预制拼装在农村混凝土路面修复工程中的工艺研究

何启军，吴亚慧，王鹏程，仇小东，虞浩

（1.南通市公路管理处，江苏 南通 226000；2.河海大学，江苏 南京 210000）

1 研究背景

水泥混凝土路面由于其结构特征，具有强度高、板体性强、耐磨耐腐蚀性好、造价低廉、施工工艺简单等特点，被广泛应用于较低等级的公路、乡村公路、高载高压的机场和高速出入口等地方。随着长时间的通车之后，由于设计、原材料、施工、交通量剧增等原因，水泥混凝土路面很容易出现板底脱空、裂缝、断板，甚至唧浆等现象，严重影响了车辆行驶的安全性、舒适性，亟需对水泥混凝土路面进行快速的修复。

目前国内普遍采用传统方式对水泥混凝土路面进行修复，即破碎清除旧路面板块后，重新绑扎钢筋或直接浇筑水泥混凝土，之后养生一定时间后再通车。传统修复方式虽工艺简单，但需要长时间封闭车道，且养生时间长、施工周期长，严重影响交通和经济发展。针对快速开放交通的水泥混凝土路面快速修复技术，国内从原材料下手，研发出早强剂、减水剂、快硬水泥类、早强水泥类、聚合物水泥类等多种材料用以改善普通水泥强度形成慢的现状，但也存在一定的缺陷，如水化热大、成本过高等。

为此国内开始选用预制水泥混凝土拼装快速修复技术进行研究。其通过提前在后场预制好水泥混凝土路面板后，直接在现场拼装对旧路面板进行快速更换。该技术由于将水泥混凝土板的成型、养护时间放在了后场预制的过程中，仅仅是在现场进行吊装、拼装，大大节省了现场施工时间，对交通影响小，是真正意义上的无阻碍交通的快速修复方法[1]。

2 方案设计

预制拼装水泥混凝土路面板快速修复技术的主要优点体现在快速开放交通上，为突出这一特点，在施工工艺流程和组织安排上要做到统筹兼顾、有条不紊，这就需要对工艺流程做出科学、严谨的设计。

施工设计工作主要是对原公路进行调查，充分了解路基、路面情况。对于路基主要是调查现有路基的结构类型及其强度是否能满足现有公路的设计标准，因为路基结构弱化、承载力不足，容易造成水泥混凝土板出现脱空、板底受力不均，形成断板、裂缝等病害。当路基强度无法满足设计要求时，应该采用全部换填的方法进行处理，并碾压成型，换填材料选用水泥稳定碎石或贫混凝土，较低等级的公路经验算满足要求后也可采用灰土。对于路面主要是了解旧路面板块病害种类以及产生的原因，可以辅助对路基的情况进行判断，同时也需要了解旧路面板的结构情况，便于设计预制板的尺寸大小[2]。

2.1 预制板尺寸设计

预制水泥混凝土板块的尺寸大小对路面板块的受力情况和施工工艺有重大影响。预制水泥混凝土板块尺寸偏大可增加车辆行驶过程中由于水泥路面板横向接缝或伸缩缝过多的行车舒适性，但运输、吊装和铺设过程中，板底的最大拉应力和最大挠度均有可能导致路面过早出现裂缝或破碎现象[3]。预制水泥混凝土板块尺寸偏小，虽然可以增加水泥路面板的使用寿命，减少病害发生，但路面过多的接缝会严重影响车辆行驶的舒适性，并且过多的板块在吊装和拼接过程中也会增加施工难度。根据国内已完成的施工情况来看，主要采用的板块尺寸有5m×4m、4m×4m、2.5m×2.5m、2.5m×3m，但结合最后的应力验算和施工效果综合考虑，较小尺寸2.5m×2.5m、2.5m×3m的板块更加适合农村公路。预制水泥混凝土板块的厚度从20cm～30cm不等，具体还需要根据现场已有旧路面板的厚度调整，最佳厚度是能够跟旧路面板厚度相等[4]。

2.2 配筋设计

预制拼装快速修复技术不同于现场现浇水泥混凝土路面，由于水泥混凝土路面板是提前在后场预制好，之后通过吊装、运输、拼装完成施工的，所以，后场预制过程中预制板块可能会出现早期的开裂。同时预制板块需要经过吊装和运输，两个过程中板底均会现大面积的拉应力区域，导致板底出现开裂。且施工完成后的水泥路面不存在水泥混凝土材料渗入到基层当中，以及提前找平后的基层无法保证完全平整，这就容易导致基层出现先天性的脱空现象。

鉴于这些特征，预制水泥混凝土板块需要采取配筋措施，以保证吊装、运输过程中的安全性，以及施工完成通车后抵抗由于板底脱空现象而导致的拉应力[5]。所以，在预制水泥混凝土板块尺寸确定之后，应结合尺寸根据板块运输受力分析、吊装受力分析、不均匀支撑受力分析三方面分别进行应力验算，以保证施工的安全性和质量。

