預(yù)制拼裝在農(nóng)村混凝土路面修復(fù)工程中的工藝研究

何啟軍，吳亞慧，王鵬程，仇小東，虞浩

（1.南通市公路管理處，江蘇 南通 226000；2.河海大學(xué)，江蘇 南京 210000）

1 研究背景

水泥混凝土路面由于其結(jié)構(gòu)特征，具有強(qiáng)度高、板體性強(qiáng)、耐磨耐腐蝕性好、造價(jià)低廉、施工工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于較低等級(jí)的公路、鄉(xiāng)村公路、高載高壓的機(jī)場(chǎng)和高速出入口等地方。隨著長(zhǎng)時(shí)間的通車(chē)之后，由于設(shè)計(jì)、原材料、施工、交通量劇增等原因，水泥混凝土路面很容易出現(xiàn)板底脫空、裂縫、斷板，甚至唧漿等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了車(chē)輛行駛的安全性、舒適性，亟需對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行快速的修復(fù)。

目前國(guó)內(nèi)普遍采用傳統(tǒng)方式對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行修復(fù)，即破碎清除舊路面板塊后，重新綁扎鋼筋或直接澆筑水泥混凝土，之后養(yǎng)生一定時(shí)間后再通車(chē)。傳統(tǒng)修復(fù)方式雖工藝簡(jiǎn)單，但需要長(zhǎng)時(shí)間封閉車(chē)道，且養(yǎng)生時(shí)間長(zhǎng)、施工周期長(zhǎng)，嚴(yán)重影響交通和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。針對(duì)快速開(kāi)放交通的水泥混凝土路面快速修復(fù)技術(shù)，國(guó)內(nèi)從原材料下手，研發(fā)出早強(qiáng)劑、減水劑、快硬水泥類(lèi)、早強(qiáng)水泥類(lèi)、聚合物水泥類(lèi)等多種材料用以改善普通水泥強(qiáng)度形成慢的現(xiàn)狀，但也存在一定的缺陷，如水化熱大、成本過(guò)高等。

為此國(guó)內(nèi)開(kāi)始選用預(yù)制水泥混凝土拼裝快速修復(fù)技術(shù)進(jìn)行研究。其通過(guò)提前在后場(chǎng)預(yù)制好水泥混凝土路面板后，直接在現(xiàn)場(chǎng)拼裝對(duì)舊路面板進(jìn)行快速更換。該技術(shù)由于將水泥混凝土板的成型、養(yǎng)護(hù)時(shí)間放在了后場(chǎng)預(yù)制的過(guò)程中，僅僅是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝、拼裝，大大節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間，對(duì)交通影響小，是真正意義上的無(wú)阻礙交通的快速修復(fù)方法[1]。

2 方案設(shè)計(jì)

預(yù)制拼裝水泥混凝土路面板快速修復(fù)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在快速開(kāi)放交通上，為突出這一特點(diǎn)，在施工工藝流程和組織安排上要做到統(tǒng)籌兼顧、有條不紊，這就需要對(duì)工藝流程做出科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)。

施工設(shè)計(jì)工作主要是對(duì)原公路進(jìn)行調(diào)查，充分了解路基、路面情況。對(duì)于路基主要是調(diào)查現(xiàn)有路基的結(jié)構(gòu)類(lèi)型及其強(qiáng)度是否能滿(mǎn)足現(xiàn)有公路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槁坊Y(jié)構(gòu)弱化、承載力不足，容易造成水泥混凝土板出現(xiàn)脫空、板底受力不均，形成斷板、裂縫等病害。當(dāng)路基強(qiáng)度無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)該采用全部換填的方法進(jìn)行處理，并碾壓成型，換填材料選用水泥穩(wěn)定碎石或貧混凝土，較低等級(jí)的公路經(jīng)驗(yàn)算滿(mǎn)足要求后也可采用灰土。對(duì)于路面主要是了解舊路面板塊病害種類(lèi)以及產(chǎn)生的原因，可以輔助對(duì)路基的情況進(jìn)行判斷，同時(shí)也需要了解舊路面板的結(jié)構(gòu)情況，便于設(shè)計(jì)預(yù)制板的尺寸大小[2]。

