多跨预制板梁大高度同步顶升施工技术

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致伊
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1 碾压混凝土基层在高速公路中的应用研究谢光宁 1,2, 许新权 1,2 (1. 公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心, 广东广州 ; 2. 广东华路交通科技有限公司, 广东广州 ) 摘要 : 针对广东地区在重载交通下易出现的沥青路面裂缝坑槽唧泥车辙等早期损坏, 特别是长大陡坡段的路面车辙等病害, 尝试采用碾压混凝土刚性基层沥青路面结构, 以期解决广东地区重载交通作用下的路面耐久性问题基于碾压混凝土基层的耐久性沥青路面结构, 与传统意义上的 RCC+AC 复合式路面, 以及旧水泥混凝土路面加铺沥青面层等结构在材料特性和受力情况等方面较为相似, 但又各具特性因此, 通过在借鉴这些路面结构的应力分析理论和方法的基础上, 根据碾压混凝土基层耐久性沥青路面结构的特点, 对优质碾压混凝土基层施工难点关键控制点进行进一步研究, 从而不断积累经验和提高碾压混凝土路面基层的施工质量关键词 : 高速公路 ; 碾压混凝土 ; 路面基层 ; 研究 Research on Application of RCC Base Course in Project of Expressway XIE Guangning 1,2, XU Xinquan 1,2 (1.Research and Development Center on Road Transport Safety and Emergency Support Technology & Equipment, Ministry of Transport, PRC,Guangzhou,Guangdong, ,China; 2.Guangdong Hualu Communications Technology Co., Ltd.,Guangzhou, Guangdong,510420, China) Abstract: Asphalt pavement cracks and potholes, pumping mud, rutting damage, especially long steep slope section of pavement rutting disease are frequently occurred under heavy traffic in Guangdong area. The rigid base asphalt pavement structure of RCC is adopted, in order to solve the Guangdong area overloading traffic under the action of the durability of the pavement.because the rolling of the durability of the concrete base asphalt pavement structure, and in the traditional sense of the RCC + AC composite pavement, and the old cement concrete pavement overlay asphalt layer structure in such aspects as material characteristic and the stress distribution are relatively similar, but each has its features. Therefore, in reference to the stress analysis of pavement structure, on the basis of the theory and method, according to the characteristics of the roller compacted concrete durability of asphalt pavement structure at the grass-roots level, the quality of roller compacted concrete base construction difficulties and key control points are studied for further research, so as to accumulate experience and improve the construction quality of roller compacted concrete pavement base. Keywords: expressway, RCC, pavement base, research 作者简介 : 谢光宁, 男, 路桥工程师, 主要从事路桥检测试验及咨询工作 ; 联系电话 : , @qq.com 1

