水泥混凝土路面预制拼装快速修复技术研究

1、GONGLU JIAOTONG KEJI YINGYONG JISHU BAN预制拼装修复技术改变了传统的水泥混凝土养护模式,实现了集中预制、分散安装,将水泥混凝土强度增长期置于预制阶段,解决了水泥混凝土强度增长缓慢,而同时要求修复施工结束后快速通车这一主要矛盾。与成本昂贵的快速修复材料相比,它使用的是常规的水泥和钢筋建筑材料,修复成本可大幅下降。预制拼装修复在施工现场不排弃任何废水、废渣、废气,也没有噪音污染,是一种环保的施工方法。且施工过程不受高低温、大风、小雨等恶劣天气的影响。1预制板应力分析1.1基层强度对板体应力的影响分析水泥混凝土路面损坏的原因一方面是板的自身质量问题,另一原因是下

2、部结构承载能力不足。大量的挖补养护表明,后者是路面破坏的主要原因,其主要表现是基层厚度偏薄,排水不畅,严重冲刷,弯沉较大。而基层强度对板体受力状态影响很大。为了说明问题,按如下参数进行计算:面板厚h=24cm ;混凝土弹性模量E =35000MPa ;泊松比=0.15;荷载为标准轴载置于纵缝边缘中部,轮载接地压力p =0.625MPa 。按基层顶面当量回弹模量1300MPa 、210MPa 两种工况进行分析。计算结果见表1和图1、图2。计算结果表明:无论在何种地基上,随着板体水泥混凝土路面预制拼装快速修复技术研究范小响1,罗翥2,傅智2,贾建文1,赵尚传2,杜天玲2(1.石家庄市交通局,河北石

3、家庄050021;2.交通部公路科学研究院,北京100088摘要:预制拼装技术是水泥混凝土路面断板修复中用时最短的一项养护新技术。文章从理论上分析了预制板弯拉强度和几何尺寸的确定方法,阐明了预制拼装修复技术的各道施工工艺,总结了大、小两种板块的试验路段。并对预制拼装和现浇修复的经济性进行比较。提出了预制拼装修复技术应用建议。关键词:道路工程;混凝土路面;预制拼装;快速修复中图分类号:U418.6文献标识码:B作者简介:范小响(1966-,男,河北辛集人,高级工程师,从事水泥混凝土路面施工及养护工作。表1路基顶面回弹模量对面板挠度和应力的影响评价指标(单位地基工况2.5m 2.0m 1.3m 1

4、.0m 0.6m 0.5m 工况1工况2工况1工况2挠度/mm 应力/MPa 注:工况1、工况2的地基当量回弹模量分别为1300MPa 、210MPa 。图1基层顶面当量回弹模量与挠度的关系图2基层顶面当量回弹模量与最大应力的关系地基工况1地基工况2最大挠度/m m2.5m 2.0m1.3m 1.0m0.6m 0.5m最大弯拉应力/M P a地基工况1地基工况22.5m 2.0m 1.3m 1.0m 0.6m 0.5m25GONGLU JIAOTONG KEJI YINGYONG JISHU BAN尺寸的减小,挠度值不同程度增加。当基层顶面当量回弹模量从1300MPa 降到210MPa 时,2

5、.5m 2.0m 板、1.3m 1.0m 板和0.6m 0.5m 板的挠度分别增大了与此相反,当基层顶面当量回弹模量变小时,应力随之变少;当减小到一定程度时,应力趋于稳定,由图2可以看出,0.6m 0.5m 的小板在基层顶面当量回弹模量相差6倍多的情况,其应力仅相差0.64%,说明小板更适于改善软弱支撑的地基条件。计算表明,为了弥补基层存在的强度缺陷,预制拼装板的设计弯拉强度应不小于原路面结构的设计弯拉强度。由于预制拼装工艺采用集料嵌锁的方法实现接缝的荷载传递,为了提高接缝的传荷能力,同时考虑到厚板有利于抵抗热膨胀破坏,减少翘曲变形,增加结构稳固性,减少板间的松动和错台等综合因素。在路面修复工

6、程中,预制板块厚度应与旧板厚度一致。1.2不同板体尺寸的应力分析预制拼装板几何尺寸主要取决于施工性能和使用性能。一般而言,采用小板的主要优点是板块容易预制、便于吊装施工、板的受荷性能较好。对不同尺寸的板体进行计算,其中基层顶面当量回弹模量为1300MPa ,结果见表2和图3。由计算可知:随着板体尺寸变小,板内最大弯拉应力随之加速递减,且两者满足二次关系。说明应力是板体尺寸的敏感因素,当板体尺寸稍有变化,应力变化剧烈。图3可以看出:当板体尺寸由整板5.0m 4.0m 依次梯变为2.5m 2.0m 、1.3m 1.0m 和0.6m 0.5m 时,应力也依次下降了0.4%、11.7%和48.4%,衰

