内容摘要　本文通过对G214线姜清段水泥砼路面施工,从原材料的选用、配合比的设计、施工关键部位及程序的控制、滑模摊铺机的操作要领及施工中应注意的问题等方面,总结了在高寒冻土地区施工水泥砼路面滑模施工技术。
关键词　道路工程　多年冻土　水泥混凝土　滑模摊铺　质量控制
1　工程概况
国道214线姜路岭至清水河段,全长298km,地处青海省境内的巴颜喀拉山区域范围内,沿线海拔高程在4200m至4850m之间,属相对稳定多年冻土区或过渡多年冻土区。是全线没有无霜期,年平均气温-4.2℃,年最低气温-42℃,每年的8月底至次年的7月中旬都是受冻胀、冻融的季节,基于上述原因,该段路面有120多公里设计为8.1m宽的水泥砼路面,除垭口前后3.2km长为24cm厚外,其余全部为21cm,面板尺寸为4.0×4.05m,混凝土设计弯拉强度4.0MPa,设计弯拉模量27×103MPa。采用滑模摊铺工艺施工。
2　高寒地区施工须首先解决的问题
(1)所设计的砼必须具有较好的抗冻性。该施工段年最低气温可达摄氏-50℃,且冬季持续时间很长。
(2)尽可能延长可施工利用时间。高寒地区仅每年的6、7、8月份可正常施工,这三个月的时间内下雪、晚上气温降至0℃以下非常频繁。因此设计砼配合比必须按照冬季施工来考虑,在气温较低的情况下可以施工,防止砼路面表面结冰受冻。
(3)通过试验研究,降低砼面板温差,严格控制切缝时间,降低断板率。
(4)研究制定出适宜的覆盖措施和覆盖时间,以防止塑性收缩裂缝,并确保砼路面外表美观。
(5)通过室内外对比试验,确定低温条件下施工的水泥砼路面28天以及长期抗折强度是否满足水泥砼路面设计抗折强度的要求,必须研究制定好在什么样的低温条件下可以保证砼面板抗折强度完全可以达到设计强度要求。
(6)为有利于覆盖保温材料的周转,减少覆盖保温材料用量和施工费用,通过同等条件下养生试件的强度,确定适宜的周转时间。
3　室内外试验研究
3.1　配合比设计
滑模摊铺水泥砼路面的配合比设计,必须综合考虑其满足抗折强度、工作性、耐久性和经济性四项基本要求。因此进行砼的配合比设计时,对原材料的选择,必须在某些指标上加以限制,特别是水泥和外加剂的选择是确保砼各项优良指标的前提和基础。
3.1.1　外加剂的选择
为提高砼的抗冻性,水泥砼配合比中,新拌砼的含气量控制在5—6%之间;为节省水泥用量,确保砼具有良好的和易性,较小的收缩性,强度和抗渗性能均有所提高,拌制砼时的用水量越小越好。因此,必须选用高效引气减水剂,通过对比试验,“QNF-Y引气型道路砼专用高效减水剂”所配制的砼能够满足各方面的技术要求。
3.1.2　水泥的选择
在高寒地区施工,水泥的选择有其特殊性,在其它指标基本相似的前提下,选择干缩率小的水泥对控制塑性收缩开裂和断板率尤其重要。具体见表1。
高寒地区砼路面施工选用水泥时主要技术控制指标

3.1.3　施工配合比的确定
根据水灰比与抗折强度的关系曲线最终确定施工配合比见表2。
3.2　砼的抗冻性试验
冰点温度测试结果见表3。

新拌砼的冰点试验结果表
外加剂种类 新拌砼的结冰温度(℃) 备　　注
不掺加防冻成分 -5
掺加防冻成分 -12 采用实际施工配合比


根据气温的变化随时改用掺加防冻成分的外加剂,确保在较低的温度情况下施工的砼路面表面不受冻。
3.3　路面砼的温度变化测试
若保证砼面板的强度满足设计要求,采用保温养护措施后,应始终确保路面面板温度不低于5℃。为此,对砼面板温度进行跟踪测试,以确保长期抗折强度。
3.4　路面断板控制试验
　不同覆盖方式、不同切缝时间路面断板情况表表4

