滑模施工人工精平方法改進(jìn)研究

生 宸

(山東省公路設(shè)計(jì)咨詢有限公司,山東 濟(jì)南 250102)

1 人工抹平次數(shù)對(duì)平整度的影響

1.1 原材料的選擇

本研究依托于廣西壯族自治區(qū)三江至柳州高速公路施工,其配合比、原材料的選用均采用施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)路段配合比見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)路段水泥混凝土材料配合比

原材料中水泥采用興安海螺P·O 42.5水泥,礦粉采用柳州臺(tái)泥S95級(jí)礦渣粉,砂采用融水三防鎮(zhèn)砂場(chǎng)出產(chǎn)的河砂,碎石采用融安四眉石料場(chǎng)生產(chǎn)的碎石料,外加劑采用山西金凱奇建材有限公司JMFDN-1萘系高效減水劑,水采用當(dāng)?shù)仫嬘盟２捎蒙鲜霾牧吓浔瘸龅幕炷撂涠瓤刂圃?0 mm左右。所用原材料均有產(chǎn)品合格證及化驗(yàn)單,配合比等均滿足國(guó)家規(guī)范的要求。

1.2 試驗(yàn)方案的制定

本研究重點(diǎn)為人工收面方式的不同對(duì)路面平整度的影響,為盡量避免隨機(jī)因素的影響,在該高速項(xiàng)目同一天采用滑模攤鋪機(jī)所鋪筑的水泥混凝土路面中選擇了直線路段上的100 m長(zhǎng)路面進(jìn)行試驗(yàn),具體安排如下。

(1)超級(jí)抹平器抹平后不進(jìn)行人工收面的路段20 m,共1段。

(2)超級(jí)抹平器抹平后采用3 m抹子從道路兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行收面(收面區(qū)域不重疊)的路段20 m,按收面次數(shù)1～4次共分4段。

(3)工人使用的3 m抹子為不銹鋼材質(zhì),試驗(yàn)路段鋪筑時(shí)工人不換班,并在每精平完一路段后允許適當(dāng)?shù)男菹ⅰ?/p>

試驗(yàn)路段鋪筑結(jié)束12 h左右對(duì)上述5段試驗(yàn)路段進(jìn)行平整度測(cè)試。鑒于此時(shí)混凝土路面強(qiáng)度不夠,無(wú)法采用車載式激光平整度儀進(jìn)行測(cè)定,故采用3 m直尺塞尺進(jìn)行讀數(shù)。測(cè)試時(shí)每條試驗(yàn)路段的每個(gè)車道的每個(gè)輪跡測(cè)3尺,每條試驗(yàn)路段共計(jì)測(cè)點(diǎn)12尺,記錄完整數(shù)據(jù)。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及分析

經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)后可得到當(dāng)雙側(cè)收面時(shí)精平次數(shù)與其空隙量之間的關(guān)系曲線,見(jiàn)圖1。

圖1 雙側(cè)收面次數(shù)對(duì)空隙量影響

可見(jiàn)當(dāng)新鋪水泥混凝土路面不進(jìn)行人工抹平時(shí),其平整度很差(一般3 m直尺檢測(cè)平整度要求其所測(cè)值小于3 cm),均值超過(guò)了3 cm,可見(jiàn)我國(guó)高等級(jí)水泥混凝土路面修筑時(shí)采用人工精平抹面是必須的。

不同人工收面次數(shù)所應(yīng)對(duì)空隙量降低率見(jiàn)表2。可見(jiàn)當(dāng)人工精平一次時(shí),路面3 m直尺自檢空隙均值較不收面提高了近60%,但隨著精平次數(shù)的增加,精平的效果開(kāi)始下降,當(dāng)次數(shù)達(dá)到3次時(shí),人工精平已基本和不收面相差不大,超過(guò)四次時(shí)人工收面對(duì)新鋪路面的平整度反而起到了負(fù)面作用[4]。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,可認(rèn)為滑模攤鋪施工時(shí)路面成型后人工精平2～3次方能達(dá)到最佳的效果。

表2 多種收面次數(shù)后空隙量降低率

2 控制不同坍落度時(shí)人工收面方式對(duì)平整度的影響

施工過(guò)程中人工精平的效果與水泥混凝土材料的和易性有關(guān),其中影響和易性的主要指標(biāo)為混凝土坍落度。坍落度較低的水泥混凝土出漿量較少導(dǎo)致人工精平難度較大,易使成本增加。坍落度較高的水泥混凝土一般具有較厚的砂漿層且振動(dòng)出漿量較多[5],利于人工精平,但坍落度過(guò)大易導(dǎo)致立模特性不夠,造成塌邊,不利于路面成型及養(yǎng)護(hù)。

