動態稱重傳感器埋設道路路面改造技術與質量控制研究

周 琪

江蘇省南京市公路管理處，江蘇南京 210014

動態稱重傳感器，主要應用于貨車不停車稱重非現場執法系統、高低速超限檢測系統、計重收費系統等領域。因其技術先進、性能穩定、質量可靠的優點被越來越廣泛使用。目前國內關于動態稱重傳感器路面硬化改造施工的技術要求、施工工藝、檢測方法等尚未形成統一標準，主要還是靠施工方技術人員憑經驗來制定施工方案、控制施工過程質量。因技術人員在施工方面個體上的知識、現場工程經驗工程方面的差異加上各地的道路基礎條件不同，僅憑技術人員的經驗是無法保證埋設的動態稱重傳感器能夠經受得住外場道路重載車輛成千上萬次的反復碾壓后，仍能使其滿足應有的稱重精度。從大量的現場調查情況來看，因路面改造過程中施工方案不合理、施工工藝存在缺陷、檢測手段不到位、現場的過程質量把控缺失等問題導致完工后的動態稱重系統在投入運行一段時間后短的不足1年、長的不足3年就出現路面嚴重開裂、滲水、基礎塌陷、傳感器無輸出信號等嚴重質量問題，導致整個系統無法正常運行。

為避免出現上述情況的發生，必須從理論和實際的角度出發，研究這些質量問題的深層次原因，系統性的研究動態稱重傳感器安裝及路面改造的施工方案、施工工藝、過程質量控制及工程驗收標準，為指導動態稱重傳感器的施工提供技術支撐，確保該系統的檢測精度和壽命符合預期。針對上述路面常見病害問題，改造方案要遵循如下主要的原則：

（1）接縫。由于涉及兩種不同類型的路面之間的銜接，連續配筋水泥混凝土半剛性路面與瀝青混凝土柔性路面的沉降需要在設計階段對兩者的沉降問題需引起高度重視，施工階段需嚴格按設計圖紙施工，確保兩種路面銜接處長期運行不開裂，過渡平整，沒有明顯的高差。

（2）傳感器埋設工藝處理。目前大多數稱重傳感器都埋設在水泥混凝土路面上，埋設的主要工藝是路面放線、切槽、修整、灌膠（石英混合料）、定位、固化、打磨等工序，在整個工藝中石英混合料的現場調配與灌注非常重要，它決定著填封料的粘接強度和抗壓強度，關系到傳感器投入使用后能否承受住成千上萬的重載車輛的碾壓，并同時保持著與地面的相對位置不發生松動現象。

1 稱重系統檢測站點的路面性能技術要求

1.1 稱重系統安裝站點的選擇

根據《江蘇省公路運輸車輛動態稱重檢測管理系統技術規范》地方標準，用于安裝稱重系統的路段位置應按照以下要求選擇：

（1）縱坡＜1%（最優）或者縱坡＜2%（其次），并且在該區域內保持縱坡不變。檢測手段有水準儀，檢測標準：公路工程質量檢驗評定標準（JTGF 80/1—2012）。

（2）橫坡＜3%。檢測手段有水準儀，檢測標準：公路工程質量檢驗評定標準（JTGF 80/1—2012）。

（3）曲率半徑＞1000m（直線段更優）。檢測手段有全站儀。

（4）擬改造的瀝青混凝土路面的代表彎沉（每個車道沿汽車行駛方向間隔2m）≤[(10±2)單位：0.01mm]。檢測手段有落錘式彎沉儀，檢測標準：JTG E60—2008公路路基路面現場測試規程。

（5）動態稱重區域的改造道路的路面平整度IRI指數需控制在0～1.3（m/km）范圍內，橫斷面車轍控制在≤10±2mm。檢測手段有激光斷面儀。

2 檢測站點路面改造方案

2.1 改造道路的設計方案比選

道路的壽命及可靠性涉及設計、施工、過程質量控制、運營維護等全過程。為了能讓安裝稱重傳感器的改造道路至少具有5年以上的無須大修周期，需要在設計、施工、維護各階段提出有針對性的解決方案，方能實現五年期以上的道路使用壽命及可靠性保證。

