水泥穩定類結構層橫向施工縫支模施工技術研究

馬選業，王積達，陳全興，蔡乾東

(1.甘肅順達路橋建設有限公司，甘肅 蘭州 730050；2.陜西東道特種路面科技有限公司，陜西 西安 712000)

0 引言

目前，公路路面常用的半剛性基層結構類型主要有水泥穩定碎石、水泥穩定砂礫及新型水泥穩定鋼渣、再生集料等[1-3]，因其具有剛度大、強度高、水穩定性好及造價合理等優點，通常作為瀝青路面的基層或底基層使用，是我國半剛性基層瀝青路面結構的主要承重層，也是公路路面的主導結構形式[4-5]。

眾所周知，水泥穩定類結構層的施工縫是不可避免的，主要包括縱向接縫和橫向施工縫。縱向接縫是半幅施工時形成的縱向工作縫；橫向施工縫是每天或每個相鄰工作段之間的銜接部分，施工過程因故中斷時間大于2 h時，必須設置的橫向接縫[6-7]。水泥穩定類結構層施工縫的多少與混合料攤鋪作業方式有直接關系，傳統的雙機聯鋪、分層攤鋪(底基層、上下基層)施工方法，由于受攤鋪機及壓實機械性能的限制[8]，通常人為地形成大量縱向接縫、橫向施工縫，使結構層難以形成一個整體，不同程度改變了結構層受力狀態[9-10]。近年來，隨著超大型攤鋪機(9～12 m)、超級型攤鋪機(12 m以上)及重型碾壓設備的快速發展，水泥穩定類混合料實現了全幅超厚(大于20 cm)攤鋪、一次成型(至少1臺39 t以上振動壓路機)施工作業，有效避免了傳統施工方法的不足，減少了施工工序、提高了作業效率，降低了施工成本，同時避免了縱向接縫問題[11-13]。但是，水泥穩定類結構層不可能實現連續不中斷的施工作業，每天或相鄰作業段銜接處的橫向接縫是施工現場必須面臨的問題。我國現行《公路路面基層施工技術細則》(JTG/T F20—2015)中，關于每天最后一段的施工縫規定為：在已碾壓完成的無機結合料穩定材料層末端，挖1條橫貫鋪筑層全寬約300 mm的槽直至下承層頂面，與路中心線形成垂直且垂直向下的斷面，并放置兩根與壓實厚度等厚、長為全寬一半的方木緊貼垂直面；用原挖出的材料回填槽內其余部分，第2天鄰接作業除去方木，用新混合料回填、整平及壓實[14]。大量工程實踐證明，這種傳統末端放置方木、延長鋪筑長度及回填鏟除的橫向接縫處理方法，施工效率相對低下，人工處理費時費力，混合料浪費嚴重，接縫處容易出現平整度差、碾壓不密實、結構不完整等問題。通常，橫向施工縫是最容易被忽視的薄弱環節，若處理不當，將直接影響整個路面行駛質量及路用性能。

綜上所述，為提升水泥穩定類結構層橫向施工縫施工工程質量及路面結構完整性，本研究利用立模施工技術優勢，通過在水泥穩定類結構層鋪筑作業段的兩端設置橫向支撐模板和壓路機爬坡裝置，提出橫向施工縫設置、施工裝置制作、工藝流程、操作要點及施工質量控制方法，旨在為無機結合料穩定材料的橫向施工縫精細化施工提供一項新的解決途徑，進而達到提質增效的目的。

1 工藝原理與方法

1.1 工藝原理

水泥穩定類結構層立模施工工藝的原理相對簡單，即在攤鋪前安裝經準確測量放樣的鋼模板，使混合料在壓路機碾壓作用力下不向邊側推移，從而提高邊部的壓實度，使結構更加完整密實，并減少水泥穩定混合料浪費，拆模后使結構層結構密實完整，線形更加順直、美觀[15]。橫向施工縫支模施工技術則是在利用現有縱向立模施工工藝的基礎上，通過在鋪筑作業段起終端部安裝橫向支撐側模與壓路機爬坡裝置而形成的精細化施工技術，其施工裝置與工藝原理如圖1所示。

