預制拼裝在農村混凝土路面修復工程中的工藝研究

何啟軍，吳亞慧，王鵬程，仇小東，虞浩

（1.南通市公路管理處，江蘇 南通 226000；2.河海大學，江蘇 南京 210000）

1 研究背景

水泥混凝土路面由于其結構特征，具有強度高、板體性強、耐磨耐腐蝕性好、造價低廉、施工工藝簡單等特點，被廣泛應用于較低等級的公路、鄉村公路、高載高壓的機場和高速出入口等地方。隨著長時間的通車之后，由于設計、原材料、施工、交通量劇增等原因，水泥混凝土路面很容易出現板底脫空、裂縫、斷板，甚至唧漿等現象，嚴重影響了車輛行駛的安全性、舒適性，亟需對水泥混凝土路面進行快速的修復。

目前國內普遍采用傳統方式對水泥混凝土路面進行修復，即破碎清除舊路面板塊后，重新綁扎鋼筋或直接澆筑水泥混凝土，之后養生一定時間后再通車。傳統修復方式雖工藝簡單，但需要長時間封閉車道，且養生時間長、施工周期長，嚴重影響交通和經濟發展。針對快速開放交通的水泥混凝土路面快速修復技術，國內從原材料下手，研發出早強劑、減水劑、快硬水泥類、早強水泥類、聚合物水泥類等多種材料用以改善普通水泥強度形成慢的現狀，但也存在一定的缺陷，如水化熱大、成本過高等。

為此國內開始選用預制水泥混凝土拼裝快速修復技術進行研究。其通過提前在后場預制好水泥混凝土路面板后，直接在現場拼裝對舊路面板進行快速更換。該技術由于將水泥混凝土板的成型、養護時間放在了后場預制的過程中，僅僅是在現場進行吊裝、拼裝，大大節省了現場施工時間，對交通影響小，是真正意義上的無阻礙交通的快速修復方法[1]。

2 方案設計

預制拼裝水泥混凝土路面板快速修復技術的主要優點體現在快速開放交通上，為突出這一特點，在施工工藝流程和組織安排上要做到統籌兼顧、有條不紊，這就需要對工藝流程做出科學、嚴謹的設計。

施工設計工作主要是對原公路進行調查，充分了解路基、路面情況。對于路基主要是調查現有路基的結構類型及其強度是否能滿足現有公路的設計標準，因為路基結構弱化、承載力不足，容易造成水泥混凝土板出現脫空、板底受力不均，形成斷板、裂縫等病害。當路基強度無法滿足設計要求時，應該采用全部換填的方法進行處理，并碾壓成型，換填材料選用水泥穩定碎石或貧混凝土，較低等級的公路經驗算滿足要求后也可采用灰土。對于路面主要是了解舊路面板塊病害種類以及產生的原因，可以輔助對路基的情況進行判斷，同時也需要了解舊路面板的結構情況，便于設計預制板的尺寸大小[2]。

2.1 預制板尺寸設計

預制水泥混凝土板塊的尺寸大小對路面板塊的受力情況和施工工藝有重大影響。預制水泥混凝土板塊尺寸偏大可增加車輛行駛過程中由于水泥路面板橫向接縫或伸縮縫過多的行車舒適性，但運輸、吊裝和鋪設過程中，板底的最大拉應力和最大撓度均有可能導致路面過早出現裂縫或破碎現象[3]。預制水泥混凝土板塊尺寸偏小，雖然可以增加水泥路面板的使用壽命，減少病害發生，但路面過多的接縫會嚴重影響車輛行駛的舒適性，并且過多的板塊在吊裝和拼接過程中也會增加施工難度。根據國內已完成的施工情況來看，主要采用的板塊尺寸有5m×4m、4m×4m、2.5m×2.5m、2.5m×3m，但結合最后的應力驗算和施工效果綜合考慮，較小尺寸2.5m×2.5m、2.5m×3m的板塊更加適合農村公路。預制水泥混凝土板塊的厚度從20cm～30cm不等，具體還需要根據現場已有舊路面板的厚度調整，最佳厚度是能夠跟舊路面板厚度相等[4]。

2.2 配筋設計

預制拼裝快速修復技術不同于現場現澆水泥混凝土路面，由于水泥混凝土路面板是提前在后場預制好，之后通過吊裝、運輸、拼裝完成施工的，所以，后場預制過程中預制板塊可能會出現早期的開裂。同時預制板塊需要經過吊裝和運輸，兩個過程中板底均會現大面積的拉應力區域，導致板底出現開裂。且施工完成后的水泥路面不存在水泥混凝土材料滲入到基層當中，以及提前找平后的基層無法保證完全平整，這就容易導致基層出現先天性的脫空現象。

鑒于這些特征，預制水泥混凝土板塊需要采取配筋措施，以保證吊裝、運輸過程中的安全性，以及施工完成通車后抵抗由于板底脫空現象而導致的拉應力[5]。所以，在預制水泥混凝土板塊尺寸確定之后，應結合尺寸根據板塊運輸受力分析、吊裝受力分析、不均勻支撐受力分析三方面分別進行應力驗算，以保證施工的安全性和質量。