2 1 引言水稳半刚性基层作为主要承重层曾在广东省高速公路路面施工中得到广泛应用, 近年来随着社会的持续发展, 通车后的高速公路车流量不断增加, 重载及超载车辆越来越多, 随着荷载作用次数的增加, 半刚性基层基层的使用寿命不断减少, 当使用寿命结束便出现破坏现象, 然后逐渐引起沥青面层损坏, 在雨水及其他不利因素的影响下加剧了基层的破坏, 从而引发路面结构性破坏为了使路面结构具有足够的强度良好的耐久性和优良的行车舒适性, 道路工作者都在不断探索新的先进的路面结构和材料, 近年来人们愈来愈为重视复合式路面的优势复合式路面是指面层由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的路面, 一般采用水泥混凝土与沥青混凝土进行复合设计, 常用的结构是普通水泥混凝土碾压混凝土或贫混凝土与沥青面层的复合, 也可将连续配筋混凝土与沥青面层相结合的复合式路面碾压混凝土基层具有容易就地取材, 施工简便强度相对较高等优点, 是提高基层结构强度的一种好办法 [1-3] 广东省大部地区属于温暖湿润的亚热带季风气候区, 在炎热气候下, 沥青更易出现车辙推拥波浪等病害, 尤其是在长大陡坡路面的车辙病害一直是广东地区沥青路面常见的问题, 尝试采用碾压混凝土基层沥青路面结构解决广东地区长大陡坡路面的车辙病害具有重要的意义 2 碾压混凝土基层路面结构厚度验证与优化广东省自 1989 年第 1 条高速公路修建以来, 沥青路面结构变化比较大, 路面总厚度为 57~110cm, 其中基层有半刚性结构和刚性复合结构, 厚度为 20~40cm, 底基层厚度为 15~55cm 另外, 在软基路段, 由于路基下沉, 一般采用不铺中面层的方式 ( 过渡路面 ) 国家科技项目曾研究了碾压混凝土的一些路用性能, 但没有有效解决耐磨平整度和抗滑性等技术问题近年来根据 AC/RCC 路面结构对碾压混凝土 (RCC) 的路用性能进行相关研究 [3-6], 但该路面结构研究较少, 本节结合广乐高速公路项目, 在对碾压混凝土力学性能试验研究及结构分析的基础上 [7-9], 对碾压混凝土基层路面结构 ( 10cm 改性沥青 4.5cmGAC cmGAC-20)+8cm(ATB-25) 沥青稳定碎石 +24cm 碾压混凝土 +18cm 水泥稳定碎石 +18cm 水泥稳定碎石 +20cm 级配碎石 ) 进行厚度验证与优化 2.1 设计标准碾压混凝土基层复合式路面采用沥青混凝土结构, 路面设计以沥青层层底拉应力和设计弯沉值为指标, 采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论, 计算路面结构厚度路面设计采用以双轮组单轴轴载 100kN 为标准轴载, 设计年限 15a 2.2 自然区划根据公路自然区划标准 (JTJ ), 本项目属 Ⅳ6( 武夷南岭山地过湿区 ) 2.3 交通量组成及交通量 (1) 交通组成根据工可报告预测交通量, 公路营运期车型比例组成见表 1 表 1 车型比例表车型小货中货大货拖挂小客大客省界 ~ 坪石北互通绝对比 /% 坪石北互通 ~ 新场屋互通绝对比 /%

3 (2) 交通量根据工可报告, 本路段交通量 ( 小客车 ) 预测结果见表 2 表 2 主线交通量特征年预测结果表辆 / 日年份 2014 年 2020 年 2025 年 2029 年 2033 年省界 ~ 坪石北互通坪石北互通 ~ 新场屋互通通车第 1 年 (2014 年 ) 日平均混合交通量见表 3 表 3 主线 2014 年日平均混合交通量车型小货中货大货拖挂小客大客交通量 / 辆交通量 / 辆车辆组成及材料设计参数沥青路面材料设计参数见表 4 表 5 表 4 车辆组成表序号车型名称前轴重 /kn 后轴重 /kn 后轴数后轴轮组数后轴距 /m 1 跃进 NJ 双轮组 - 2 东风 EQ 双轮组 - 3 黄河 JN 双轮组 <3 4 解放 SP 双轮组 >3 5 红旗 CA 双轮组 - 6 黄海 DD 双轮组 >3 表 5 路面材料设计参数层位材料名称抗压模量 /MPa 劈裂强度 /MPa (15 ) 1 中粒式 SBS 改性沥青混凝土 (GAC-16C) 中粒式 SBS 改性沥青混凝土 (GAC-20C) 粗粒式沥青混凝土 (GAC-25C) 密级配沥青碎石 (ATB-30) 碾压混凝土基层水泥稳定级配碎石 (4%~5%) 低剂量水泥稳定级配碎石 (3%~4%) cm 级配碎石垫层土基 40 3