2.1 預(yù)制板尺寸設(shè)計(jì)

預(yù)制水泥混凝土板塊的尺寸大小對(duì)路面板塊的受力情況和施工工藝有重大影響。預(yù)制水泥混凝土板塊尺寸偏大可增加車(chē)輛行駛過(guò)程中由于水泥路面板橫向接縫或伸縮縫過(guò)多的行車(chē)舒適性，但運(yùn)輸、吊裝和鋪設(shè)過(guò)程中，板底的最大拉應(yīng)力和最大撓度均有可能導(dǎo)致路面過(guò)早出現(xiàn)裂縫或破碎現(xiàn)象[3]。預(yù)制水泥混凝土板塊尺寸偏小，雖然可以增加水泥路面板的使用壽命，減少病害發(fā)生，但路面過(guò)多的接縫會(huì)嚴(yán)重影響車(chē)輛行駛的舒適性，并且過(guò)多的板塊在吊裝和拼接過(guò)程中也會(huì)增加施工難度。根據(jù)國(guó)內(nèi)已完成的施工情況來(lái)看，主要采用的板塊尺寸有5m×4m、4m×4m、2.5m×2.5m、2.5m×3m，但結(jié)合最后的應(yīng)力驗(yàn)算和施工效果綜合考慮，較小尺寸2.5m×2.5m、2.5m×3m的板塊更加適合農(nóng)村公路。預(yù)制水泥混凝土板塊的厚度從20cm～30cm不等，具體還需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已有舊路面板的厚度調(diào)整，最佳厚度是能夠跟舊路面板厚度相等[4]。

2.2 配筋設(shè)計(jì)

預(yù)制拼裝快速修復(fù)技術(shù)不同于現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆水泥混凝土路面，由于水泥混凝土路面板是提前在后場(chǎng)預(yù)制好，之后通過(guò)吊裝、運(yùn)輸、拼裝完成施工的，所以，后場(chǎng)預(yù)制過(guò)程中預(yù)制板塊可能會(huì)出現(xiàn)早期的開(kāi)裂。同時(shí)預(yù)制板塊需要經(jīng)過(guò)吊裝和運(yùn)輸，兩個(gè)過(guò)程中板底均會(huì)現(xiàn)大面積的拉應(yīng)力區(qū)域，導(dǎo)致板底出現(xiàn)開(kāi)裂。且施工完成后的水泥路面不存在水泥混凝土材料滲入到基層當(dāng)中，以及提前找平后的基層無(wú)法保證完全平整，這就容易導(dǎo)致基層出現(xiàn)先天性的脫空現(xiàn)象。

鑒于這些特征，預(yù)制水泥混凝土板塊需要采取配筋措施，以保證吊裝、運(yùn)輸過(guò)程中的安全性，以及施工完成通車(chē)后抵抗由于板底脫空現(xiàn)象而導(dǎo)致的拉應(yīng)力[5]。所以，在預(yù)制水泥混凝土板塊尺寸確定之后，應(yīng)結(jié)合尺寸根據(jù)板塊運(yùn)輸受力分析、吊裝受力分析、不均勻支撐受力分析三方面分別進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算，以保證施工的安全性和質(zhì)量。

圖1 結(jié)構(gòu)配筋圖

2.3 接縫設(shè)計(jì)