圖1 橫向施工縫支模施工裝置與工藝原理示意圖

在橫向施工縫支模施工裝置中，利用縱橫向側模的固定及支撐作用，使接縫部位的水泥穩定類混合料攤鋪到位、填充飽滿，避免結構松散、塌邊及脫空現象，不用裁除多余端頭，不產生廢料與環境污染問題；縱、橫向支撐模板形成的有側限約束力，使水泥穩定混合料碾壓時不會出現推移，碾壓后混合料更加密實，保證了橫向接縫部位的結構厚度與壓實度；橫向支撐側模的支撐作用，使接縫部位的水泥穩定混合料在碾壓作用下形成密實的垂直斷面，確保作業段之間形成垂直的平接縫；縱向、橫向兩側設置的壓路機爬模裝置，保障了壓路機進出安全，避免縱橫向支撐模板出現位移，同時擴大了邊部碾壓作業范圍，使接縫部位實現縱、橫向無死角全域碾壓，保障接縫處碾壓密實、平順一致；橫向施工縫的垂直斷面處均勻灑布水泥凈漿，增強了接縫處黏結強度，提高結構層的整體性及耐久性。

1.2 裝置制作

(1)支撐側模的制作

縱向、橫向支撐側模采用國標20 a槽鋼材料加工，如圖2所示。縱向、橫向支撐側模的長度不小于3 m，槽鋼高度與壓實厚度保持一致，每隔1.5 m加工1個側向支撐點；槽鋼與地面固定采用六棱鋼釬和梯形鋼板(厚度8 mm、長35 cm)連接，槽鋼與梯形鋼板采用圓鋼套管連接，確保圓鋼能夠自由活動，圓鋼與六棱鋼釬均采用直徑20 mm標準件。

圖2 縱、橫向支撐側模結構圖

(2)壓路機爬坡裝置

壓路機爬坡裝置采用槽鋼與直徑φ20螺紋鋼加工而成，如圖3所示。爬坡裝置側向呈三角形狀，裝置的寬1.5 m，斜坡長0.6 m。斜坡坡面采用螺紋鋼以0.1 m等間距焊接，保證中間部位支撐牢固，防止變形。

圖3 壓路機爬坡裝置結構圖

1.3 施工方法

橫向施工縫設置時，橫縫應與路面車道中心線垂直，并豎向垂直于基層表面，避免結構層上下形成通縫，相鄰兩幅及上下基層的橫向接縫應錯開1 m 以上[16]，橫向施工縫支模施工工藝流程如圖4所示。

圖4 橫向施工縫支模施工工藝流程

施工時，首先在作業段起點位置先支設縱橫向支撐側模，攤鋪機就位后進行正常攤鋪作業；在作業段末端，待攤鋪結束且攤鋪機移出后，現場快速支設橫向支撐側模，使橫向支撐側模內側緊貼新鋪筑的混合料，人工立即填補側模邊部混合料，快速進行整平處理；相鄰作業段鋪筑前，在側模處10 cm范圍內及平接的垂直斷面均勻灑布水泥漿；同時，在縱、橫向支撐側模外側分別放置長度不小于3 m的壓路機爬坡裝置，按照先橫向碾壓、再縱向碾壓的順序使混合料成為一體。碾壓結束后，將縱橫向壓路機的爬坡裝置移出，采用透水土工布覆蓋、全斷面側噴霧化灑水裝置進行橫向施工縫的養生，養生24 h后方可拆除縱橫向支撐側模。以此類推，完成水泥穩定類結構層施工范圍所有橫向施工縫的精細化施工。