2.2 改造道路的設計方案

2.2.1 連續配筋混凝土路面設計

（1）設計軸載及路面設計參數。根據《江蘇省公路運輸車輛動態稱重檢測管理系統技術規范》地方標準，快速不停車超限檢測系統需滿足使用壽命≥3000萬軸次，因此，按照3000萬類似軸載作為連續配筋混凝土路面的設計荷載。根據《公路水泥混凝土路面設計規范》（JTG_D40—2015），本項目交通荷載等級為特重交通，水泥混凝土的設計彎拉強度為5.0MPa，路面設計參數如表1所示。

表1 連續配筋混凝土路面設計參數（MPa）

本項目結合老路基層頂要求驗收彎沉為20（單位：0.01mm），根據公路水泥混凝土路面設計規范B.2.5.1換算水泥混凝土板底部老路頂面綜合當量回填模量為931MPa。

（2）連續配筋混凝土路面板塊尺寸。本次設計采用連續配筋混凝土路面設計，原則上縱向29m范圍內不設置橫縫和縱縫，板塊寬度為單向三車道（四車道）+硬路肩，一般取10.5m（0.5m路緣帶+2×3.75m行車道+2.5m硬路肩）或11m（0.5m路緣帶+2×3.75m行車道+3.0m硬路肩），長度為29m、厚度28cm。

（3）連續配筋混凝土路面配筋設計。本項目為特重交通，一般位于一級公路上，根據《公路水泥混凝土路面設計規范》（JTG_D40—2015）中表4-3，連續配筋混凝土面層厚度取28cm，混凝土的強度等級為C40，縱向鋼筋采用HRB400螺紋鋼筋，縱向配筋率初步擬定為0.9%。

按照允許裂縫間距（≤1.8m）、縫隙寬度（≤0.5mm）和鋼筋屈服強度400MP進行驗算，本項目縱向鋼筋采用為Φ18的HRB400螺紋

鋼筋，間距10cm，橫向鋼筋采用Φ14的HRB400級螺紋鋼筋，放在縱向鋼筋下方，布置間距為0.40m?？v向鋼筋埋置深度為9cm。縱向鋼筋現場長度不夠時，進行錯縫布置焊接，方式如圖1所示，避免焊縫在同一條線上。圖中寬度僅為示意，現場按照路幅寬度確定。

圖1 連續配筋路面配筋布置圖

（4）連續配筋混凝土路面與原有老路面的接縫處理。該方案在2種不同的路面間增加了銜接段，較好地處理了不同板塊間的熱脹冷縮應力作用及地基沉降問題，但在實施中會帶來因是在原老路上改造，用于攤鋪銜接段的熱拌瀝青混合料用料較少，現場取材有難度的問題。

圖2 接縫處理

2.3 連續配筋混凝土路面材料要求及施工

依據標準JTG∕T F30-2014 公路水泥混凝土路面施工技術細則進行施工。

2.3.1 原材料的技術要求

（1）水泥。水泥應采用旋窖道路硅酸鹽水泥，3d齡期的抗壓強度不小于17.0MPa，抗折強度不小于4.5MPa。28d齡期的抗壓強度不小于42.5MPa，抗折強度不小于7.5MPa。

（2）集料。水泥混凝土集料公稱最大粒徑不應大于31.5mm（碎石）或19mm（卵石）。砂的細度模數不宜小于2.5。

2.3.2 施工技術要求

（1）施工前下承層檢查。施工前需進行相應的測量，首先需對所有基層的彎沉值進行測定，確保不超過0.2mm，從而保障基礎層的模量驗算數值滿足設計需求。若不滿足要求，應至少換填20cm的5%水泥穩定碎石。