預(yù)制水泥混凝土板塊在拼裝完成過(guò)程中，應(yīng)在板塊之間保留一定距離的縫隙分別作為橫向接縫、縱向接縫，用以承擔(dān)水泥混凝土板熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)變應(yīng)力。縱向接縫應(yīng)按照施工縫設(shè)置成平縫的形式，間距控制在3～8mm之間，并設(shè)置拉桿以保證兩幅水泥路面的整體性。拉桿應(yīng)采用螺紋鋼筋預(yù)制在板厚中間，其規(guī)格、間距、長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)預(yù)制板尺寸決定。縱向接縫的填縫方法為，先在接縫下半部貫入單一粒徑碎石，并配以鋼釬插搗，保證密實(shí)填充，接著將配置好的填縫料灌入填充密實(shí)的縫隙內(nèi)。用同樣的方法貫入第2層石子和填縫料。橫向接縫的設(shè)置需要分為施工縫和伸縮縫，其中施工縫可按照縱向接縫的設(shè)置方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。伸縮縫的設(shè)置間距一般控制在20～25mm之間，其填縫方法與施工縫相差較大，應(yīng)在封內(nèi)填入涂抹防腐材料的膨脹板，上部預(yù)留30～40mm用瀝青或樹(shù)脂類(lèi)材料灌縫。橫向接縫均需要設(shè)置傳力桿，其規(guī)格、間距、長(zhǎng)度也應(yīng)根據(jù)預(yù)制板尺寸決定[6]。

圖2 接縫設(shè)置

3 施工工藝

3.1 板塊的預(yù)制

板塊的預(yù)制工藝：搭模板→鋼筋綁扎→混凝土攪拌→澆筑→振搗→抹面→養(yǎng)生→脫模→堆放。其中模板的搭建在整個(gè)預(yù)制工作中具有十分重要的地位，直接關(guān)乎到預(yù)制板尺寸結(jié)構(gòu)的好壞。預(yù)制板的模板盡量采用可重復(fù)利用且不易變形的鋼板，模板尺寸根據(jù)預(yù)制板尺寸定制。模板的搭接應(yīng)保證不出現(xiàn)較大的縫隙且牢固，不會(huì)因?yàn)樗嗷炷了蛎浽斐赡０迳⒓堋ｎA(yù)制水泥混凝土板硬化后拆模過(guò)程中不應(yīng)暴力拆除，防止預(yù)制板出現(xiàn)變形無(wú)法使用。對(duì)于預(yù)制完成的水泥混凝土板塊，需要集中分類(lèi)堆放并編號(hào)，便于施工過(guò)程中按順序進(jìn)行吊裝施工。

圖3 預(yù)制水泥混凝土板澆筑

3.2 板塊的運(yùn)輸與吊裝

板塊的運(yùn)輸主要是根據(jù)板塊的尺寸、重量、施工現(xiàn)場(chǎng)的空間來(lái)選擇適合的車(chē)輛及板塊的堆放方式。板塊的運(yùn)輸宜選用裝卸便捷的平板車(chē)，板體的尺寸一般為1/2或1/4的小板，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的情況運(yùn)輸板塊的類(lèi)型和數(shù)量。為了避免現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸車(chē)輛對(duì)交通的影響，運(yùn)輸車(chē)輛進(jìn)入場(chǎng)地后，應(yīng)立即安排吊裝。選擇合適的堆放方式尤為重要，為保證板塊的運(yùn)輸安全，在板塊的長(zhǎng)邊方向設(shè)置4個(gè)墊塊，短邊方向設(shè)2個(gè)墊塊，總計(jì)8個(gè)墊塊[4]。

吊裝構(gòu)件的主要形式有固定式和可動(dòng)式。固定式吊件預(yù)埋在預(yù)制拼裝板中，混凝土硬化后，吊件完全固定，一般用塑性較好的一級(jí)鋼筋，吊環(huán)計(jì)算拉應(yīng)力應(yīng)小于50MPa。根據(jù)吊裝板的重量來(lái)選擇直徑，用鋼筋加工的吊環(huán)一般采用單根式，若不滿(mǎn)足吊裝安全可用2根，但必須保證2根同時(shí)受力。板塊拼裝完畢后，要沿著板塊表面全部切除吊環(huán)，不能凸出在路面，凸出的鋼筋對(duì)車(chē)輪磨損嚴(yán)重，給行車(chē)帶來(lái)安全隱患，切除后要用砂輪磨平。

