山區特長隧道水泥混凝土路面施工關鍵技術研究

王 濤，劉艷軍，李 亮，李偉雄

(1.中交路橋建設有限公司，北京 100027；2.廣州肖寧道路工程技術研究事務所有限公司，廣東 廣州 510641)

1 引 言

截至2018年底，我國公路隧道增長率迅猛提升，隧道路面的路用性能越來越受重視。隧道屬于半封閉式構造物，尤其是長隧道，存在空氣流通性差、濕度大、內部涌水或洞壁滲水等問題。由于熱拌瀝青混合料的隧道施工環境惡劣，洞內路面質量亦難以保證，潮濕環境下的瀝青路面易出現水損害，影響其耐久性。水泥混凝土路面具有水穩定性好、結構強度高、耐久性好的特點，其顏色特征適用于隧道照明環境。但是水泥路面平整度差、抗滑性能不足一直是隧道路面施工亟需解決的問題。

本文依托新建高速特長隧道路面，從混凝土配合比優化設計、拌和、攤鋪與布料、構造施工等環節開展關鍵技術研究工作。

2 試驗段概況

連英高速是汕(頭)昆(明)高速公路的連平至英德段，經過粵西山區，橋隧比較高。依托項目金門隧道為特長隧道，其中左線K194+490～K201+588全長7 098 m(含進出口606 m)，右線K194+497-K201+585.626(含進出口606 m)，全長7 088.626 m；路面采用C40水泥混凝土。

3 水泥混凝土配合比設計優化

3.1 原材料

(1)水泥：選用廣東英德市海螺水泥廠生產的P.O42.5水泥，其技術指標均符合規范與設計文件要求。

(2)粗集料：選用廣東省英德市茶果示范場石場生產的5～10 mm、10～20 mm、16～25 mm三檔規格的碎石，各項指標符合設計要求。

(3)細集料：選用礤下砂場的天然砂，細度模數實測值為2.66，潔凈度、密度、空隙率等各項指標符合設計要求。

(4)水：采用人或牲畜的潔凈飲用水。

(5)外加劑：采用聚羧酸JB-ZSC型。

3.2 正交設計法

采用正交法進行混凝土配比試驗，選擇L9(34)正交設計表對水泥用量、用水量、砂率、外加劑四個因素進行分析，探索各因素對混凝土坍落度與彎拉強度的影響，見表1。其中，試配抗彎拉強度為5.75 MPa，混凝土坍落度為10～30 mm。

表1 L9(34)因素水平表

試驗結果(表2)可得，影響坍落度的因素依次為：用水量>水泥用量>外加劑>砂率；影響彎拉強度的因素依次為：水泥用量>用水量>砂率>外加劑。綜合考慮設計要求、運輸距離及氣候溫度等，選用坍落度大且滿足彎拉強度設計要求的配合比作為優選方案。最終確定試驗組合方案為：A3B2C1D3。即水泥∶河砂∶碎石∶水∶減水劑=395∶658∶1 222∶145∶4.07(kg/m3)，其中，在配合比正交試驗過程中，初定各檔碎石的比例為16～25 mm∶10～20 mm∶5～10 mm=4∶4∶2。過去的研究往往忽略了混凝土中粗集料級配的影響。本文從粗集料級配入手，進一步對上述配合比進行優化設計，以期提高水泥混凝土彎拉強度可靠度及其耐磨性能。

3.3 分級摻配法

混凝土的致密狀態直接決定了其強度與水穩定性。1970年，美國Lees提出一種礦物分級摻配方法，旨在通過混合適當比例的粗細集料提高混合料的填充密實度。當混合物密度最大時，可獲得最密實的粗細集料級配比例。

采用下振型振動試驗臺對粗集料進行振動充填試驗(頻率為50 Hz，振幅為1 mm)。具體試驗過程如下：

表2 正交試驗結果直觀分析

(1)先將16～25 mm和10～20 mm兩檔集料按16～25∶10～20=5∶5、4∶6、6∶4、3∶7、7∶3、8∶2、2∶8進行調配并拌合均勻，倒入搗實筒進行振動，計算其緊裝密度，見表3。

表3 集料(16～25 mm和

試驗結果表明：當粗集料密實度最大時，16～25 mm∶10～20 mm規格料比例在6∶4和7∶3之間，插值確定16～25 mm和10～20 mm的比例為6.5∶3.5。

(2)取樣步驟(1)的(16～25 mm+10～20 mm)混合集料，按(16～25 mm+10～20 mm)∶5～10 mm=6∶1、5∶1、4∶1、3∶1、2∶1，調配混合均勻，進行第二階段的振動填充試驗，其緊裝密度見表4。

表4 集料(16～25mm+10～20 mm和

該組試驗結果表明：當粗集料密實度最大時，(16～25+10～20)∶5～10的比例在4∶1。

根據換算，結合工程實際確定粗集料16～25 mm∶10～20 mm∶5～10 mm的比例為5∶3∶2。

3.4 水泥混凝土性能評價

由表5可知，分級摻配法對混凝土的坍落度影響不大，能夠保證施工和易性。相比原級配，優化級配的7 d與28 d彎拉強度提高10%以上。采用水泥膠砂耐磨試驗機開展養生完成后的水泥試件耐磨性試驗，發現優化級配的混凝土磨耗值明顯低于原級配。說明調整混凝土內部粗集料的級配可以使水泥混凝土內部形成的致密填充結構，也可以很好地改善混凝土的力學強度和磨耗性能。

