淺析水泥混凝土路面設計及施工中的一些問題

樊慶文

近年來,重軸載、大噸位運煤車輛成為我省二級公路運輸的一大特點。為了保證公路服務質量和使用年限,從設計到施工每個環節都將影響到水泥混凝土路面的使用質量。

1 存在的問題

1.1 設計方面

1)地帶類型確定不當,土基模量取值偏小,導致部分混凝土板因土基強度不足發生斷裂。2)交通量預估偏差較大,且常低于實際交通量,重載車輛比例增大,超載嚴重,從而使路面的使用壽命低于設計使用年限。

1.2 施工方面

1)忽視了路基穩定對路面整體強度的影響,造成混凝土板在短期內即出現大面積斷裂。2)面板切縫時間掌握不當,混凝土初期養生不好。3)不注意基層的平整度,造成混凝土板厚薄不均,既影響路面質量又不經濟。4)混凝土成型方法不當,造成強度不能充分發揮。5)管理人員缺乏路面施工基本知識,不重視路用混凝土對組成材料的基本要求,這是導致路面質量差的主要原因。

2 提高設計準確性

2.1 正確確定路基地帶類型,認真解決排水問題

設計路面,一般要求路基處于干燥或中濕狀態,季節性冰凍地區防凍層的設置,其厚度也與路基干濕有關,土基回彈模量值的確定,更是根據土基干濕類型來選定。排水不良造成路基、路面強度和穩定性不足導致混凝土路面破壞屢見不鮮。為此:1)必須進行認真細致的水文、地質調查,判明水文地質條件及其對路基的影響。2)考慮不同季節地下水位的變化情況。3)在挖方地帶,應考慮挖方深度對路基干濕類型的影響。路基的干濕類型易受地表積水的潛流作用,使原來干燥的路段由于積水而變成潮濕路段,引起土基強度下降,路基下沉,導致路面破壞。因此,設計時一定要認真考慮這一問題。4)在路基基本完成后,應實測土基回彈模量,重新核實路基地帶類型。5)按照規范規定,對可能危害路基穩定的地面水和地下水設計一個完整的排水系統,使水迅速排出路基范圍以外,確保路基穩定。

2.2 交通量的統計

1)目前在一些運煤路線上的運輸車輛中,軸重超過30 t的車輛比例逐年增大,且有大量的雙后軸車輛。因此,如果對各種軸載,特別是重軸載不能進行精確的統計,將造成交通量設計參數的偏差。2)對超載車的預估不足也是交通量統計的一個缺陷。我省的運輸車輛主要是運煤車輛,普遍超載,采用超載與空載平均方法計算,也導致預估交通量偏低。因此要加強交通量統計的準確性,就必須考慮上述兩個因素,為此,應做到以下幾點:a.在設計重要公路或等級較高的公路路面時,應全面調查該地區的交通運輸情況,特別是對交通量增長情況要合理估算,不可僅憑經驗進行設計。b.在道路設計前,交通量的觀察應以軸載為準,特別是對一些重載車,應盡量精確統計其軸載。c.空車與超載車區別對待,分別統計。3)混凝土組成設計。a.骨料級配。提高混凝土的強度,增大水泥漿與骨料結合面是一有效途徑,應從過去的骨架型改為懸浮型。為使骨料形成懸浮結構,最適當的方法就是增加骨料中1 cm～2 cm顆粒含量,減少3 cm～4 cm顆粒含量,滿足路用混凝土對其抗折、抗壓強度的要求。b.砂率。砂率表示混凝土拌合物中細集料的含量。砂率也是提高界面面積,改善懸浮結構的重要因素,提高砂率亦可以有效的提高混凝土抗離析的能力和保水性能,減少路表干縮裂縫。因此我們在進行水泥混凝土路面配合比設計時,不僅應考慮水灰比,骨料級配,也應當選擇最佳砂率,這樣才能設計出滿足路面設計強度要求的混凝土配合比。4)砂的細度模數。當砂的含泥量符合規范要求時,適當降低砂的細度,增加砂中0.16 mm顆粒含量,可以增加界面面積,同樣可以提高混凝土的抗折強度。

3 施工過程中的問題

3.1 路基強度

好多人認為,混凝土路面有較厚的板分散荷載,作用于路基上的力很小,故對路基的壓實度、穩定性要求有所放松。眾所周知,由于混凝土板是通過基層支撐在路基上的剛性板,當路基由于壓實度不足產生變形時,路基支撐部分脫空,混凝土板應力重新分布,使應力集中,導致混凝土板的破壞。因此,要保證混凝土路面的質量,必須保證路面面板有一個均勻的支撐,故提高路基強度與穩定性是十分重要的。根據幾年來我省修建水泥混凝土路面的經驗教訓,路基壓實度的控制必須嚴格執行重型擊實標準,對填方路基,路床底面0 cm～80 cm范圍內應大于 95%;80 cm以下要達到94%;而對零填及挖方地段,不僅要求路槽底面0 cm～30 cm內大于95%,且應對路槽底面以下土質情況進行調查。對軟弱的下臥層路段(含濕陷性黃土),應采取翻土或重錘夯實,使0 cm～80 cm內的土基壓實度均達到95%以上。為了保證路基強度,施工中當路基工程基本完工后,應進行一次路基綜合調查,核實路基地帶類型與土基回彈彎沉與原設計是否相符。