圖4 板塊的吊裝

3.3 舊路面的處理

在預(yù)制板塊吊裝裝配之前，需要對(duì)舊路面進(jìn)行處理。

舊水泥混凝土板塊的清除工作主要有液壓式破碎清除和切割分塊吊裝清除兩種。液壓式破碎清除法采用大功率機(jī)械對(duì)舊路面板進(jìn)行沖擊破碎，對(duì)周?chē)乃嗷炷涟鍓K影響較大，容易產(chǎn)生新的裂縫。所以采用液壓式破碎清除法應(yīng)先將破碎板塊四周全厚式切割，之后再在板邊緣30cm以外處進(jìn)行破碎，30cm以?xún)?nèi)采用液壓鎬或風(fēng)鎬進(jìn)行破除。切割分塊吊裝清除法根據(jù)板塊的破損情況對(duì)舊板進(jìn)行清理，一般用切縫機(jī)將板分為幾塊較大的板，并在板中埋入膨脹型螺栓，用吊機(jī)整體轉(zhuǎn)送到運(yùn)輸車(chē)上。這種清除方法能夠避免對(duì)周?chē)鍓K的影響，并且噪音小、施工機(jī)械化程度高[7]。

舊路面板塊清除后，需對(duì)舊路基進(jìn)行檢查。當(dāng)舊路基完好，能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，對(duì)路基表面清理后使用干拌砂漿或自流平砂漿對(duì)路基進(jìn)行找平，防止預(yù)制板塊吊裝拼裝完成后板底出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。若舊路基強(qiáng)度無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，需要換填舊路基，換填材料建議采用較高強(qiáng)度的水泥穩(wěn)定碎石或灰土。舊路基換填完成之后仍需采用上述方法對(duì)路基進(jìn)行找平[5]。

3.4 板塊的灌漿

預(yù)制板塊拼裝后，基層與板底可能存在不同程度的脫空。這種脫空現(xiàn)象若得不到及時(shí)恰當(dāng)處理會(huì)影響預(yù)制拼裝板的服務(wù)壽命。預(yù)制拼裝板的脫空采取板底灌漿的方法，一般在板上預(yù)留或鉆取直徑50mm的灌漿口，灌漿孔深度為板厚。灌漿材料有一定的流動(dòng)性在壓力作用下能填充、密實(shí)脫空部位，但隨著灌漿料不斷的滲透、填充其流動(dòng)性會(huì)逐漸降低，無(wú)法保證離灌漿孔較遠(yuǎn)的脫空部位填充滿(mǎn)。因此，在預(yù)制拼裝板的板底預(yù)留半圓形鋼管的灌漿通道。灌漿通道不宜在預(yù)制板全長(zhǎng)度或?qū)挾确较虿贾茫酀{材料在壓力的作用下可能從接縫大量溢出，一般距離邊端300mm。

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)制拼裝水泥混凝土路面板快速修復(fù)技術(shù)是目前所有快速修復(fù)技術(shù)中用時(shí)最短、占用道路面積最小、對(duì)道路交通影響最小的一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)，是真正意義上的無(wú)阻礙交通快速修復(fù)方式。預(yù)制拼裝水泥混凝土路面板快速修復(fù)技術(shù)作為一種實(shí)用的快速修復(fù)技術(shù)，從前期的設(shè)計(jì)階段調(diào)查舊公路情況，至板塊預(yù)制過(guò)程中細(xì)節(jié)處理，最后到舊路面處理和預(yù)制板塊的運(yùn)輸?shù)跹b等，應(yīng)用過(guò)程中需對(duì)施工工藝充分把控。