表5 不同設計法的混凝土性能對比

4 施工過程關鍵技術

4.1 施工后場的控制

優選清潔高質量粗細集料，嚴格控制粗集料含泥量和細集料模數。每天分3次(早、中、晚)抽檢各檔集料含水率。確保水泥混凝土充分攪拌，要求水泥混凝土總拌和時間不小于80 s，控制各類原材料的進料次序，水泥進料完成后方能加水，純拌和時間至少40 s。隨著水泥溫度的升高，混凝土的初凝與終凝時間均縮短，導致混凝土缺少足夠的運輸、攤鋪和整平、拉毛時間，應嚴格控制投放的水泥溫度低于70 ℃。

4.2 施工前場的控制技術

定期對組裝的滑模攤鋪機進行調試，并保持攤鋪機使用過程的整體穩固。此外，還要定期檢查與調整攤鋪機底板、搓平梁、超級抹平器等關鍵部件。振搗棒設置要合理，排列均勻，間距適宜，高度一致。

布料均勻性與連續性控制。在水泥混凝土施工過程中，要求挖掘機在卸料后及時分料，嚴禁挖掘機直接碾壓混凝土或滑模攤鋪機直接頂推高大堆料，且要求攤鋪機的螺旋布料器應保持連續工作狀態，保證混凝土的橫向松鋪厚度均勻一致(厚度以擋料板中間高度為宜)。確保攪拌設備、運輸設備、攤鋪設備有序運行，拌和樓產量與攤鋪機行走速度的需求量匹配，攤鋪速度控制在0.6～2.0 m/min，確保攤鋪連續性。

基準線架設的穩定性控制。確保滑模基準線的穩定性，樁間距在直線段10 m，曲線段建議加密為5 m。緩和曲線段或縱斷面豎曲線段可在5～10 m范圍選取。每10 m撓度值不應大于1 mm。基準線材料優先選鋼絲，在保證強度的前提下越細越好，但不能小于3 mm。切實減少各種外界因素對基準線的干擾。

人工作業的控制。通過抹平板難以完全消除的麻面、骨料裸露等缺陷，可由人工適當處理。局部浮漿較厚較濃稠部位，建議取樣測試標準稠度，表面浮漿稠度宜小于9，標準稠度過大的部分應人工刮除，控制表面浮漿稠度與厚度有助減少表面干縮變化，提高平整度。人工修整應使用技術熟練的工人并加強培訓。

5 路面抗滑構造施工控制要點

5.1 拉毛施工

對于濕軟狀態下的路面微觀紋理主要采用拉毛方式制作，麻絮布片接觸路面的長度宜為0.7～1.5 m。使用過程應對拉毛工具破損率和清潔程度進行定期檢查，及時清理更換。

硬化后的路面拉毛不到位或者施工車輛磨光區域，實測摩擦系數不足，可使用二次硬拉毛方式恢復路面微觀紋理，如鋼刷刷毛、噴丸打毛等方式。

5.2 刻槽施工

研究表明，橫向刻槽的縱向制動摩擦力比縱向刻槽的高約25～35%，有助于縮短剎車制動距離。依托項目路面為單坡路段，平均縱坡坡度為1.95%，坡長約6.5 km，尚未達到路線設計規范中的長、陡縱坡的定義，但也應重視重載貨車的制動距離。因此本項目以橫向刻槽為主。

混凝土完成養生，且強度達到設計強度的70%以上，即可安排刻槽作業。根據刻槽參數與施工進度要求，選擇匹配的刻槽機械，并安裝好相應尺寸的刀片。為了保證刻槽的順直與貫通，先進性掛線再配合人工進行機械刻槽。施工過程中安排專項技術人員噴水冷卻刀具。刻槽完成后，使用高壓水槍沖洗路面，防止砂漿積聚固結，堵塞溝槽。

6 質量檢測結果

6.1 路面平整度評價

采用三米直尺對金門隧道水泥混凝土面層試驗段進行平整度檢測，共160個點，最大值8.2 mm，最小值1.0 mm，合格率達到91.9%，達到預期目標與交驗要求。

6.2 路面抗滑性能評價

經過拉毛與刻槽處理后的水泥混凝土路面， 采

用構造深度檢測，路段構造深度均值為0.92～1.14 mm范圍，滿足設計的0.8～1.2 mm要求。使用橫向力系數車在標準速度下進行摩擦系數測定，車道橫向力代表值為59.7，滿足交驗要求。

7 結 論

以金門隧道水泥混凝土路面施工為依托，從原材料控制、混合料級配優化、攤鋪、抗滑構造施工等各個關鍵環節的質量控制，以改善隧道水泥混凝土路面施工質量。

在傳統正交試驗法基礎上，基于分級摻配法進行粗集料級配優化，可以明顯提升水泥混凝土的密實程度，改善混凝土力學強度與耐磨性。通過原材料控制、混合料設計、攤鋪工藝的控制，充分發揮滑模攤鋪機的抹平效果，減少人工的干擾，有利于提高水泥路面整體平整度和抗滑性能。