7、减非常明显,说明小板具有优异的力学性质。根据设计规范计算,在相同的使用条件下,大、小板的温度疲劳应力相差很大,2.5m 2.0m 小板的温度疲劳应力仅为5.0m 4.0m 大板的12.5%,这说明使用小板可大大提高安全储备;但小板的缺点是接缝过多,处理工作量大,行驶质量稍差。相反,大板块的整体性要好得多,接缝少,行驶舒适性较好;不足之处是板块自重大,施工时需要大吨位的吊车,吊装成本高。2预制拼装快速修复试验段试验路按5.0m 2.0m 的长条形大板块和2.5m 2.0m 的小板块两种方案进行。长条形大板块试验路选在国道307线石家庄市鹿泉段,该线是晋煤外运的主要通道,交通量约为1.5万辆/d

8、,且多为超重车辆,修复前路面破损状况严重。小板块试验路选在国道107线石家庄市南出口段,该线交通量在1万辆/d 左右,属特重交通路段,超载现象也十分严重。图3板块尺寸对应力的影响关系表2板块尺寸对应力的影响板体大小(长宽板体弯拉应力/MPa5.0m 4.0m 1.25392.5m 2.0m 1.25951.3m 1.0m 1.11170.6m 0.5m 0.5730图5长条形预制板平面图图4长条形预制板立面图应力值/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科技成果推广26(1板块预制长条形板按双层配筋,配筋如图4、图5所示。小板块配筋仅考虑满足吊装要求,上、下各布置8根!8mm钢筋。原路面厚24cm,设计时采用等厚。混凝土配合比按弯拉强度5.0MPa,抗压强度40MPa 进行设计。预制时采用插入式振捣棒振捣,振动梁和辊杠抹平,压纹器压纹,塑料膜养生。并在两端各预留一个吊装孔,吊环做得稍低于混凝土表面高度,待板块拼装后用快硬水泥砂浆填充整平。(2破板清除破板采用大功率液压锤击碎

10、,为了减少液压锤对周围板块和基层产生冲击振动破坏。在施工中,首先用切割机沿破碎板四周进行全厚切割,破碎锤作业点严格控制在距板缝30cm以上的板内,边缘的剩余部分用液压镐或风镐破除,破碎锤作业时,严禁接触基层。(3基层检测主要检测基层的压实度,若压实度小于95%,须将基层挖除。如果基层有一定的板体性,且压实度大于95%,还需做承载板试验,当回弹模量满足设计值要求时,则基层可以继续使用。(4吊装就位为了缩短基层修复时间且便于调整预制板标高,可采用0.2水灰比的干拌砂浆对基层进行修复。基层调平后,可将运至现场的预制板吊装到指定位置,如图1所示。(5接缝处理板间接缝通过集料嵌锁实现荷载传递,为了提高荷

11、载传递能力,在吊装前,应对预制板的4个侧面进行凿毛处理。吊装就位后,在接缝下半部贯入尽可能粗的单一粒径碎石,并配以钢钎插捣,保证密实填充,接着将配置好的环氧砂浆灌入填充密实的缝隙内。用同样的方法贯入第2层石子和环氧砂浆,然后用加热至170左右的熔融TST改性沥青粘结料封住接缝表面,使其与路面平齐。静置两个小时以后即可开放交通。这种接缝处理方法,既能满足缝隙的密封防水要求,又能实现良好的荷载传递功能,实测表明,其平均传荷系数可达到0.85以上,使用效果相当理想。3经济性比较除了具有优异的工程性质外,预制拼装快速修复技术的修复成本也很经济。按照公路工程预算定额测算,综合考虑预制场地费用、预制板的材

12、料成本、运输费用、基层处理费用及吊装等各项费用,预制拼装快速修复的工程单价为120元/m2。为了便于比较,以南京某快速修补剂为例。综合考虑材料成本、现浇水泥混凝土路面的费用及拌合站的安装等费用,现浇快通水泥混凝土路面板的修复费用为170元/m2。核算表明:预制拼装每平米的修复成本可比现浇快通水泥混凝土路面的修复成本节约50元以上,经济效益十分明显。4结语预制拼装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。路面修复时间从面板拼装至重新开放交通不超过5h,是真正意义上的无阻碍交通快速修复。路面修复后能达到新建路面的使用功能。综合考虑快速修复路面的使用性能和施工性能,预制拼装板的设计弯拉强度应不小于原路面结构的设计弯拉强度,且宜采用2.5m2.0m的小板,面板配筋量以满足吊装要求即可。为提高接缝传荷能力,减少热变形破坏,预制板块厚度应与旧板厚度一致。板间接缝采用碎石和环氧砂浆填塞,顶面用TST改性沥青粘结料密封,既可实现良好的荷载传递,又能防止雨水渗透破坏,使用效果优异。预制拼装水泥混凝土路面的修复成本小于现浇快通水泥混凝土路面,具有良好的经济效益,在养护修复工程中具有极具应用前景。