浅析水泥混凝土路面设计及施工中的一些问题

樊庆文

近年来,重轴载、大吨位运煤车辆成为我省二级公路运输的一大特点。为了保证公路服务质量和使用年限,从设计到施工每个环节都将影响到水泥混凝土路面的使用质量。

1 存在的问题

1.1 设计方面

1)地带类型确定不当,土基模量取值偏小,导致部分混凝土板因土基强度不足发生断裂。2)交通量预估偏差较大,且常低于实际交通量,重载车辆比例增大,超载严重,从而使路面的使用寿命低于设计使用年限。

1.2 施工方面

1)忽视了路基稳定对路面整体强度的影响,造成混凝土板在短期内即出现大面积断裂。2)面板切缝时间掌握不当,混凝土初期养生不好。3)不注意基层的平整度,造成混凝土板厚薄不均,既影响路面质量又不经济。4)混凝土成型方法不当,造成强度不能充分发挥。5)管理人员缺乏路面施工基本知识,不重视路用混凝土对组成材料的基本要求,这是导致路面质量差的主要原因。

2 提高设计准确性

2.1 正确确定路基地带类型,认真解决排水问题

设计路面,一般要求路基处于干燥或中湿状态,季节性冰冻地区防冻层的设置,其厚度也与路基干湿有关,土基回弹模量值的确定,更是根据土基干湿类型来选定。排水不良造成路基、路面强度和稳定性不足导致混凝土路面破坏屡见不鲜。为此:1)必须进行认真细致的水文、地质调查,判明水文地质条件及其对路基的影响。2)考虑不同季节地下水位的变化情况。3)在挖方地带,应考虑挖方深度对路基干湿类型的影响。路基的干湿类型易受地表积水的潜流作用,使原来干燥的路段由于积水而变成潮湿路段,引起土基强度下降,路基下沉,导致路面破坏。因此,设计时一定要认真考虑这一问题。4)在路基基本完成后,应实测土基回弹模量,重新核实路基地带类型。5)按照规范规定,对可能危害路基稳定的地面水和地下水设计一个完整的排水系统,使水迅速排出路基范围以外,确保路基稳定。

2.2 交通量的统计

1)目前在一些运煤路线上的运输车辆中,轴重超过30 t的车辆比例逐年增大,且有大量的双后轴车辆。因此,如果对各种轴载,特别是重轴载不能进行精确的统计,将造成交通量设计参数的偏差。2)对超载车的预估不足也是交通量统计的一个缺陷。我省的运输车辆主要是运煤车辆,普遍超载,采用超载与空载平均方法计算,也导致预估交通量偏低。因此要加强交通量统计的准确性,就必须考虑上述两个因素,为此,应做到以下几点:a.在设计重要公路或等级较高的公路路面时,应全面调查该地区的交通运输情况,特别是对交通量增长情况要合理估算,不可仅凭经验进行设计。b.在道路设计前,交通量的观察应以轴载为准,特别是对一些重载车,应尽量精确统计其轴载。c.空车与超载车区别对待,分别统计。3)混凝土组成设计。a.骨料级配。提高混凝土的强度,增大水泥浆与骨料结合面是一有效途径,应从过去的骨架型改为悬浮型。为使骨料形成悬浮结构,最适当的方法就是增加骨料中1 cm～2 cm颗粒含量,减少3 cm～4 cm颗粒含量,满足路用混凝土对其抗折、抗压强度的要求。b.砂率。砂率表示混凝土拌合物中细集料的含量。砂率也是提高界面面积,改善悬浮结构的重要因素,提高砂率亦可以有效的提高混凝土抗离析的能力和保水性能,减少路表干缩裂缝。因此我们在进行水泥混凝土路面配合比设计时,不仅应考虑水灰比,骨料级配,也应当选择最佳砂率,这样才能设计出满足路面设计强度要求的混凝土配合比。4)砂的细度模数。当砂的含泥量符合规范要求时,适当降低砂的细度,增加砂中0.16 mm颗粒含量,可以增加界面面积,同样可以提高混凝土的抗折强度。

3 施工过程中的问题

3.1 路基强度

好多人认为,混凝土路面有较厚的板分散荷载,作用于路基上的力很小,故对路基的压实度、稳定性要求有所放松。众所周知,由于混凝土板是通过基层支撑在路基上的刚性板,当路基由于压实度不足产生变形时,路基支撑部分脱空,混凝土板应力重新分布,使应力集中,导致混凝土板的破坏。因此,要保证混凝土路面的质量,必须保证路面面板有一个均匀的支撑,故提高路基强度与稳定性是十分重要的。根据几年来我省修建水泥混凝土路面的经验教训,路基压实度的控制必须严格执行重型击实标准,对填方路基,路床底面0 cm～80 cm范围内应大于 95%;80 cm以下要达到94%;而对零填及挖方地段,不仅要求路槽底面0 cm～30 cm内大于95%,且应对路槽底面以下土质情况进行调查。对软弱的下卧层路段(含湿陷性黄土),应采取翻土或重锤夯实,使0 cm～80 cm内的土基压实度均达到95%以上。为了保证路基强度,施工中当路基工程基本完工后,应进行一次路基综合调查,核实路基地带类型与土基回弹弯沉与原设计是否相符。