覆盖类型 只覆盖两层塑料 布覆盖两层塑料布,中间夹麻袋片 覆盖两层塑料布,中间夹保温毡
24小时切缝 温差 断板数 温差 断板数 温差 断板数
12℃ 1  10℃ 无 6℃ 无
48小时切缝 13℃ 2  9℃ 1  6℃ 无

表4是采取不同的覆盖方式,掌握不同的切缝时间,每210m为一个试验段落,观察断板情况记录。覆盖两层塑料布中间夹麻袋片或保温毡,能够提高保温效果,降低面板昼夜温差,保温毡效果更佳;保温效果越差,对切缝时间要求越严格,断板越不容易控制。覆盖两层塑料布中间夹保温毡是比较理想的保温、保湿覆盖养护措施,能有效防止砼路面断板,降低断板率。www.tmgc8.com
3.5　强度对比试验
室内外强度对比及钻芯取样实测结果表5

龄期 小梁试件抗折强度(MPa) 钻芯取样劈裂强度换算抗折强度
标养 与路面同条件养护 (MPa)
7天 3.9  2.5  2.9
28天 4.7  3.6  3.8
56天 4.9  4.5  5.2

从表5可以看出,在养护龄期较短的情况下,与路面同条件养护试件强度或钻芯取样换算抗折强度均偏低,但随着龄期的增长,在养护温度较低的情况下,不仅能满足设计强度要求,而且对强度影响很小。从强度上来看,两层塑料布中间夹保温毡三层覆盖保温养护,10天以上便可撤除保温毡周转使用,28天以后便可开放交通。
4　滑模施工控制
欲保证滑模摊铺机摊铺出高质量的水泥砼路面,必须牢牢抓住摊铺基准线的设置、砼的搅拌与运输、滑模摊铺路面板三个关键环节。
4.1　基准线的设置
该路面由于保通的需要,必须分两幅施工,为使线型控制准确,我们采用单坡双线式基准线进行摊铺。基准线桩间距直线段为10m,曲线段为5m。设置基准线时严格按照滑模摊铺路面两侧边缘的几何位置设定,包括弯道缓和曲线和圆曲线各交点几何位置及长度,超高段几何位置、尺寸等,全部准确无误,并在两侧基准线上反应超高和横坡。为便于随时校核拉线标高和路面板厚度,我们在基准线桩夹线臂的夹口正下方基层上固定一水泥钢钉,并测定其标高,并随时校正。基准线必须固定牢固并达到1000N以上拉力的张紧度。
在渐变段和弯道上,技术人员将有关弯道施工的确切几何参数详细交待给摊铺机手,精心操作,缓慢平稳精确地施工弯道上的直缓段、圆弧段和缓直段。特别要按照路面设计要求在规定的渐变段长度内保证完成扭面精确摊铺。
4.2　砼的搅拌与运输
对滑模摊铺用砼来说,一方面要求配合比准确,另一方面要求混合料的波动要尽量小,砼摊铺后颜色一致,新拌砼的坍落度稳定在±5mm范围内。否则会引起滑模摊铺后的砼塌边,纵缝连接不顺等现象。因此,滑模摊铺砼对拌和设备的要求比较严格,拌和量不仅要满足滑模摊铺机的要求,而且拌出的砼要质量优良、均匀稳定。我们选用了JS-1000型自动电子计量强制式砼拌和机,额定产量为50m3/t,由两台拌和机同时供应一台Wirtgen Sp-500滑模摊铺机,可实现连续不间断正常摊铺。
施工时,为确保砼的拌和质量,我们采取了以下措施:
(1)开工前对拌和机先进行标定,确保计量准确,并定期进行校核。
(2)砼总的拌和时间不低于90s,干拌时间为20s,湿拌时间为70s。
(3)正式施工前对试验室提供的配合比在拌和机上进行试拌,确认在规定的搅拌时间及搅拌制度下拌出砼的工作性、振动粘度系数或坍落度、含气量、抗折强度等是否符合技术要求,并适宜滑模摊铺。