（2）施工組織。連續配筋混凝土路面原則上整幅施工，除兩端外不設置橫縫和縱縫，即橫向整幅路面，縱向29m一次澆筑到位。

（3）立模。連續配筋混凝土路面板厚為0.28m，施工時采用0.28m模板。模板要求用水準儀超平，高差不大于2mm，模板之間不得有離縫，模板與基層接觸處不得漏漿，內側應涂刷隔離劑。

（4）鋼筋的連接與定位?？v向鋼筋采用Φ18的螺紋鋼筋。雙面焊，焊接長度0.12m。要求經拉伸試驗檢驗，焊接強度合格。橫向鋼筋采用Φ14的螺紋鋼筋，間距0.4m，放置在縱向鋼筋下方，起支撐縱向鋼筋至設計位置的作用?？v、橫向鋼筋在基層上焊接綁扎完畢后，用預制的小鋼筋支架墊起至設計標高，誤差0.01m。

鋼筋網應提前一天綁扎完畢，綁扎長度不小于第二天的混凝土澆筑長度。

（5）澆筑混凝土面板?？紤]到每個承重點的澆筑量不是很大，建議整段一次澆澆注?；炷恋氖┕獫M足《公路水泥混凝土路面施工技術細則》（JTG F30—2014）中的有關要求水泥混凝土的拌和、運輸和攤鋪過程中具體要求如下：

混凝土混合料的級配應符合目標配合比及生產配合比的要求。水泥的用量不應超過±1%，粗細骨料用量控制在±3%，水的用量控制在±1%。

每臺拌和樓在投入生產前，必須進行標定，并試拌正常。在攪拌過程中，投入攪拌機每盤的拌合物的數量，應按混凝土施工配合比和攪拌機的容量計算確定，低溫或高溫天氣施工，拌合物出料溫度宜控制在10～35℃。混凝土拌和物每盤的攪拌時間，應根據攪拌機的性能和拌和物的和易性確定。

混凝土拌合物的運輸宜采用自卸機動車運輸，當運距較遠時，宜采用攪拌運輸。裝運混凝土拌和物不應漏漿，并防止離析。夏季和冬季施工，必要時應有遮蓋或保溫措施。出料及鋪筑時的卸料高度不應超過1.5m?；炷涟韬衔飶臄嚢铏C里出料后，直至澆注完畢允許最長時間，由試驗室根據水泥初凝時間及施工氣溫確定，需要符合的規定如表2所示。

表2 混凝土從攪拌機出料至澆注完畢的允許最長時間

支立模板做到線型順直，與設計平面成垂直角度，并且需求模板支立的穩固性，以防砼施工時砼跑模。在立模過程中用經緯儀進行二次定測校核，首先按10m樁測放立?；€，模板立好后對模板進行二次檢測調整，完成后進行加固，并逐一檢查支撐處，不能漏檢，同時對模板底縫接縫處進行封堵，防止砼施工中漏漿。

攤鋪宜選配多功能滑模攤鋪機?；備佭^程中應采用自動抹平板裝置進行抹面。對少量局部麻面或明顯缺料部位，應在擠壓板后或搓平梁前補充適量拌合物，有搓平梁或抹平板機械修整。滑模攤鋪的混凝土在下列情況下，可用人工進行局部修整。

① 用人工操作抹面抄平器，修整攤鋪機后表面的小缺陷，但不得在整個表面加薄砂漿層修補路面標高。

② 對縱縫邊緣出現的倒邊、塌邊、溜肩現象，應頂側?；蛟谏喜恐Х戒X管進行邊緣補料修整。

③ 對起步和縱向施工接頭處，應采用水準儀抄平并采用大于3m的靠邊尺邊測邊修整。

（6）接縫的施工。原則上不應設縫，當由于不可抗力因素必須設縫時，橫向施工縫采用平縫，并以每延米增加3根1.2m的Φ18螺紋鋼筋（約是縱向鋼筋數量的50%），在原配縱筋中間每隔兩根增加一根加強鋼筋，要求施工縫處鋼筋在縫隙兩側涂上總長不小于0.6m的防銹涂料。第二天開工時要求將施工縫鑿毛以增加新老混凝土間的粘結。若施工縫處的混凝土振搗不足或質量較差，要求用鋸縫機切除20cm左右，鋼筋下方的老混凝土也要求清除干凈。

