公路建設重點技術分析

楊　洋　劉貴甫

摘要:文章從道路基礎建設問題分析入手,對瀝青路面和混凝土路面施工技術進行了分析。

關鍵詞:路橋;施工;技術

1 穩定土路面材料的強度分析

路面基層(底基層)可分為無機結合料穩定類和粒料類。無機結合料(水泥、石灰)穩定類基層(底基層),在前期具有柔性路面的力學特性,當環境適宜時,其強度和剛度會隨著時間的推移而不斷增大,但其最終抗彎拉強度和彈性模量,還是遠較剛性基層為低,因此把這類基層稱為半剛性基層。在我國半剛性材料已廣泛用于修建高等級公路路面基層或底基層,因此本節主要介紹半剛性基層的施工。

半剛性基層材料的顯著特點是:整體性強、承載力高、剛度大、水穩性好而且較經濟。

采用一定的技術措施,使土成為具有一定強度與穩定性的筑路材料,以此修筑的路面稱為穩定土路面。

穩定土的方法有多種,按其技術措施的不同可分為:機械方法(如壓實)、物理方法(如改善水穩狀況)、加入摻加劑(粒料、粘土、鹽溶液、有機結合料、無機結合料、高分子化合物及其它化學填加劑等)。

無機結合料穩定土,按照土中單個顆粒(指碎石、礫石和砂顆粒,不指土塊和土團)的粒徑大小和組成,將土分為下列三種:

細粒土。顆粒的最大粒徑小于10mm,且其中小于2mm的顆粒含量不少于95%;

中粒土。顆粒的最大粒徑小于30mm,且其中小于20mm的顆粒含量不少于85%;

粗粒土。顆粒的最大粒徑小于50mm,且其中小于40mm的顆粒含量不少于85%。

石灰穩定土:在粉碎的或原來松散的土(包括各種粗、中、細粒土)中摻入足量的石灰(水泥)和水,經拌和、壓實及養生后,當其抗壓強度符合規定的要求時,稱為石灰(水泥)穩定土。

石灰土:用石灰(水泥)穩定細粒土得到的混合料,簡稱石灰(水泥)土。

水泥砂:用水泥穩定砂得到的混合料,簡稱水泥砂。

石灰砂礫土:用石灰(水泥)穩定粗粒土和中粒土得到的混合料,視所用原材料而定,原材料為天然砂礫土時,簡稱石灰砂礫土(水泥砂礫)。

石灰碎石土:原材料為天然碎石土時,稱為石灰碎石土(水泥碎石)。

廢渣穩定土:一定數量的石灰和粉煤灰或石灰和煤渣與其它集料相配合,加入適量的水,經拌和、壓實及養生(養護)后得到的混合料,當其抗壓強度符合規定的要求時,稱石灰工業廢渣穩定土(簡稱石灰工業廢渣)。其中,用石灰、粉煤灰穩定細粒土(含砂)、中粒土和粗粒土時,視具體情況可分別簡稱二灰土、二灰砂礫、二灰碎石、二灰礦渣等。

2 混凝土路面施工技術

水泥混凝土路面具有強度高、水穩定性好、耐久性好、養護費用少、經濟效益高、夜間能見度好等優點,近年來在高等級、重交通的道路上有較大的發展。水泥混凝土路面,包括素混凝土、鋼筋混凝土、連續配筋混凝土、預應力混凝土、裝配式混凝土、鋼纖維混凝土、碾壓混凝土和混凝土小塊鋪砌等面層板和基(墊)層所組成的路面。目前采用最廣泛的是就地澆筑的素混凝土路面,簡稱混凝土路面。本節主要介紹這種路面的施工。

2.1 板厚

理論分析表明,汽車輪載作用于板中部時板所產生的最大應力約為輪載作用于板邊部時的2/3。因此,面層板的橫斷面應采用中間薄兩邊厚的型式,以適應荷載應力的變化。一般邊部厚度較中部約厚25%,是從路面最外兩側板的邊部,在0.6m～1.0m寬度范圍內逐漸加厚。但是厚邊式路面對于土基和基層的施工整型帶來不便,而且使用經驗也表明,在厚度變化轉折處,易引起板的折裂。因此,目前國內常采用等邊厚式路面,或在等中厚式斷面板的最外兩側板邊部配置邊緣鋼筋予以加固。

2.2 橫縫

混凝土路面具有熱脹冷縮的性質,由于熱脹冷縮會在混凝土板內產生溫度脹縮應力,而在一晝夜中,白天氣溫高,夜間氣溫低,在板頂與板底之間會產生溫差,使混凝土板發生翹曲變形,當這種翹曲受阻和在汽車荷載的作用下,會在板內產生過大的溫度翹曲應力,造成板的斷裂或拱脹等破壞。為避免這些缺陷,混凝土路面不得不在縱橫兩個方向建造許多接縫,把整個路面分成許多板塊。