(4)为确保外加剂计量准确,根据每盘砼实际的外加剂掺量及用水量,将液体外加剂复配到水溶液中。
(5)施工过程中,由试验室对砼的质量进行监控。按规程规定的方法、频率检测坍落度、含气量、砂石料含水量及砼密度,随时检测砼的温度、坍落度损失率,水化热和凝结时间等参数,并按要求预留抗折强度试件。
由于施工时分两幅摊铺,一次性滑模摊铺的宽度仅为4.0m,只能选用小型滑模摊铺机,功率小,再加上高原气候的影响,机械效率更低;由于倒车、卸车的影响,在摊铺机前固定专用机械进行布料,不但不经济,而且会明显影响滑模摊铺进度。因此,在选用运输自卸车时,若采用大吨位自卸翻斗车,很容易造成摊铺机推进困难,甚至无法正常行进。我们全部采用5t东风自卸翻斗车,每车拉砼3~4m3,只要卸料均匀,在不设布料机械的情况下,摊铺机可以实现均匀不停的向前推进。
由于运输路况差,再加上社会交通的影响,运输路线较远时,很容易造成砼的离析,下层砼硬化在车厢底板上,无法卸料。因此,我们将路线均匀分成若干段,使砼的最大运输距离不超过8km,最长运输时间不超过45分钟,同时为防止砼坍落度损失过大和表面风干,用帆布遮盖自卸车上的砼。
4.3　滑模摊铺
滑模摊铺机正式开始摊铺前,先正确设置滑模摊铺机的各项工作参数,并通过试铺调整固定下来。正式开始摊铺的前5m之内,必须对所摊铺出的路面标高、厚度、宽度、中线、横向坡度等技术参数进行准确测量。摊铺机操作手根据测量结果及时缓慢地在摊铺机行进中微调摊铺机上的传感器,挤压底板、超铺角、拉杆打入深度及压力、抹平板的压力及边缘位置。禁止停机进行严重影响平整度的高程、中线、横坡及超铺角等的大幅度调整,以上工作应在10m内完成,并将摊铺效果达到要求的摊铺机工作参数的设定位置固定并保护起来,一般情况下,不允许更改。第二天的连续摊铺,将摊铺机后退到前一天做了带侧向收缩口工作缝(收口每侧5cm,长度与侧模等长或略长)的路面内,到挤压底板前缘与工作缝端部对齐开始摊铺。正常施工时,每天都应先检查底板、振捣棒等关键工作参数和摊铺效果。www.tmgc8.com
滑模摊铺的最终目的是要求操作手利用摊铺机上所有给定的条件和手段,保证一次性摊铺出高质量的密实、不拉裂、不塌边的砼路面来。因此,在摊铺过程中,应尽可能使摊铺机缓慢、均匀、连续不间断地作业。保持摊铺机正常摊铺速度在1m/分钟左右,振捣频率控制在9000r/分钟左右,以防止砼出现过振或漏振、欠振现象。同时,操作手应根据新拌砼的稠度大小,适当调整摊铺的速度和振捣频率。
滑模摊铺的砼面板原则上不应再修整,特别禁止加铺薄层砼或砂浆来修补路面。对表面上少量局部麻面和明显缺料部位,应在挤压板后或搓平梁前,最迟在抹平板前表面补充适量砂浆,由搓平梁和抹平板机械修整。对打侧向拉杆被刮坏的侧边;振动漏料部位;倒边、塌边、溜肩现象,应顶侧模,边缘补料修整。
前、后幅摊铺相接的纵缝处应进行适量修整。对摊铺机起步摊铺段、与桥面板的结合部及接头应采用水准仪抄平,用大于3m的水平尺边测边修整。实践证明,通过试验手段做指导,采取一定的技术措施,科学组织施工,在青藏高原高海拔多年冻土区是可以滑模摊铺出高质量水泥砼路面的。

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