2 施工控制要點

2.1 施工準備

水泥穩定類混合料所用材料及配合比應符合《公路路面基層施工技術細則》(JTG/T F20—2015)相關要求。橫向施工縫支模施工技術除正常施工所配機械設備及小型機具外，需要提前制作不少于4套橫向支撐側模、壓路機爬坡裝置及六棱鋼釬等固定機具，配備必要的攤鋪厚度、壓實度、平整度、高程測量等儀器。施工段落及橫向施工縫位置布設合理，確保施工連續性，避免施工待料、中斷現象。

2.2 操作要點

(1)在施工段落起點處進行放樣定位，掛線支設端部橫向支撐側模。橫向支撐側模采用六棱鋼釬固定，必須保證模板牢靠、穩定，無錯臺、且斷面線形順直，高程滿足設計厚度要求。

(2)加強橫向施工縫處水泥穩定混合料攤鋪厚度及均勻性控制，可有效預防接縫處出現錯臺、松散現象[17-18]。攤鋪機就位后，熨平板下方需要鋪設墊塊，通過調整墊塊高度精確控制攤鋪厚度，墊塊高度=松鋪系數×結構厚度(如松鋪系數1.3×結構厚度20 cm=26 cm)；墊塊安裝穩定及松鋪厚度檢查合格后，方可進行水泥穩定混合料的攤鋪。攤鋪時，攤鋪機保持勻速前進，使橫向支撐側模內的水泥穩定混合料均勻一致、填充飽滿，同時現場需安排專人進行必要的人工填補與修整。

(3)橫向施工縫立模施工，可以避免接縫處混合料出現塌邊、漏壓或壓實不到位問題，使攤鋪厚度與線形得到有效保障[19]。橫向施工縫支模施工碾壓時，當正常攤鋪作業長度不小于3 m后，在縱、橫向支撐側模外側立即放置壓路機爬坡裝置，壓路機先沿爬坡裝置進入作業面，然后再按照先橫向、后縱向的順序進入完成碾壓作業。碾壓時，先由雙鋼輪壓路機(12～20 t)從作業面橫向通過爬坡裝置進入完成橫向碾壓，碾壓速度1.2 m/min左右，沿橫向支撐側模的邊部穩壓不少于2遍；緊接著由振動壓路機(20～26 t)縱向倒退進入完成縱向碾壓，碾壓速度1.8 m/min左右、重疊1/3輪寬，依次由低向高振動碾壓不少于3遍。為加強橫向接縫處混合料粘結，新舊縫10 cm范圍內及平接垂直斷面處，需要均布水泥漿；新舊接縫部位銜接施工時，必須進行橫向、縱向碾壓，保證接縫處混合料密實、平順一致，不得出現松散、錯臺現象。起始端橫向接縫部位碾壓完成后，壓路機必須沿爬坡裝置倒退在起點處掉頭后，然后重新進入作業面進行主線大面積施工的碾壓作業。

(4)遵照“全面覆蓋、定期灑水、保濕養生”的養生原則，養生期間嚴禁水泥穩定類結構層出現干縮、溫縮類早期裂縫[20]。橫向施工縫碾壓結束后，立即采用透水土工布進行覆蓋，透水土工布的搭接處每2～5 m放置預壓沙袋防風，避免結構層水分損失。養生期間，采用全斷面側噴霧化養生裝置定期補水，使結構層表面始終保持濕潤狀態直至滿足設計強度。

(5)養生期間封閉交通，設立養生區域、安全封閉等防護告示牌，并安排專人巡邏維護。

2.3 質量控制

水泥穩定類結構層橫向施工縫支模施工質量標準及驗收方法，應符合《公路工程質量檢驗評定標準》(JTGF80/1—2017)的相關要求，施工過程質量控制與檢查方法如表1所示。