图1 结构配筋图

2.3 接缝设计

预制水泥混凝土板块在拼装完成过程中，应在板块之间保留一定距离的缝隙分别作为横向接缝、纵向接缝，用以承担水泥混凝土板热胀冷缩产生的应变应力。纵向接缝应按照施工缝设置成平缝的形式，间距控制在3～8mm之间，并设置拉杆以保证两幅水泥路面的整体性。拉杆应采用螺纹钢筋预制在板厚中间，其规格、间距、长度应根据预制板尺寸决定。纵向接缝的填缝方法为，先在接缝下半部贯入单一粒径碎石，并配以钢钎插捣，保证密实填充，接着将配置好的填缝料灌入填充密实的缝隙内。用同样的方法贯入第2层石子和填缝料。横向接缝的设置需要分为施工缝和伸缩缝，其中施工缝可按照纵向接缝的设置方法进行设计。伸缩缝的设置间距一般控制在20～25mm之间，其填缝方法与施工缝相差较大，应在封内填入涂抹防腐材料的膨胀板，上部预留30～40mm用沥青或树脂类材料灌缝。横向接缝均需要设置传力杆，其规格、间距、长度也应根据预制板尺寸决定[6]。

图2 接缝设置

3 施工工艺

3.1 板块的预制

板块的预制工艺：搭模板→钢筋绑扎→混凝土搅拌→浇筑→振捣→抹面→养生→脱模→堆放。其中模板的搭建在整个预制工作中具有十分重要的地位，直接关乎到预制板尺寸结构的好坏。预制板的模板尽量采用可重复利用且不易变形的钢板，模板尺寸根据预制板尺寸定制。模板的搭接应保证不出现较大的缝隙且牢固，不会因为水泥混凝土水化膨胀造成模板散架。预制水泥混凝土板硬化后拆模过程中不应暴力拆除，防止预制板出现变形无法使用。对于预制完成的水泥混凝土板块，需要集中分类堆放并编号，便于施工过程中按顺序进行吊装施工。

图3 预制水泥混凝土板浇筑

3.2 板块的运输与吊装

板块的运输主要是根据板块的尺寸、重量、施工现场的空间来选择适合的车辆及板块的堆放方式。板块的运输宜选用装卸便捷的平板车，板体的尺寸一般为1/2或1/4的小板，根据现场修复的情况运输板块的类型和数量。为了避免现场运输车辆对交通的影响，运输车辆进入场地后，应立即安排吊装。选择合适的堆放方式尤为重要，为保证板块的运输安全，在板块的长边方向设置4个垫块，短边方向设2个垫块，总计8个垫块[4]。

吊装构件的主要形式有固定式和可动式。固定式吊件预埋在预制拼装板中，混凝土硬化后，吊件完全固定，一般用塑性较好的一级钢筋，吊环计算拉应力应小于50MPa。根据吊装板的重量来选择直径，用钢筋加工的吊环一般采用单根式，若不满足吊装安全可用2根，但必须保证2根同时受力。板块拼装完毕后，要沿着板块表面全部切除吊环，不能凸出在路面，凸出的钢筋对车轮磨损严重，给行车带来安全隐患，切除后要用砂轮磨平。

图4 板块的吊装

3.3 旧路面的处理

在预制板块吊装装配之前，需要对旧路面进行处理。

旧水泥混凝土板块的清除工作主要有液压式破碎清除和切割分块吊装清除两种。液压式破碎清除法采用大功率机械对旧路面板进行冲击破碎，对周围的水泥混凝土板块影响较大，容易产生新的裂缝。所以采用液压式破碎清除法应先将破碎板块四周全厚式切割，之后再在板边缘30cm以外处进行破碎，30cm以内采用液压镐或风镐进行破除。切割分块吊装清除法根据板块的破损情况对旧板进行清理，一般用切缝机将板分为几块较大的板，并在板中埋入膨胀型螺栓，用吊机整体转送到运输车上。这种清除方法能够避免对周围板块的影响，并且噪音小、施工机械化程度高[7]。

旧路面板块清除后，需对旧路基进行检查。当旧路基完好，能满足设计要求时，对路基表面清理后使用干拌砂浆或自流平砂浆对路基进行找平，防止预制板块吊装拼装完成后板底出现脱空现象。若旧路基强度无法满足设计要求时，需要换填旧路基，换填材料建议采用较高强度的水泥稳定碎石或灰土。旧路基换填完成之后仍需采用上述方法对路基进行找平[5]。

3.4 板块的灌浆

预制板块拼装后，基层与板底可能存在不同程度的脱空。这种脱空现象若得不到及时恰当处理会影响预制拼装板的服务寿命。预制拼装板的脱空采取板底灌浆的方法，一般在板上预留或钻取直径50mm的灌浆口，灌浆孔深度为板厚。灌浆材料有一定的流动性在压力作用下能填充、密实脱空部位，但随着灌浆料不断的渗透、填充其流动性会逐渐降低，无法保证离灌浆孔较远的脱空部位填充满。因此，在预制拼装板的板底预留半圆形钢管的灌浆通道。灌浆通道不宜在预制板全长度或宽度方向布置，灌浆材料在压力的作用下可能从接缝大量溢出，一般距离边端300mm。

4 结语

预制拼装水泥混凝土路面板快速修复技术是目前所有快速修复技术中用时最短、占用道路面积最小、对道路交通影响最小的一项实用技术，是真正意义上的无阻碍交通快速修复方式。预制拼装水泥混凝土路面板快速修复技术作为一种实用的快速修复技术，从前期的设计阶段调查旧公路情况，至板块预制过程中细节处理，最后到旧路面处理和预制板块的运输吊装等，应用过程中需对施工工艺充分把控。