2.3 縱縫(構造形式)是指平行于行車方向的接縫。縱縫一般按3～4.5m設置。

2.4 鋼筋

當采用板中計算厚度時的等厚式板,或混凝土板縱、橫向自由邊緣下的基礎有可能產生較大的塑性變形時,應在其自由邊緣和角隅處設置邊緣鋼筋和角隅鋼筋。

2.5 傳力桿

對于交通繁重的道路,為保證混凝土板之間能有效地傳遞荷載,防止形成錯臺,可在脹縫處板厚中央設置傳力桿。傳力桿一般長0.4m～0.6m直徑20～25mm的光圓鋼筋,每隔0.3m～0.5m設一根。桿的半段固定在混凝土內,另半段涂以瀝青,套上長約8cm～10cm的鐵皮或塑料套筒,筒底與桿端之間留出寬約3cm～4cm的空隙,并用木屑與彈性材料填充,以利板的自由伸縮。在同一條脹縫上的傳力桿,設有套筒的活動端最好在縫的兩邊交錯布置縮縫處一般不必設置傳力桿,但對于交通繁重或地基水文條件不良路段,也應在板厚中央設置傳力桿。這種傳力桿長0.3m～0.4m,直徑14～16mm,每隔0.30m～0.75m一根,一般全部錨固在混凝土內,以使縮縫下部凹凸面的傳荷作用有所保證;但為便于板的翹曲,有時也將傳力桿半段涂以瀝青,稱為滑動傳力桿,而這種縫稱為翹曲縫。

3 瀝青路面施工技術

瀝青路面是用瀝青材料作結合料粘結礦料或混合料修筑面層與各類基層和墊層所組成的路面結構。

瀝青路面具有平整、無接縫、行車舒適、耐磨、噪音低、施工期短、養護維修簡便、且適宜于分期修建等優點,因此得到廣泛應用。在我國,高等級公路路面面層的最常見類型是瀝青混凝土和瀝青碎石。

3.1 按強度構成原理可將瀝青路面分為密實類(級配類)和嵌擠類兩大類:

按密實級配原則構成的瀝青混合料的結構強度,是以瀝青與礦料之間的粘結力為主,礦料的嵌擠力和內摩阻力為輔而成的。瀝青混凝土屬于此類。這類瀝青混合料的結構強度受溫度的影響較大。

嵌擠類瀝青混合料的強度是以礦料之間的嵌擠力為主和內摩阻力為輔而構成的。瀝青碎石就屬于此類,這類瀝青混合料是以顆粒較粗、尺寸均勻的礦料構成骨架,瀝青混合料填充其空隙,并把礦料粘結成一個整體。這類瀝青混合料的結構受溫度的影響較小,但因空隙率較大,易滲水,因而耐久性較差。

3.2 按施工工藝的不同,瀝青路面可分為層鋪法和路拌法兩大類:

層鋪法是用分層灑布瀝青,分層鋪撒礦料和碾壓的方法修筑,其主要優點是工藝和設備簡便,功效較高,施工進度快,造價較低,其缺點是路面成型期較長,需要經過炎熱季節行車碾壓之后路面才能成型。用這種方法修筑的瀝青路面有瀝青表面處治和瀝青貫入式兩種。層鋪法施工宜選擇在干燥和較熱的季節施工,并在雨季前及日最高溫度低于15℃到來以前半個月結束,使面層通過開放交通壓實,成型穩定。

拌和法是由一定級配的礦料和瀝青材料在瀝青拌和廠(場、站)用專用設備加熱拌和,然后送到工地攤鋪碾壓而成的路面。礦料中細顆粒含量少,含少量填料(或不加填料),壓實后剩余空隙率在10%以上的半開式瀝青混合料,稱為瀝青碎石混合料;若礦料中含有填料,各種粒徑的顆粒級配連續,相互嵌擠密實的礦料與瀝青拌合,壓實后剩余空隙率小于10%的稱為瀝青混凝土混合料。廠拌法按混合料鋪筑時溫度的不同,又可分為熱拌熱鋪、熱拌冷鋪和冷拌冷鋪三種。熱拌熱鋪是混合料在專用設備加熱拌和后立即趁熱運到路上攤鋪壓實。如果混合料加熱后儲存一段時間再在常溫下運到路上攤鋪壓實,即為熱拌冷鋪,熱拌冷鋪一般用于小面積修補。當采用乳化瀝青作結合料,修筑乳化瀝青碎石混合料路面時,瀝青與礦料常溫下拌合壓實,稱為冷拌冷鋪法施工。另外,瀝青表面處治也可采用拌和法施工。