水泥混凝土路面預(yù)制拼裝快速修復(fù)技術(shù)研究

1、GONGLU JIAOTONG KEJI YINGYONG JISHU BAN預(yù)制拼裝修復(fù)技術(shù)改變了傳統(tǒng)的水泥混凝土養(yǎng)護(hù)模式,實(shí)現(xiàn)了集中預(yù)制、分散安裝,將水泥混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)期置于預(yù)制階段,解決了水泥混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢,而同時(shí)要求修復(fù)施工結(jié)束后快速通車這一主要矛盾。與成本昂貴的快速修復(fù)材料相比,它使用的是常規(guī)的水泥和鋼筋建筑材料,修復(fù)成本可大幅下降。預(yù)制拼裝修復(fù)在施工現(xiàn)場(chǎng)不排棄任何廢水、廢渣、廢氣,也沒(méi)有噪音污染,是一種環(huán)保的施工方法。且施工過(guò)程不受高低溫、大風(fēng)、小雨等惡劣天氣的影響。1預(yù)制板應(yīng)力分析1.1基層強(qiáng)度對(duì)板體應(yīng)力的影響分析水泥混凝土路面損壞的原因一方面是板的自身質(zhì)量問(wèn)題,另一原因是下

2、部結(jié)構(gòu)承載能力不足。大量的挖補(bǔ)養(yǎng)護(hù)表明,后者是路面破壞的主要原因,其主要表現(xiàn)是基層厚度偏薄,排水不暢,嚴(yán)重沖刷,彎沉較大。而基層強(qiáng)度對(duì)板體受力狀態(tài)影響很大。為了說(shuō)明問(wèn)題,按如下參數(shù)進(jìn)行計(jì)算:面板厚h=24cm ;混凝土彈性模量E =35000MPa ;泊松比=0.15;荷載為標(biāo)準(zhǔn)軸載置于縱縫邊緣中部,輪載接地壓力p =0.625MPa 。按基層頂面當(dāng)量回彈模量1300MPa 、210MPa 兩種工況進(jìn)行分析。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1和圖1、圖2。計(jì)算結(jié)果表明:無(wú)論在何種地基上,隨著板體水泥混凝土路面預(yù)制拼裝快速修復(fù)技術(shù)研究范小響1,羅翥2,傅智2,賈建文1,趙尚傳2,杜天玲2(1.石家莊市交通局,河北石

3、家莊050021;2.交通部公路科學(xué)研究院,北京100088摘要:預(yù)制拼裝技術(shù)是水泥混凝土路面斷板修復(fù)中用時(shí)最短的一項(xiàng)養(yǎng)護(hù)新技術(shù)。文章從理論上分析了預(yù)制板彎拉強(qiáng)度和幾何尺寸的確定方法,闡明了預(yù)制拼裝修復(fù)技術(shù)的各道施工工藝,總結(jié)了大、小兩種板塊的試驗(yàn)路段。并對(duì)預(yù)制拼裝和現(xiàn)澆修復(fù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較。提出了預(yù)制拼裝修復(fù)技術(shù)應(yīng)用建議。關(guān)鍵詞:道路工程;混凝土路面;預(yù)制拼裝;快速修復(fù)中圖分類號(hào):U418.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B作者簡(jiǎn)介:范小響(1966-,男,河北辛集人,高級(jí)工程師,從事水泥混凝土路面施工及養(yǎng)護(hù)工作。表1路基頂面回彈模量對(duì)面板撓度和應(yīng)力的影響評(píng)價(jià)指標(biāo)(單位地基工況2.5m 2.0m 1.3m 1

4、.0m 0.6m 0.5m 工況1工況2工況1工況2撓度/mm 應(yīng)力/MPa 注:工況1、工況2的地基當(dāng)量回彈模量分別為1300MPa 、210MPa 。圖1基層頂面當(dāng)量回彈模量與撓度的關(guān)系圖2基層頂面當(dāng)量回彈模量與最大應(yīng)力的關(guān)系地基工況1地基工況2最大撓度/m m2.5m 2.0m1.3m 1.0m0.6m 0.5m最大彎拉應(yīng)力/M P a地基工況1地基工況22.5m 2.0m 1.3m 1.0m 0.6m 0.5m25GONGLU JIAOTONG KEJI YINGYONG JISHU BAN尺寸的減小,撓度值不同程度增加。當(dāng)基層頂面當(dāng)量回彈模量從1300MPa 降到210MPa 時(shí),2