3.2 基层平整度

由于一些施工单位对基层平整度不够重视,造成混凝土板厚度不均,据近几年施工现场检查发现,混凝土板最厚的地方比设计厚度多4 cm～5 cm,而最薄的地方比设计板厚少5 cm～6 cm,前者造成工程上的浪费,后者导致路面强度下降。为使施工中混凝土板厚不出现较大偏差,使混凝土板放在一个平整的基层上,在路面基层施工中应注意以下几点:1)正确确定材料松容重和涂铺厚度。由于一些细粒料(如石灰和粉煤灰)的松干容重是随含水量变化而变化,施工前应测定其在不同含水量下的松干容重,并绘制含水量和容重的关系曲线。施工时先测定材料的含水量,根据含水量确定其容重,并按此计算体积配合比或虚铺厚度。2)基层的整平在压实前进行,即在第一次稳压后应在基层的标高平整度处进行一次认真的检查,发生问题及时纠正,坚决杜绝贴补,这样可以防止在压实成型后因挖补整平造成基层强度下降。

3.3 混凝土板施工

1)每批水泥使用前必须做安定性试验(每30 t一批),凡未经检验或查出安定性不合格的水泥禁止使用。2)严格遵照混凝土配合比设计。一些施工单位在拌制混凝土时,只控制水泥、砂、石用量,致使拌出的混凝土和易性差别很大,且强度离散更大,为扭转这一局面,在拌和混凝土时必须做到:a.严格控制水灰比。必须明确影响混凝土强度的主要因素是水灰比,而不是水泥用量,因此,在拌和混凝土时,不仅坚决杜绝凭“经验”加水,还必须做到每作业班至少三次取样测定砂、石材料含水量,并按其含水量的变化调整加水量及砂、石用量,使水灰比及和易性均符合设计要求。b.砂、石规格、质量必须符合规定。如前所述,影响混凝土抗折强度不仅是水灰比、骨料级配,而且质量对混凝土抗折强度的影响亦很大,特别是碎石级配往往容易被施工人员忽视,因而造成失误。如某单位,在混凝土路面施工中,只注意了材料配比数量的准确性,但对碎石级配不做控制,结果导致30组混凝土试件虽抗压强度均大于设计(30 MPa),但有相当一部分试件抗折强度小于设计(4.5 MPa)。因此,在混凝土路面施工中必须严格控制骨料规格。3)减水剂。混凝土拌合物中加入一定数量的减水剂能提高混凝土的抗压强度、抗折强度和节约水泥。所以,在混凝土路面施工中正确使用减水剂对改善混凝土的物理力学性能,提高混凝土路面使用寿命是大有好处的,特别是在水泥价格较高的情况下,使用减水剂对降低工程造价也是十分可取的。4)加强初期养护,掌握最佳切缝时间。我省气候干燥,风大,昼夜温差大,混凝土表面水分极易蒸发,造成不少路段产生大量裂缝。为此,在施工中采取及时用塑料布覆盖,避免混凝土表层水分过早蒸发,可以有效的防止干缩裂缝的产生,不少施工单位采用后,收到了良好的效果。具体做法是:当混凝土面板成型后,及早拉毛,然后马上用塑料布覆盖,这对提高面板初期强度也有好处。混凝土面板横向缩缝在我省采用的是切缝法,但由于切缝时间掌握不当,面板在切缝前因干缩而引起板横向断裂的现象在我省路面施工中常有发生。解决的关键是把握最佳切缝时间,路面施工规范规定,当混凝土达到设计强度25%～30%时,进行切缝,这在一般情况下是良好的。但我省风大,日温差大,混凝土收缩快,切缝时间应按实际情况掌握,以防止由于收缩和温度翘曲应力而将板拉断。根据几年的经验教训,最好在强度达到4 MPa～6 MPa时切缝。即在夏季切缝时间8 h～10 h,秋夏切缝时间14 h～16 h为宜。如对切缝时间难以掌握,施工中每隔20 m预压一条缩缝,给混凝土收缩提供余地,以后再切剩余的缝,也可防止混凝土板因干缩而产生横向断裂。

综上所述,如果能从上述的诸多方面加以注意并努力改善的话,一定能取得良好效果,并提高工程质量。

[1]交通部公路司.公路工程质量通病防治指南[M].北京:人民交通出版社,2006.

[2]山西公路局.公路工程八大通病分析与防治[M].北京:人民交通出版社,2007.

[3]徐培华,王安玲.公路工程混合料配合比设计与试验技术手册[M].北京:人民交通出版社,2005.

[4]JTG D40-2003,公路水泥混凝土路面设计规范[S].

[5]JTG F30-2003,公路水泥混凝土路面施工技术规范[S].

[6]JTG F10-2006,公路路基施工技术规范[S].