4 2.5 推荐的路面结构厚度根据交通量组成及交通量, 使用 HPDS 软件进行结构验算, 基于碾压混凝土基层的沥青路面结构验算结果满足要求综合考虑到路面的抗滑性能路面造价及施工工艺等因素, 最终推荐的路面结构件见表 6 表 6 沥青混凝土路面结构一览表结构层次上面层粘层中面层粘层下面层下封层透层上基层下基层底基层垫层土质挖方及填方路基 45mm 改性 GAC-16C 洒布型改性乳化沥青 PCR 55mm 改性 GAC-20C 洒布型改性乳化沥青 PCR 80mm ATB-25 热洒改性沥青撒布瓜米石封层高渗透改性乳化沥青 PC-2 240mm 碾压混凝土下基层为 180mm 水泥稳定级配碎石 ( 水泥剂量 4%~5%) 180mm 水泥稳定级配碎石 ( 水泥剂量 3%~4%) 200mm 级配碎石总厚度 /mm 配合比设计进行碾压混凝土基层配合比设计时采用综合设计法, 根据设计要求, 试算集料组成比例, 用绝对体积法计算及试拌, 通过正交试验及现场试拌修正, 获取最佳施工配合比选定的配合比为 22~30mm 碎石 :12~ 22mm 碎石 :6~12mm 碎石 :3~6mm 碎石 :0~3mm 石屑 : 河砂 =10:30:18:7:19:16,6 档材料用量总和为 2203kg/m 3, 水泥用量 220kg/m 3, 用水量 110kg/m 3 ( 含水量 4.5%), 理论密度为 2533 kg/m 3, 碾压混凝土成型压实度为 95%, 配制的碾压混凝土各项指标试验结果见表 7 表 7 碾压混凝土试验结果检测项目 28d 抗弯拉强度 /MPa 7d 抗压强度 /MPa 改进 VC 值 /s 设计要求 ~35 配制要求 ~30 实测结果碾压混凝土基层拌和技术研究碾压混凝土是一种水灰比小, 通过振动碾压工艺成型, 达到高密度高强度的零坍落度的水泥混凝土普通的连续式水稳拌和楼因其拌和时间短搅拌叶片少, 难以保证混凝土的施工质量本次试验段采用一套南方路机改装的 WCB600 型连续式水稳拌和站, 并以下几个方面进行了改进 : 一是改变普通连续式拌和站靠皮带转数控制集料掺配量误差大的缺点, 在配料仓加装皮带秤, 同时完成计量和配料 ; 二是针对碾压混凝土的水泥用量大于普通水稳料的情况, 单独增加一套水泥添加系统, 加大最大添加剂量, 并增大水泥 4

