 200 km,1980年達到 1 600 km。1980年以來,交通部通過《水泥混凝土路面設計理論、方法、參數的研究》項目工作使我國水泥混凝土路面的修筑技術逐步完善,質量也不斷提高,特別是國家科委科技工作引導性項目《我國水泥混凝土路面發展對策及修筑技術研究》(即“025項目”)在全國推廣后,水泥混凝土路面得到迅速發展,目前已成為世界上公路水泥混凝土路面里程最多的國家。

由于水泥混凝土路面具有較強的適用性及抗災能力,加之我國較為豐富的水泥資源,20世紀 80年代起,我國的水泥混凝土路面建設走上了逐步快速發展的軌道。但黑龍江省在高等級公路上開始嘗試使用水泥混凝土路面至今只有近 20年的時間。最初是 1984年在哈爾濱至同江公路哈市出口附近修筑了 0.28 km的試驗路,然后 1986年在松花江公路大橋江北引道上修建了4.8 km的一級公路水泥混凝土路面,正式大范圍的使用是 1989年竣工通車的哈爾濱至阿城一級汽車專用公路上近 30 km的水泥混凝土路面。但由于黑龍江省所處的地理位置緯度較高,獨特的氣候條件造成了季凍區公路特有的常見病害,從黑龍江省已竣工通車的高等級公路水泥混凝土路面來看,通車后普遍出現了縱向裂縫、斷板、坑槽、板角斷裂、沉陷錯臺、剝落等病害。由于水泥混凝土路面的一次性投資較高,損壞后修復難度很大,從而引起國內公路工作者的普遍關注和爭議。

2 試驗背景和路段

從黑龍江省目前的情況來看,除與橋涵等結構物銜接及破碎板重打外,基本上都是素混凝土路面,而且縮縫之間也基本不設傳力桿,僅靠板縮縫之間的側面摩擦來傳遞荷載,容易引起板下脫空、板角斷裂或錯臺等。2002版《公路水泥混凝土路面設計規范》規定重交通、特重交通應采用設傳力桿的假縫形式,但由于新規范應用時間較短,加上施工設備和施工工藝配套等問題,還沒有廣泛使用。從國外情況看,日本新澙縣為數不多的水泥混凝土路面幾乎全部用在水穩條件較差的隧道路面和山區公路上,經調查已通車使用 7～9年的水泥混凝土路面,至今路面狀況良好。日本將之用于隧道路面的主要原因是隧道內部不便封閉交通維修,可見該地的水泥混凝土路面損壞極少。

兩國之間除設計方法和施工機械化水平(與保證施工質量有一定關系)不同外,新澙縣在日本也屬于寒冷地區,但相對黑龍江省,又遠不如黑龍江省這樣寒冷;另外一點,關鍵在于按日方的設計施工方法,需要在所有的接縫,包括切縫、脹縫、縱縫等處設置傳力桿或拉桿,而且要在板下 1/3處鋪設一層 150mm×150mm的 Φ6mm帶肋鋼筋網,并在板兩側邊緣各加設 3根Φ13mm的增強鋼筋。

冷軋帶肋鋼筋 1968年由原西德率先開發利用,逐步發展完善并實現了標準化,是國外先進的經濟高效、優質節能建筑新材料,多以焊接網的形式使用。我國從 20世紀 80年代后期開始引進生產設備,國家科委將冷軋帶肋鋼筋列入國家重點推廣項目,建設部將它納入“九五”、“十五”期間建筑業重點推廣的 10項新技術之一。由于同面積、同間距的Φ6mm冷軋帶肋焊接鋼筋網只是現在使用的 Φ8mm光面鋼筋網用量的 56.3%,且強度、握裹力和標準化程度更高,因此能夠經濟有效地提高水泥混凝土路面的耐久性和抗破損能力。

關于Φ6mm異型棒鋼(即冷軋帶肋鋼筋)焊接網等的使用,因最早是由建筑部門和有關科研機構引進,應用開發時間不是很長,國內公路上應用的還不多,其中多數用于橋涵上。南方個別高速公路水泥混凝土路面試驗采用了Φ6mm冷軋帶肋鋼筋焊接網片或參考到美國的考察情況修筑了縮縫加傳力桿試驗路,據報道效果較好。

3 試驗路修筑

有關冷軋帶肋鋼筋網等材料的情況在此項目開始之前包括具體名稱等都一無所知,日方專家也無法提供對應的資料,這種路面結構雖然造價有所提高,但路面使用狀況卻大為好轉,乃至使用 9年之后,整體外觀仍可與新路媲美。據介紹,考慮減少維修、延長使用壽命并保持良好行車狀態等因素,其綜合比較成本仍屬經濟范圍。

實驗路段位于綏滿公路二期亞布力至尚志段擴建工程K331+212.45～ K 331+712.45處,長 500m。

實驗路水泥混凝土面層板的結構型式以日方專題技術報告中介紹的為原型,通過協商結合黑龍江省實際情況具體實現。

縮縫增設傳力桿技術是新版水泥混凝土路面設計規范的修訂內容。2003年 6月 1日起實行的《公路水泥混凝土路面設計規范》JTG D40-2002對傳力桿的增設有了新的規定,但基本上是參考了日本等國的規范。焊接鋼筋網樣品經來訪指導的日本專家辯認,認為和日方所用的材料相同,可以使用。傳力桿支架設置方法綜合了湖南長(沙)—常(德)高速公路的經驗和日本專家的意見。湖南省依據到美國考察的經驗,1998年在長—常高速公路修筑了73.083 km的縮縫增設傳力桿試驗路,該技術后來被納入《公路水泥混凝土路面滑模工技術規程》JTJ/T 037.1-/82000。黑龍江省的實驗路以日本的方式為主。

2004年 8月 9日,日本專家在綏滿公路建設現場指定試驗路段進行了現場修筑指導,對試驗路鋪筑過程中每個施工環節提出了詳細的要求,并對施工中遇到的問題提出了合理的解決方案。在黑龍江省交通廳科教處、建管處、建設局和綏滿公路建設指揮部的周密安排下,經過充分準備,龍建路橋股份有限公司第二工程處、省公路勘察設計院、省交通科研所集中技術力量和施工力量通力協作,在日本專家的耐心指導下,施工技術人員很快掌握了目前施工設備條件下水泥混凝土路面中加鋪Φ6mm冷軋帶肋鋼筋焊接網并增設縮縫傳力桿技術的施工工藝,順利實施了實驗鋪筑。

本次水泥混凝土試驗路面鋪筑工作圓滿完成,項目的各個環節達到甚至超過了日方專家的預期要求。日本專家對水泥混凝土試驗路面的鋪筑工作給予了充分的肯定和很高的評價,提出了跟蹤調查的思路,并對該種結構試驗路的意義作了說明,認為隨著使用年限的增長,其優點將逐漸顯現,綜合成本優勢最終將得到充分體現。

這個項目是省廳各部門通力合作的成果,以汲取日本寒冷地區路面修筑新技術、提高黑龍江省公路建設相關技術水平并促進黑龍江省新澙縣公路建設方面的技術交流為目的,它的圓滿完成國際技術交流協作項目成功的標志。