表1 橫向施工縫支模施工過程質量控制與檢查要點

3 工程應用與效益分析

3.1 現場檢測分析

依托G75渭源至武都段路面第四合同段路面工程，水泥穩定碎石底基層、基層橫向施工縫分別采用了傳統立木裁切工藝、橫向施工縫支模施工技術，現場選取30處代表性檢測斷面進行對比分析，橫向接縫處的芯樣無側限抗壓強度、壓實度代表值分別如表2、表3所示，平整度平均值如表4所示。可以看出，與傳統立木裁切工藝相比，采用橫向施工縫支模施工技術，接縫處的壓實度得到了改善，芯樣無側限抗壓強度提高20%，這與接縫處灑布水泥漿及側模形成的有側限碾壓息息相關；同時，接縫處的平整度較傳統立木裁切工藝提高58.8%，縱橫向支撐側模保證了接縫處鋪裝層高程，避免混合料碾壓時出現推移、塌邊問題，再者壓路機爬坡裝置、縱橫向碾壓工藝對提升接縫處的平整度也發揮著積極作用。

表2 橫向施工縫芯樣無側限抗壓強度檢測結果對比

表3 橫向施工縫壓實度檢測結果對比

表4 橫向施工縫平整度檢測結果對比

3.2 經濟效益分析

依托G75渭源至武都段路面第四合同段水泥穩定碎石施工，底基層、上下基層單幅施工里程113.441 km，單幅單側施工進度約600 m/d，橫向施工縫達298處(含橋頭)。橫向施工縫不同施工方法的主要成本核算如表5所示，可以看出，2種不同施工方法的人工成本相當，橫向施工縫支模施工最大優勢可直接節約廢棄材料及運輸成本達42.88萬元，綜合施工成本節約達93.6%，經濟效益十分明顯。

表5 橫向施工縫不同施工工藝主要成本

3.3 不同工藝特點

水泥穩定類結構層橫向施工縫不同施工工藝技術特點如表6所示，橫向施工縫支模施工技術雖然受限于立模施工，但是綜合技術優勢十分明顯，符合路面施工精細化及標準化發展方向。

表6 橫向施工縫不同施工方法的對比

4 結論

(1)橫向施工縫支模施工在縱橫向支撐側模的固定、有側限約束力及縱橫向全域碾壓作用下，使橫向接縫部位形成密實的垂直斷面，各作業段之間可以形成垂直的平接縫，平接縫處均勻灑布水泥漿進而增強了接縫黏結強度與結構層的完整性，避免了接縫處混合料出現推移、塌邊、脫空及錯臺現象；與傳統立木裁切工藝相比，橫向接縫處的壓實度得到了改善，芯樣無側限抗壓強度提高20%，平整度提高58.8%；同時可直接節約廢棄材料、材料運輸等綜合施工成本達93.6%，提高了施工效率，達到了提質增效的目的，為無機結合料穩定類結構層橫向施工接縫的精細化處理提供了一條可行的技術解決途徑。

(2)橫向施工縫支模施工時，施工縫設置應與路面車道中心線垂直，并豎向垂直于基層表面，同時避免結構層上下形成通縫，相鄰兩幅及上下基層的橫向施工縫應錯開1 m以上。對于橋隧比例大、交叉不連續作業、施工縫較多的路段，原則上應布設在路基與橋涵結構物的銜接處，盡量減少人為或因施工中斷造成的不必要橫向施工縫；山區路段采用橫向施工縫支模施工時，應充分結合現場地形地貌及作業環境，加強縱橫向支撐側模、壓路機爬坡裝置的穩定性檢查，確保有效作業空間與現場施工安全。

(3)采用橫向施工縫支模施工后，各作業段之間的平接縫處界面力學特征、長期路用性能有待進一步開展觀測與理論研究。今后推廣過程中，將立模施工與全幅超厚攤鋪一次成型技術進行系統整合應用，不僅可以減少橫向施工縫數量，而且對提升水泥穩定類結構層的完整性、耐久性具有重要現實意義。