5、.5m 2.0m 板、1.3m 1.0m 板和0.6m 0.5m 板的撓度分別增大了與此相反,當(dāng)基層頂面當(dāng)量回彈模量變小時(shí),應(yīng)力隨之變少;當(dāng)減小到一定程度時(shí),應(yīng)力趨于穩(wěn)定,由圖2可以看出,0.6m 0.5m 的小板在基層頂面當(dāng)量回彈模量相差6倍多的情況,其應(yīng)力僅相差0.64%,說(shuō)明小板更適于改善軟弱支撐的地基條件。計(jì)算表明,為了彌補(bǔ)基層存在的強(qiáng)度缺陷,預(yù)制拼裝板的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度應(yīng)不小于原路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度。由于預(yù)制拼裝工藝采用集料嵌鎖的方法實(shí)現(xiàn)接縫的荷載傳遞,為了提高接縫的傳荷能力,同時(shí)考慮到厚板有利于抵抗熱膨脹破壞,減少翹曲變形,增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性,減少板間的松動(dòng)和錯(cuò)臺(tái)等綜合因素。在路面修復(fù)工

6、程中,預(yù)制板塊厚度應(yīng)與舊板厚度一致。1.2不同板體尺寸的應(yīng)力分析預(yù)制拼裝板幾何尺寸主要取決于施工性能和使用性能。一般而言,采用小板的主要優(yōu)點(diǎn)是板塊容易預(yù)制、便于吊裝施工、板的受荷性能較好。對(duì)不同尺寸的板體進(jìn)行計(jì)算,其中基層頂面當(dāng)量回彈模量為1300MPa ,結(jié)果見(jiàn)表2和圖3。由計(jì)算可知:隨著板體尺寸變小,板內(nèi)最大彎拉應(yīng)力隨之加速遞減,且兩者滿足二次關(guān)系。說(shuō)明應(yīng)力是板體尺寸的敏感因素,當(dāng)板體尺寸稍有變化,應(yīng)力變化劇烈。圖3可以看出:當(dāng)板體尺寸由整板5.0m 4.0m 依次梯變?yōu)?.5m 2.0m 、1.3m 1.0m 和0.6m 0.5m 時(shí),應(yīng)力也依次下降了0.4%、11.7%和48.4%,衰

7、減非常明顯,說(shuō)明小板具有優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算,在相同的使用條件下,大、小板的溫度疲勞應(yīng)力相差很大,2.5m 2.0m 小板的溫度疲勞應(yīng)力僅為5.0m 4.0m 大板的12.5%,這說(shuō)明使用小板可大大提高安全儲(chǔ)備;但小板的缺點(diǎn)是接縫過(guò)多,處理工作量大,行駛質(zhì)量稍差。相反,大板塊的整體性要好得多,接縫少,行駛舒適性較好;不足之處是板塊自重大,施工時(shí)需要大噸位的吊車,吊裝成本高。2預(yù)制拼裝快速修復(fù)試驗(yàn)段試驗(yàn)路按5.0m 2.0m 的長(zhǎng)條形大板塊和2.5m 2.0m 的小板塊兩種方案進(jìn)行。長(zhǎng)條形大板塊試驗(yàn)路選在國(guó)道307線石家莊市鹿泉段,該線是晉煤外運(yùn)的主要通道,交通量約為1.5萬(wàn)輛/d

8、,且多為超重車輛,修復(fù)前路面破損狀況嚴(yán)重。小板塊試驗(yàn)路選在國(guó)道107線石家莊市南出口段,該線交通量在1萬(wàn)輛/d 左右,屬特重交通路段,超載現(xiàn)象也十分嚴(yán)重。圖3板塊尺寸對(duì)應(yīng)力的影響關(guān)系表2板塊尺寸對(duì)應(yīng)力的影響板體大小(長(zhǎng)寬板體彎拉應(yīng)力/MPa5.0m 4.0m 1.25392.5m 2.0m 1.25951.3m 1.0m 1.11170.6m 0.5m 0.5730圖5長(zhǎng)條形預(yù)制板平面圖圖4長(zhǎng)條形預(yù)制板立面圖應(yīng)力值/M P a5.0m 4.0m 2.5m 2.0m 1.3m 1.0m 0.6m 0.5my=0.1316x 2+0.4613x+0.9168R 2=0.99111805335!12

9、10463636241924092586060N1N1N1N1N1N4N4N4N4N1N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 2N 24551805334510科技成果推廣26(1板塊預(yù)制長(zhǎng)條形板按雙層配筋,配筋如圖4、圖5所示。小板塊配筋僅考慮滿足吊裝要求,上、下各布置8根!8mm鋼筋。原路面厚24cm,設(shè)計(jì)時(shí)采用等厚。混凝土配合比按彎拉強(qiáng)度5.0MPa,抗壓強(qiáng)度40MPa 進(jìn)行設(shè)計(jì)。預(yù)制時(shí)采用插入式振搗棒振搗,振動(dòng)梁和輥杠抹平,壓紋器壓紋,塑料膜養(yǎng)生。并在兩端各預(yù)留一個(gè)吊裝孔,吊環(huán)做得稍低于混凝土表面高度,待板塊拼裝后用快硬水泥砂漿填充整平。(2破板清除破板采用大功率液壓錘擊碎