5 输送调速螺旋直径 ( 由 250mm 增加到 300mm), 增大水泥输送调速螺旋的电机功率 ( 由 4kW 增大至 5kW), 使水泥最大供应速度达到 80t/h, 保证了水泥掺量供应满足水稳拌和站 450t/h 的产量, 并设置水泥计量电脑自动控制设备确保水泥含量偏差值控制在 ±1% 以内 ; 三是改进型水稳拌和站采用双卧轴强制式拌缸, 确保足量的搅拌叶片并增设双卧轴强制式二级拌缸, 拌缸中间采用皮带传送, 通过二次搅拌, 延长了搅拌时间 ( 最短纯拌和时间不短于 60s), 确保了混合料的均匀性, 解决了连续式拌和楼搅拌时间不够, 搅拌不充分的问题, 极大地提高了混合料的均匀性由于连续式拌和楼影响混凝土施工质量的因素较多, 还需拌和前测定各种规格料的含水量, 根据含水量天气情况和运距的长度调整加水量, 使混合料的颗粒组成和含水量都达到规定的要求 ; 拌和机在生产前须进行计量系统标定工作系统调试, 将设计配合比转化成拌和机生产配合比须反复进行调试, 以保证拌和机工作的稳定性 ; 在生产过程中不得对确定的拌和参数进行随意调整 ; 集料的颗粒组成发生变化时, 应重新调试设备或重新进行标准配合比设计 5 混合料运输过程分析 (1) 碾压混凝土应采用较大吨位的自卸汽车运输车厢应清扫干净, 不得有水积聚在车厢底部从拌和机向运料车上放料时, 应分 3~5 次挪动汽车位置, 以减少粗细集料的离析现象 (2) 尽快将拌成的碾压混凝土运送到铺筑现场如运距远, 车上的混合料应该覆盖, 以防水分过多损失卸料时, 应注意卸料速度数量与摊铺的厚度宽度相适应 (3) 从拌和站至试验段的距离为 3km, 重车行驶速度约 15km/h, 空车行驶速度约 20km/h, 每车载重量约 43t, 碾压混凝土理论密度为 2533 kg/m 3, 摊铺宽度为 16.7m, 厚度为 0.24m, 摊铺速度为 1m/min 拌和站每小时实际出料量约 450t, 每车装料时间约为 7min 摊铺每车时间为 :43/( )=4.236min 每车运输一个循环总时间为 :4.236+(3/15+3/20) 60+7=32.236min 每小时每台车可运输循环次数为 :60/32.236=1.86 次拌和站每小时出料为 450t, 车辆数为 :450/43/1.86=5.62 车, 取整为 6 车分析 : 试验段配置 12 辆车满足施工要求, 与拌和楼产量摊铺机行驶速度相匹配在具备大面积施工条件时, 根据运距的增加进行相应的车辆增加运输车辆数量配置公式如下 : 高运距 ( 拌和站与现场摊铺桩号之间的距离 ) 为 L, 运输车辆数量为 N, 拌和站产量为 Q, 则 :N=Q [4.236+(L/15+L/20) 60+7]/ (60 43) 在施工条件允许的情况下, 运输车的运量应较拌和能力或摊铺速度有所富余 6 碾压混凝土基层摊铺技术研究 (1) 由于碾压混凝土基层摊铺厚度偏厚, 针对双车道或三车道路面目前没有合适的全断面摊铺机, 主要使用两台或两台以上的摊铺机进行作业, 两台摊铺机宜使用同一机型, 工作参数应一致, 以保证摊铺面平整度质量 (2) 碾压混凝土基层试验段使用两台摊铺机梯队作业, 靠中央分隔带一侧的摊铺机在前, 摊铺时两台摊铺机外侧按照设计标高走钢丝, 前台摊铺机内侧走铝合金梁控制标高和平整度, 后台摊铺机内侧采用滑靴在已摊铺面上找平, 两台摊铺机间距基本控制在 10m 以内, 摊铺速度设定为 1.0m/min, 摊铺铺面整体较为均匀 (3) 加强对碾压环节的管理, 控制好双钢轮的喷水量, 避免在铺面上留下水痕, 同时加强对碾压环节温度的检测与记录, 养成良好的习惯, 疏忽碾压阶段的细节工作, 都会给施工质量带来隐患 (4) 碾压混凝土的松铺系数应根据混凝土的材料组成及摊铺机的性能通过试验段确定, 松铺系数一般为 1.20~1.35, 摊铺设备应具有足够的功率, 功率应达到 130kW 以上 (5) 每天施工应对摊铺机再进行检查并进一步调整摊铺机的工作状态, 避免或减少因为机械原因造成 5

的离析, 对出现局部离析时, 要及时进行人工补料 (6) 为减少或避免摊铺环节产生的铺面离析现象, 可采取以下几方面的措施 : 一是加大螺旋直径使混合料满埋螺旋工作 ( 至少保证在 2/3 高度以上 ); 二是在摊铺机螺旋挂臂位置加装反向螺旋叶片 ; 三是混合料应一次性卸到摊铺机的料斗 ; 四是摊铺机料斗的仓门要尽量开大 ; 五是摊铺应均匀连续, 为避免突然停电给生产带来麻烦,

同时避免与行车轮迹带重合 7 碾压混凝土试验路实施效果分析试验段完成后, 对施工路段进行施工质量统计分析, 统计的内容包括切缝清缝与灌缝施工及厚度芯样表观芯样劈裂强度路面平整度等, 结果显示施工质量良好, 另外分析发现碾压混凝土的切缝时机是减少新增裂缝的最主要因素, 应在碾压混凝土具有一定强度的情况下尽早切缝碾压混凝土基层沥青路面的弯沉较低, 说明碾压混凝土基层具有良好的强度 ;

