重載混凝土路面施工技術研究

周伏先

（吉安市路橋工程局,江西 吉安 343000）

0 引言

重載混凝土路面的承載能力是道路安全性的重要保障，高質量的重載混凝土路面可以承受更高的壓力，從而減少路面損壞和交通事故的風險。為保證重載車輛行駛安全，重載混凝土路面對防滑性能的要求更高。某雙向五車道重載高速公路工程，除了在結構設計上加強重載適應性實現以外，在施工上也適應重載公路特點，加強關鍵技術施工控制。這里從重載混凝土路面的合理板塊劃分、路面板切縫以及構建抗滑結構工藝等方面，介紹其加強混凝土路面施工控制的相關技術要點。

1 重載混凝土路面的合理板塊劃分

1.1 劃分原則

（1）板塊面積與長寬比。板塊面積一般不應超過25 m2，長寬比一般不得超出1.35。在板長已確定的情況下，根據長寬比可以得出最小板寬。

（2）板寬。在3～4.5 m 之間調節，調節幅度一般為3 m→3.5 m→4 m→4.5 m。

（3）板長。在4～6 m 之間調節，調節幅度4 m→4.5 m→5 m→5.5 m→6 m，通常多采取4～5 m，最高不宜超過6 m。

另外還要注意保證中間車道和外側車道的行駛軌跡不重疊，以確保輕載方向的安全行駛。如果條件允許，應該盡量讓中間車道行駛軌跡不重疊[1]。

1.2 縱縫區域應力影響

（1）最大載荷板底應力。普通4.5 m×6 m 板塊的最大載荷板底應力記為σ0；3.5 m×4 m 板塊，若縱縫位于輪跡中心，則最大載荷板底應力記為σ1。若縱縫不在輪跡中心，隨著偏離量的增加則最大載荷板底應力會跟著增大。如表1 和表2 所示分別列出了0.32 m 和0.28 m 板厚的最大載荷板底應力變化情況。

表1 板厚0.32 m 混凝土板最大載荷板底應力

表2 板厚0.28 m 混凝土板最大載荷板底應力

數據顯示，當縱縫與輪跡中心存在偏移時，板底的最大載荷板底應力會隨著偏移量增加而增加。

（2）溫度應力。板長和板厚影響溫度翹曲應力。板越長和越薄，則溫度翹曲應力就相對越大。以常規4.5 m×6 m 板為例，其板長和板厚對溫度翹曲應力的影響情況如表3 和表4 所示[2]。

本試驗參試品種共有6個，分別為CR民喜，CR金麗，CR黃芯F1，CR皇春3號，CR春皇后，春秋2號（CK）。

表3 板長對溫度翹曲應力的影響

表4 板厚32 cm 不同板長的溫度翹曲應力值

表3 和表4 數據顯示，溫度翹曲應力與板長和板厚密切相關。板長越長和板厚越小，溫度翹曲應力對應越大。采取小板塊方案在相當程度上利于降低溫度應力影響。所以在板厚保持不變條件下，重載混凝土路面應盡可能選擇小板塊劃分，這樣利于使車輛載荷偏離最不利板底受力位置和降低板底應力。

1.3 板塊劃分實例

某雙向五車道高速公路，其路基寬度為27.5 m，2個車道供輕交通應用，3 個車道供重交通應用，每條車道寬度3.75 m。

2 合理切縫時機

2.1 切縫時機模型計算

影響切縫時機的因素很多，有諸如集料品質、強度、級配、外加劑等混凝土特性因素，有諸如筑風速、氣溫和時節等環境影響因素，也包括切割設備性能、操作熟練度等設備和人員操作因素。其中時間和溫度是兩項相對客觀和易于參考決策的影響因素，據此設計的切縫時機預測模型公式如下：

式中，T——環境溫度；t——混凝土齡期[3]。

2.2 切割強度分析

在切混凝土路面板時，需要掌握最合適的時機。過早切縫會導致路面板強度不足，低于最小切割強度，容易出現飛邊掉角等毀損現象；而過晚切縫，則會因溫度等收縮應力太大而被拉斷。案例選用2 種混凝土配比（1#、2#）進行切割強度試驗，切割試件規格150 mm×150 mm×550 mm。

試驗結果顯示，1#混凝土切割強度2.5 MPa 時，其試件達到87%的完整率；2#混凝土切割強度2.4 MPa 時，其試件達到80%的完整率。當3 MPa 切割強度時，2 種混凝土配比的切割強度均接近達到100%。綜合測試結果，最佳切割強度應在2.5～3 MPa 之間。如果將最佳切割強度作為一個參考系，齡期與溫度的乘積作為另一個參考系，借助二者關系曲線即可以獲得兩種配比混凝土路面板的佳切縫時機。

3 構建抗滑結構

3.1 抗滑結構技術要求

表5 混凝土路面抗滑結構結構深度要求

特殊區段指的是高速公路或一級公路的變速車道、平交或立交以及其他級別公路的交叉口、陡坡、急彎或路過的集鎮附近。年降水量在≤600 mm 地區，表列數值可進一步適當降低。

（2）抗滑結構微觀要求。微觀抗滑結構對路面橫向力系數的提供至關重要，也同時關乎行車安全。研究顯示，當擺值BNP＜35 時，陰雨天的事故率很高，而當BNP＞42 時，該事故率則相對較小。所以建議重載混凝土路面的擺值應大于42，同時橫向力系數不應低于54。