3.2 基層平整度

由于一些施工單位對基層平整度不夠重視,造成混凝土板厚度不均,據近幾年施工現場檢查發現,混凝土板最厚的地方比設計厚度多4 cm～5 cm,而最薄的地方比設計板厚少5 cm～6 cm,前者造成工程上的浪費,后者導致路面強度下降。為使施工中混凝土板厚不出現較大偏差,使混凝土板放在一個平整的基層上,在路面基層施工中應注意以下幾點:1)正確確定材料松容重和涂鋪厚度。由于一些細粒料(如石灰和粉煤灰)的松干容重是隨含水量變化而變化,施工前應測定其在不同含水量下的松干容重,并繪制含水量和容重的關系曲線。施工時先測定材料的含水量,根據含水量確定其容重,并按此計算體積配合比或虛鋪厚度。2)基層的整平在壓實前進行,即在第一次穩壓后應在基層的標高平整度處進行一次認真的檢查,發生問題及時糾正,堅決杜絕貼補,這樣可以防止在壓實成型后因挖補整平造成基層強度下降。

3.3 混凝土板施工

1)每批水泥使用前必須做安定性試驗(每30 t一批),凡未經檢驗或查出安定性不合格的水泥禁止使用。2)嚴格遵照混凝土配合比設計。一些施工單位在拌制混凝土時,只控制水泥、砂、石用量,致使拌出的混凝土和易性差別很大,且強度離散更大,為扭轉這一局面,在拌和混凝土時必須做到:a.嚴格控制水灰比。必須明確影響混凝土強度的主要因素是水灰比,而不是水泥用量,因此,在拌和混凝土時,不僅堅決杜絕憑“經驗”加水,還必須做到每作業班至少三次取樣測定砂、石材料含水量,并按其含水量的變化調整加水量及砂、石用量,使水灰比及和易性均符合設計要求。b.砂、石規格、質量必須符合規定。如前所述,影響混凝土抗折強度不僅是水灰比、骨料級配,而且質量對混凝土抗折強度的影響亦很大,特別是碎石級配往往容易被施工人員忽視,因而造成失誤。如某單位,在混凝土路面施工中,只注意了材料配比數量的準確性,但對碎石級配不做控制,結果導致30組混凝土試件雖抗壓強度均大于設計(30 MPa),但有相當一部分試件抗折強度小于設計(4.5 MPa)。因此,在混凝土路面施工中必須嚴格控制骨料規格。3)減水劑。混凝土拌合物中加入一定數量的減水劑能提高混凝土的抗壓強度、抗折強度和節約水泥。所以,在混凝土路面施工中正確使用減水劑對改善混凝土的物理力學性能,提高混凝土路面使用壽命是大有好處的,特別是在水泥價格較高的情況下,使用減水劑對降低工程造價也是十分可取的。4)加強初期養護,掌握最佳切縫時間。我省氣候干燥,風大,晝夜溫差大,混凝土表面水分極易蒸發,造成不少路段產生大量裂縫。為此,在施工中采取及時用塑料布覆蓋,避免混凝土表層水分過早蒸發,可以有效的防止干縮裂縫的產生,不少施工單位采用后,收到了良好的效果。具體做法是:當混凝土面板成型后,及早拉毛,然后馬上用塑料布覆蓋,這對提高面板初期強度也有好處。混凝土面板橫向縮縫在我省采用的是切縫法,但由于切縫時間掌握不當,面板在切縫前因干縮而引起板橫向斷裂的現象在我省路面施工中常有發生。解決的關鍵是把握最佳切縫時間,路面施工規范規定,當混凝土達到設計強度25%～30%時,進行切縫,這在一般情況下是良好的。但我省風大,日溫差大,混凝土收縮快,切縫時間應按實際情況掌握,以防止由于收縮和溫度翹曲應力而將板拉斷。根據幾年的經驗教訓,最好在強度達到4 MPa～6 MPa時切縫。即在夏季切縫時間8 h～10 h,秋夏切縫時間14 h～16 h為宜。如對切縫時間難以掌握,施工中每隔20 m預壓一條縮縫,給混凝土收縮提供余地,以后再切剩余的縫,也可防止混凝土板因干縮而產生橫向斷裂。

綜上所述,如果能從上述的諸多方面加以注意并努力改善的話,一定能取得良好效果,并提高工程質量。

[1]交通部公路司.公路工程質量通病防治指南[M].北京:人民交通出版社,2006.

[2]山西公路局.公路工程八大通病分析與防治[M].北京:人民交通出版社,2007.

[3]徐培華,王安玲.公路工程混合料配合比設計與試驗技術手冊[M].北京:人民交通出版社,2005.

[4]JTG D40-2003,公路水泥混凝土路面設計規范[S].

[5]JTG F30-2003,公路水泥混凝土路面施工技術規范[S].

[6]JTG F10-2006,公路路基施工技術規范[S].