6 的离析, 对出现局部离析时, 要及时进行人工补料 (6) 为减少或避免摊铺环节产生的铺面离析现象, 可采取以下几方面的措施 : 一是加大螺旋直径使混合料满埋螺旋工作 ( 至少保证在 2/3 高度以上 ); 二是在摊铺机螺旋挂臂位置加装反向螺旋叶片 ; 三是混合料应一次性卸到摊铺机的料斗 ; 四是摊铺机料斗的仓门要尽量开大 ; 五是摊铺应均匀连续, 为避免突然停电给生产带来麻烦, 建议施工单位一方面与相关电力部门加强联系 ; 另一方面自身也要做好应急预案, 提前将备用发电机准备好调试好, 万一生产中突然停电随时可以投入使用 ; 六是把螺旋布料器放到离下承层顶面最低位置 ; 七是当采取各种相应措施后若效果不佳, 可能摊铺设备性能欠佳, 必要时可考虑更换摊铺机 (7) 施工过程中, 应根据结构层调整沥青混合料摊铺机的拼接摊铺宽度, 使各层纵向搭接缝相互错开, 同时避免与行车轮迹带重合 7 碾压混凝土试验路实施效果分析试验段完成后, 对施工路段进行施工质量统计分析, 统计的内容包括切缝清缝与灌缝施工及厚度芯样表观芯样劈裂强度路面平整度等, 结果显示施工质量良好, 另外分析发现碾压混凝土的切缝时机是减少新增裂缝的最主要因素, 应在碾压混凝土具有一定强度的情况下尽早切缝碾压混凝土基层沥青路面的弯沉较低, 说明碾压混凝土基层具有良好的强度 ; 施工检测结果表明, 碾压混凝土具有良好的平整度 8 碾压混凝土基层沥青路面使用效果评价广乐高速公路 ZK ZK 碾压混凝土基层沥青路面于 2014 年 7 月初正式开放交通, 往梅花坪石的地方车辆运输跨径包含 m 3 种形式 T 梁的车辆运输钢筋水泥等材料车辆必须通行 ZK ZK 碾压混凝土基层沥青路面, 为评价碾压混凝土基层沥青路面试验路的使用效果, 于 2014 年 9 月底对试验路进行了路面破损平整度弯沉, 以及抗滑性能等指标的检测调查广乐高速公路主要使用 2 种沥青路面结构, 分别为碾压混凝土基层沥青路面结构 (4.5cmAC cmAC-20 改性沥青混凝土 +8cmATB-25 沥青稳定碎石 +24cm 厚碾压混凝土上基层 +18 水稳下基层 +18cm 水稳底基层 +20cm 级配碎石垫层 ) 和双基层厚沥青路面结构 (4.5cmAC cmAC-20 改性沥青混凝土 +8cmAC-25 普通沥青混凝土 +10cmATB-25 沥青稳定碎石 +36cm 水稳基层 +18cm 水稳底基层 +20cm 级配碎石垫层 ) 通过对广乐高速公路沥青路面开放交通近 3 个月后使用状况的调查分析 ( 分别以 ZK72+260~ZK 碾压混凝土基层沥青路面和 ZK5+200~ZK5+500 双基层厚沥青路面为例 ), 对 2 种不同结构形式的沥青路面的使用效果作了比较, 看不出显著差异, 均未发现病害现象, 见图 1~ 图 4 可见, 采用碾压混凝土基层结构形式的路面, 能满足路面的使用要求图 1 碾压混凝土基层沥青路面使用状况图图 2 双基层厚沥青路面使用状况图 6

进行碾压混凝土基层配合比设计时采用综合设计法, 根据设计要求, 试算集料组成比例, 用绝对体积法计算及试拌, 通过正交试验及现场试拌修正, 获取最佳施工配合比 (3) 通过在配料仓加装皮带秤, 增加水泥添加系统, 改进型水稳拌和站采用双卧轴强制式拌缸解决了连续式拌和楼搅拌时间不够, 搅拌不充分的问题, 极大地提高了混合料的均匀性 (4) 根据对碾压混凝土基层沥青试验路路面破损平整度弯沉,