圖1 結構配筋圖

2.3 接縫設計

預制水泥混凝土板塊在拼裝完成過程中，應在板塊之間保留一定距離的縫隙分別作為橫向接縫、縱向接縫，用以承擔水泥混凝土板熱脹冷縮產生的應變應力。縱向接縫應按照施工縫設置成平縫的形式，間距控制在3～8mm之間，并設置拉桿以保證兩幅水泥路面的整體性。拉桿應采用螺紋鋼筋預制在板厚中間，其規格、間距、長度應根據預制板尺寸決定。縱向接縫的填縫方法為，先在接縫下半部貫入單一粒徑碎石，并配以鋼釬插搗，保證密實填充，接著將配置好的填縫料灌入填充密實的縫隙內。用同樣的方法貫入第2層石子和填縫料。橫向接縫的設置需要分為施工縫和伸縮縫，其中施工縫可按照縱向接縫的設置方法進行設計。伸縮縫的設置間距一般控制在20～25mm之間，其填縫方法與施工縫相差較大，應在封內填入涂抹防腐材料的膨脹板，上部預留30～40mm用瀝青或樹脂類材料灌縫。橫向接縫均需要設置傳力桿，其規格、間距、長度也應根據預制板尺寸決定[6]。

圖2 接縫設置

3 施工工藝

3.1 板塊的預制

板塊的預制工藝：搭模板→鋼筋綁扎→混凝土攪拌→澆筑→振搗→抹面→養生→脫模→堆放。其中模板的搭建在整個預制工作中具有十分重要的地位，直接關乎到預制板尺寸結構的好壞。預制板的模板盡量采用可重復利用且不易變形的鋼板，模板尺寸根據預制板尺寸定制。模板的搭接應保證不出現較大的縫隙且牢固，不會因為水泥混凝土水化膨脹造成模板散架。預制水泥混凝土板硬化后拆模過程中不應暴力拆除，防止預制板出現變形無法使用。對于預制完成的水泥混凝土板塊，需要集中分類堆放并編號，便于施工過程中按順序進行吊裝施工。

圖3 預制水泥混凝土板澆筑

3.2 板塊的運輸與吊裝

板塊的運輸主要是根據板塊的尺寸、重量、施工現場的空間來選擇適合的車輛及板塊的堆放方式。板塊的運輸宜選用裝卸便捷的平板車，板體的尺寸一般為1/2或1/4的小板，根據現場修復的情況運輸板塊的類型和數量。為了避免現場運輸車輛對交通的影響，運輸車輛進入場地后，應立即安排吊裝。選擇合適的堆放方式尤為重要，為保證板塊的運輸安全，在板塊的長邊方向設置4個墊塊，短邊方向設2個墊塊，總計8個墊塊[4]。

吊裝構件的主要形式有固定式和可動式。固定式吊件預埋在預制拼裝板中，混凝土硬化后，吊件完全固定，一般用塑性較好的一級鋼筋，吊環計算拉應力應小于50MPa。根據吊裝板的重量來選擇直徑，用鋼筋加工的吊環一般采用單根式，若不滿足吊裝安全可用2根，但必須保證2根同時受力。板塊拼裝完畢后，要沿著板塊表面全部切除吊環，不能凸出在路面，凸出的鋼筋對車輪磨損嚴重，給行車帶來安全隱患，切除后要用砂輪磨平。

圖4 板塊的吊裝

3.3 舊路面的處理

在預制板塊吊裝裝配之前，需要對舊路面進行處理。

舊水泥混凝土板塊的清除工作主要有液壓式破碎清除和切割分塊吊裝清除兩種。液壓式破碎清除法采用大功率機械對舊路面板進行沖擊破碎，對周圍的水泥混凝土板塊影響較大，容易產生新的裂縫。所以采用液壓式破碎清除法應先將破碎板塊四周全厚式切割，之后再在板邊緣30cm以外處進行破碎，30cm以內采用液壓鎬或風鎬進行破除。切割分塊吊裝清除法根據板塊的破損情況對舊板進行清理，一般用切縫機將板分為幾塊較大的板，并在板中埋入膨脹型螺栓，用吊機整體轉送到運輸車上。這種清除方法能夠避免對周圍板塊的影響，并且噪音小、施工機械化程度高[7]。

舊路面板塊清除后，需對舊路基進行檢查。當舊路基完好，能滿足設計要求時，對路基表面清理后使用干拌砂漿或自流平砂漿對路基進行找平，防止預制板塊吊裝拼裝完成后板底出現脫空現象。若舊路基強度無法滿足設計要求時，需要換填舊路基，換填材料建議采用較高強度的水泥穩定碎石或灰土。舊路基換填完成之后仍需采用上述方法對路基進行找平[5]。

3.4 板塊的灌漿

預制板塊拼裝后，基層與板底可能存在不同程度的脫空。這種脫空現象若得不到及時恰當處理會影響預制拼裝板的服務壽命。預制拼裝板的脫空采取板底灌漿的方法，一般在板上預留或鉆取直徑50mm的灌漿口，灌漿孔深度為板厚。灌漿材料有一定的流動性在壓力作用下能填充、密實脫空部位，但隨著灌漿料不斷的滲透、填充其流動性會逐漸降低，無法保證離灌漿孔較遠的脫空部位填充滿。因此，在預制拼裝板的板底預留半圓形鋼管的灌漿通道。灌漿通道不宜在預制板全長度或寬度方向布置，灌漿材料在壓力的作用下可能從接縫大量溢出，一般距離邊端300mm。

4 結語

預制拼裝水泥混凝土路面板快速修復技術是目前所有快速修復技術中用時最短、占用道路面積最小、對道路交通影響最小的一項實用技術，是真正意義上的無阻礙交通快速修復方式。預制拼裝水泥混凝土路面板快速修復技術作為一種實用的快速修復技術，從前期的設計階段調查舊公路情況，至板塊預制過程中細節處理，最后到舊路面處理和預制板塊的運輸吊裝等，應用過程中需對施工工藝充分把控。