3.2 抗滑結構實現工藝

（1）拉毛法。走勢分縱向拉毛和橫向拉毛，措施分人工草皮拉毛、粗麻布拉毛和工具鑿毛。

（2）毛槽結合法。毛槽結合是一種結合橫向齒耙拉槽和縱向拉毛的防滑結構，兩種工藝結合，會產生復合增加摩擦阻力作用，毛槽結合法方法更適合重載公路路面制作抗滑結構應用。

（3）表面除漿法。通過混凝土優化配比，澆筑后在未完全硬化前，通過表面除漿使粗集料裸露，進而增強路面粗糙度。表面除漿通常厚度約0.1 cm。此工藝可以省略人工抹面和收光工序，但是因為其結構深度最大，所以均勻性較差，平整度不佳，一定程度削弱行車平穩與舒適性。

3.3 齒耙拉槽抗滑工藝

（1）槽型。多為矩形、梯形、V 形，如圖1 所示。

圖1 常用槽形

（2）槽深。圖1 中h即槽深。

（3）槽寬。圖1 中矩形槽和V 形槽中的b即槽寬。梯形槽存在上寬b1與下寬b2的區分。

（4）間距。兩槽的中心距即為槽間距，如圖2 所示，圖中的a即是槽間距。

圖2 槽間距

（5）走向。存在斜、縱、橫3 種走向。

（6）槽距的結構深度影響關系，分析結果如圖3所示。

圖3 槽距的結構深度影響關系（cm）

結果顯示，結構深度均隨著槽間距的加大而逐步減小。通過觀察結構深度變化可知，3 種不同結構路面板的抗滑性能大同小異。然而需要注意的是，抗滑性能并不僅僅取決于結構深度這一個指標，須綜合多個指標考慮。

3.4 拉槽的抗滑性能影響

（1）槽形的抗滑性能影響。分析顯示，槽型對抗滑性能的影響并不明顯，但當槽口間距、槽深和寬度分布相同時，梯形和矩形的內空間相對較大，對應鋪砂量則相對較多。足見從增強抗滑功效的角度進行槽型選擇其意義并不大，可以任意選擇上述幾種槽型，但從施工操作難度上，建議使用矩形槽。

（2）槽寬的抗滑性能影響。研究顯示，當齒耙拉槽的槽型、走向、槽間距和槽深相同，只不同槽寬時，路面抗滑性能會受到影響。TD值會隨著槽寬的加大而增大，當相同槽距時，隨著槽寬的加大摩擦系數會相應加大。這是由于加大槽寬，輪胎的嵌入深度逐步增加，則單槽廣義犁溝效應就在明顯發揮作用，拉槽摩擦系數便不斷加大。槽寬越大越有利于路面排水。但槽寬也并非越大越好，而是應該有一個適當的限度，因為太大槽寬會影響路面平整度，不利于行車舒適性和安全。研究顯示，齒耙拉槽路面的槽間距和槽寬之間存在關聯影響，一般最大槽寬不宜超過0.5 cm。

（3）槽深的抗滑性能影響。研究顯示，如果槽走向、槽間距、槽寬和槽型都相同，但槽深不同，則路面抗滑性能會受到槽深的影響，表現為槽深越大，結構深度越大。槽深對結構深度有影響，對橫向力系數和摩擦系數影響微乎其微。拉槽深度應在優化路表排水結構、維持路面平整和加強抗滑性能等方面尋求平衡，不允許只為單一目的大幅度增加槽深。綜合考慮路面結構持久性以及施工操作要求，建議高級別混凝土路面的最小槽深取為0.3 cm，重載交通區段的槽深以0.4 cm 較為適宜。

（4）槽間距的抗滑性能影響。當槽間距不同，槽型、槽走向、槽深和槽寬都相同時，隨著槽間距的加大結構深度對應變小，槽寬固定，則槽距越小，對應摩擦系數會越大。這是由于槽距越小，在單位長度內的拉槽條數會越多，則犁溝效應越大，則摩擦系數就會越大。但槽間距還應考慮施工操作性，考慮行車載荷沖擊下的槽口保，綜合各因素，推薦齒耙拉槽間距為20 mm。

4 結語

基于案例工程應用，進行了重載混凝土路面施工技術研究。從板塊劃分原則、縱縫區域應力影響、實例劃分3 個方面，介紹了重載混凝土路面施工關于板塊劃分方面的技術要點；從切縫時機的確定、切縫時機模型計算、切割強度分析3 個方面，介紹了重載混凝土路面施工關于路面板切縫方面的技術要點；從抗滑結構技術要求、抗滑結構實現工藝、齒耙拉槽抗滑工藝、拉槽的抗滑性能影響等四個方面，介紹了重載混凝土路面施工關于路面防滑結構實現方面的相關技術要點。重載混凝土路面應盡可能選擇小板塊劃分，這樣利于使車輛載荷偏離最不利板底受力位置和降低板底應力；重載混凝土路面最佳切割強度應在2.5～3 MPa 之間；推薦重載交通路面采用橫向齒耙拉槽，其彎道區域適當采取縱向齒耙拉槽，以增強抗側滑性能。