7 图 3 碾压混凝土基层沥青路面晴天近照图图 4 双基层厚沥青路面近照晴天近照图 9 经济性分析根据碾压混凝土的经济性分析, 碾压混凝土基层沥青路面相比双基层厚沥青路面降低工程造价 14.0%, 可见采用碾压混凝土基层沥青路面具有很好的经济效果, 其长期路用性能及抗疲劳性能对比则有待进一步的长期观测和研究 10 结语 (1) 根据交通量组成及交通量, 使用 HPDS 软件进行结构验算, 对碾压混凝土基层的路面结构 ( 厚度 ) 进行验证与优化, 推荐出适合本项目的路面结构层厚度, 设计结果对 AC/RCC 路面结构设计具有一定的参考价值 (2) 进行碾压混凝土基层配合比设计时采用综合设计法, 根据设计要求, 试算集料组成比例, 用绝对体积法计算及试拌, 通过正交试验及现场试拌修正, 获取最佳施工配合比 (3) 通过在配料仓加装皮带秤, 增加水泥添加系统, 改进型水稳拌和站采用双卧轴强制式拌缸解决了连续式拌和楼搅拌时间不够, 搅拌不充分的问题, 极大地提高了混合料的均匀性 (4) 根据对碾压混凝土基层沥青试验路路面破损平整度弯沉, 以及抗滑性能等指标的检测结果来看, 在经历了近 3 个月交通开放之后的碾压混凝土基层沥青路面指标能满足设计规范以及标准化要求 (5) 根据碾压混凝土的经济性分析, 可以发现碾压混凝土相比柔性路面具有明显的优势, 具有大力推广的意义参考文献 [1] 成平. 重载对公路路面影响及对策研究 [D]. 西安 : 长安大学,2001. [2] 赵艳玲. 重载对水泥混凝土路面损坏机理与对策研究 [D]. 哈尔滨 : 哈尔滨工业大学,2006. [3] 黎霞. 公路基层材料抗冲刷试验研究 [J]. 公路工程,2007(6): [4] 胡长顺, 王秉纲. 复合式路面设计原理与施工技术 [M]. 北京 : 人民交通出版社,1999. [5] 李世绮. 路面碾压混凝土的性能及对施工的要求 [J]. 公路交通科技,1999,16(1):7-12. [6] 王爱军, 赵维启, 李胜志. 复合式高级路面研究与施工 [J]. 公路交通科技,1999,16(1): [7] 王振辉, 蔡良才, 刘晓军, 等. 正交法碾压混凝土基层设计研究 [J]. 混凝土,2007(2): [8] 王振辉, 蔡良才, 刘晓军, 等. 机场薄层沥青道面荷载应力和位移分析 [J]. 空军工程大学学报 ( 自然科学版 ),2007,8(5):9-12. [9] 杨健, 蔡良才, 王振辉, 等. 碾压混凝土抗弯拉强度特性的试验研究 [J]. 混凝土,2007(12):7-9. ( 责任编辑张波 ) 7

2 2010 5 b) 350 /t 3 4 300 /t 3.1 126.0 /m 2 30 cm 6 mm 138.9 /m 2 8 mm 148.9 /m 2. a) c) 172.3 /m 2. b) c) 2 d) 3.2 a) ( 2) P i (100 kn) N s 16 N s =

2 2010 5 b) 350 /t 3 4 300 /t 3.1 126.0 /m 2 30 cm 6 mm 138.9 /m 2 8 mm 148.9 /m 2. a) c) 172.3 /m 2. b) c) 2 d) 3.2 a) ( 2) P i (100 kn) N s 16 N s = 5 ( 206 ) No.5 2010 10 SHANXI SCIENCE & TECHNOLOGY of COMMUNICATIONS Oct. 030006 U416.216 B 1006-3528(2010)05-0001-07 ( 2 400 /t) 6.30( /m 2 cm) ( 4 000 /t) 8.26( /m 2 cm) (SBS 5 300 /t) 9.20( /m 2 cm)