縱向施工縫采用平縫，接縫處鋼筋用量增加1倍，即在原兩橫向鋼筋之間加入加強鋼筋，為鋼筋長度1.2m，Φ14的螺紋鋼筋，要求施工縫處鋼筋在縫隙兩側涂總長不小于0.6m的防銹涂料，另一幅路面施工時要求將施工縫鑿毛以增加新老混凝土間的粘結。若施工縫處的混凝土振搗不足或質量較差，要求用鋸縫機切除20cm左右，鋼筋下方的老混凝土也要求清除干凈。

（7）混凝土板的養護?；炷涟逶谑┕ね戤吅螅瑧皶r養護。養護應根據施工工地情況及條件，選用濕紙養護和塑料薄膜養護等方法。養護的時間應根據混凝土強度增長情況而定，一般為14～21d。養護期滿方可將覆蓋物清除，板面不得留有痕跡。

（8）開放交通及其他。① 當攤鋪時遇雨或下層潮濕時，嚴禁進行攤鋪工作，對未經壓實即遭雨淋的混合料（已攤鋪）應全部清除更換新料。② 混凝土板在養護期間和填縫前，應禁止車輛通行。在達到設計強度的40%以后，方可允許行人通行。

2.4 過程檢驗

對于施工過程中的水泥、鋼筋等材料進行現場取樣按批次抽檢，檢驗指標有水泥的抗壓強度、抗折、抗彎拉強度，鋼筋的直徑、抗拉強度、屈服強度等。具體的試驗標準和方法參照《水泥膠砂強度試驗》（GB/T 17671—1999）、鋼筋焊接接頭試驗方法標準》（JGJ/T 27—2014）、《金屬材料拉伸試驗方法》（GB/T 228.1—2010）。

（1）水泥混凝土板質量驗收標準，水泥混凝土的驗收標準如表3所示。

表3 水泥混凝土的驗收標準

（2）鋼筋網質量驗收標準。① 鋼筋、機械連接器、焊條等的品種、規格和技術性能應符合國家現行標準規定和設計要求。

② 冷拉鋼筋的機械性能必須符合規范要求，鋼筋平直，表面不應有裂皮和油污。

③ 受力鋼筋同一截面的接頭數量、搭接長度、焊接和機械接頭質量應符合施工技術規范要求。

④ 鋼筋安裝時，必須保證設計要求的鋼筋根數。

⑤ 受力鋼筋應平直，表面不得有裂紋及其他損傷。

鋼筋位置允許偏差如表4所示。

表4 鋼筋位置允許偏差

施工過程中的質量控制可以采取以下措施：

① 對擬此次的水泥商品混凝土、鋼材等供貨商要求提供原料的場地、品牌、規格型號、產品許可證、合格證；并要求供貨商留樣；

② 送達現場的原料采取隨機抽樣送第三方檢測，任意一次的抽檢不合格將終止供貨并相應處罰。

3 路面驗收方案（參照歐洲公路動態稱重系統指導文件中一級站點的路面標準）

（1）路面的承載能力檢測。使用落錘式彎沉儀沿各車道行駛方向中心線每隔4m測點，代表彎沉≤[(10±2)單位：0.01mm]判定合格。

（2）路面平整度檢測。使用激光平整度分別對各車道進行平整度檢測，要求指標為國際平整度指數IRI≤1.3(km/m）判定合格。

4 結語

在公路治超非現場執法運輸車輛動態稱重方面各省市道路運營、管理部門越來越多的使用埋設在道路之上的石英動態稱重傳感器。文章對埋設傳感器的道路路面改造提供了全套解決方案，為推廣使用高速不停車動態稱重系統的普及起到指導和示范作用。