10、,為了減少液壓錘對(duì)周圍板塊和基層產(chǎn)生沖擊振動(dòng)破壞。在施工中,首先用切割機(jī)沿破碎板四周進(jìn)行全厚切割,破碎錘作業(yè)點(diǎn)嚴(yán)格控制在距板縫30cm以上的板內(nèi),邊緣的剩余部分用液壓鎬或風(fēng)鎬破除,破碎錘作業(yè)時(shí),嚴(yán)禁接觸基層。(3基層檢測(cè)主要檢測(cè)基層的壓實(shí)度,若壓實(shí)度小于95%,須將基層挖除。如果基層有一定的板體性,且壓實(shí)度大于95%,還需做承載板試驗(yàn),當(dāng)回彈模量滿足設(shè)計(jì)值要求時(shí),則基層可以繼續(xù)使用。(4吊裝就位為了縮短基層修復(fù)時(shí)間且便于調(diào)整預(yù)制板標(biāo)高,可采用0.2水灰比的干拌砂漿對(duì)基層進(jìn)行修復(fù)?；鶎诱{(diào)平后,可將運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的預(yù)制板吊裝到指定位置,如圖1所示。(5接縫處理板間接縫通過(guò)集料嵌鎖實(shí)現(xiàn)荷載傳遞,為了提高荷

11、載傳遞能力,在吊裝前,應(yīng)對(duì)預(yù)制板的4個(gè)側(cè)面進(jìn)行鑿毛處理。吊裝就位后,在接縫下半部貫入盡可能粗的單一粒徑碎石,并配以鋼釬插搗,保證密實(shí)填充,接著將配置好的環(huán)氧砂漿灌入填充密實(shí)的縫隙內(nèi)。用同樣的方法貫入第2層石子和環(huán)氧砂漿,然后用加熱至170左右的熔融TST改性瀝青粘結(jié)料封住接縫表面,使其與路面平齊。靜置兩個(gè)小時(shí)以后即可開(kāi)放交通。這種接縫處理方法,既能滿足縫隙的密封防水要求,又能實(shí)現(xiàn)良好的荷載傳遞功能,實(shí)測(cè)表明,其平均傳荷系數(shù)可達(dá)到0.85以上,使用效果相當(dāng)理想。3經(jīng)濟(jì)性比較除了具有優(yōu)異的工程性質(zhì)外,預(yù)制拼裝快速修復(fù)技術(shù)的修復(fù)成本也很經(jīng)濟(jì)。按照公路工程預(yù)算定額測(cè)算,綜合考慮預(yù)制場(chǎng)地費(fèi)用、預(yù)制板的材

12、料成本、運(yùn)輸費(fèi)用、基層處理費(fèi)用及吊裝等各項(xiàng)費(fèi)用,預(yù)制拼裝快速修復(fù)的工程單價(jià)為120元/m2。為了便于比較,以南京某快速修補(bǔ)劑為例。綜合考慮材料成本、現(xiàn)澆水泥混凝土路面的費(fèi)用及拌合站的安裝等費(fèi)用,現(xiàn)澆快通水泥混凝土路面板的修復(fù)費(fèi)用為170元/m2。核算表明:預(yù)制拼裝每平米的修復(fù)成本可比現(xiàn)澆快通水泥混凝土路面的修復(fù)成本節(jié)約50元以上,經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。4結(jié)語(yǔ)預(yù)制拼裝修復(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)。路面修復(fù)時(shí)間從面板拼裝至重新開(kāi)放交通不超過(guò)5h,是真正意義上的無(wú)阻礙交通快速修復(fù)。路面修復(fù)后能達(dá)到新建路面的使用功能。綜合考慮快速修復(fù)路面的使用性能和施工性能,預(yù)制拼裝板的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度應(yīng)不小于原路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度,且宜采用2.5m2.0m的小板,面板配筋量以滿足吊裝要求即可。為提高接縫傳荷能力,減少熱變形破壞,預(yù)制板塊厚度應(yīng)與舊板厚度一致。板間接縫采用碎石和環(huán)氧砂漿填塞,頂面用TST改性瀝青粘結(jié)料密封,既可實(shí)現(xiàn)良好的荷載傳遞,又能防止雨水滲透破壞,使用效果優(yōu)異。預(yù)制拼裝水泥混凝土路面的修復(fù)成本小于現(xiàn)澆快通水泥混凝土路面,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益,在養(yǎng)護(hù)修復(fù)工程中具有極具應(yīng)用前景。