試驗(yàn)中仍采用上文所用混凝土配合比,通過(guò)調(diào)節(jié)其外加劑摻量得到坍落度分別為10、20、40、60、100 mm的5組混凝土材料進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)上文的結(jié)論可知,當(dāng)水泥混凝土材料的坍落度控制在20 mm以下時(shí)人工收面3次的平整度效果最佳。本節(jié)試驗(yàn)控制人工收面的方式為雙側(cè)收面3次,采用上述不同坍落度的混凝土材料成型試驗(yàn)路段5個(gè),試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理仍采用上述空隙均值的測(cè)量分析方法,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 相同人工抹平次數(shù)下坍落度與3 m尺空隙量關(guān)系

可見(jiàn)當(dāng)人工精平次數(shù)控制在三次時(shí)坍落度為10 mm時(shí)的空隙量均值為2.50 cm,當(dāng)混凝土材料坍落度增大到20 mm時(shí),其空隙量均值減小到2.34 cm,有明顯的減小趨勢(shì),但當(dāng)坍落度增加到40 mm以上時(shí),其空隙均值開(kāi)始增大,當(dāng)坍落度達(dá)到100 mm時(shí)其空隙量均值達(dá)到了2.62 cm,已經(jīng)明顯高于坍落度10 mm時(shí)的空隙量均值。

由此可見(jiàn),當(dāng)水泥混凝土路面施工坍落度大于40 mm時(shí),人工收面時(shí)可能需要增加精平次數(shù)以達(dá)到更好的平整度。為驗(yàn)證該結(jié)論,針對(duì)混凝土坍落度為100 mm的新鋪路面選擇了3個(gè)試驗(yàn)路段再次進(jìn)行試驗(yàn)。此路段人工精平次數(shù)分別控制為雙側(cè)4、5、6次,試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理方法與前文相同,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 坍落度100 mm時(shí)人工精平次數(shù)與空隙量均值關(guān)系

可見(jiàn)當(dāng)坍落度為100 mm時(shí),需經(jīng)過(guò)5次人工精平方可得到最低的空隙均值。綜合圖2、3可知當(dāng)混凝土坍落度變大時(shí),人工抹平次數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加。但一般高等級(jí)水泥混凝土路面采用的混凝土材料坍落度一般不會(huì)超過(guò)100 mm,故此時(shí)人工精平控制在4～5次時(shí),攤鋪路面平整度一般可達(dá)到最高水平。

3 人工精平工具尺寸對(duì)整平效果影響

分析了人工精平次數(shù)、坍落度等因素對(duì)精平效果的影響。但是人工精平所用器具是否對(duì)精平過(guò)程中的平整度產(chǎn)生影響尚不得而知,且人工精平采用大抹子的尺寸對(duì)混凝土路面表面砂漿層的影響同樣需深入研究。本研究在總結(jié)前人研究[4-5]的基礎(chǔ)上對(duì)上述的問(wèn)題進(jìn)行了相應(yīng)探究。

3.1 精平工具尺寸的影響

當(dāng)前水泥混凝土路面施工中,一般應(yīng)用不銹鋼制3 m大抹子進(jìn)行人工精平,小抹子進(jìn)行修邊。為驗(yàn)證當(dāng)大抹子尺寸發(fā)生變化時(shí)對(duì)路面平整度的影響,定制不銹鋼制尺寸為1、4、5、6 m的大抹子配合常用的3 m大抹子進(jìn)行試驗(yàn),每處試驗(yàn)路段進(jìn)行3次精平。試驗(yàn)路段長(zhǎng)度如前文所述,混凝土坍落度控制在20 mm,試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理方法與前文相同,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 多種尺寸精平工具收面所得3 m尺空隙均值 單位:cm

可見(jiàn)當(dāng)采用1 m抹子進(jìn)行精平時(shí),空隙均值較3 m、4 m、5 m抹子大,平整度相對(duì)變差。此時(shí)抹子尺寸變小,同為20 m長(zhǎng)的試驗(yàn)路段,采用1 m抹子需分10段進(jìn)行抹平操作,由于人工抹平一般無(wú)法做到每尺間的完美銜接,且每段之間人工抹平的力道等因素的影響加大,3 m尺測(cè)得的空隙均值有所增大。當(dāng)換為4 m、5 m、6 m抹子時(shí),其空隙均值較3 m抹子空隙均值的差異性并不明顯但有減小的趨勢(shì)。

3.2 不同尺寸精平工具對(duì)混凝土路面的影響深度

單一以3 m直尺測(cè)得的空隙量均值來(lái)判斷精平工具尺寸對(duì)路面平整度的影響仍不夠嚴(yán)謹(jǐn)。一般認(rèn)為金屬抹子對(duì)水泥路面產(chǎn)生的犁削作用對(duì)處于穩(wěn)定狀態(tài)的面層產(chǎn)生了擾動(dòng)。從理論上可引用荷載作用下對(duì)路基的影響深度加以佐證[6]。這種現(xiàn)象最直觀的表現(xiàn)為路面內(nèi)部的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系[7]。

若要確定這種影響的作用深度,需確認(rèn)人工抹平時(shí)混凝土內(nèi)部不同深度處應(yīng)力—應(yīng)變曲線是否發(fā)生變化。此時(shí)認(rèn)為大抹子對(duì)路面表層產(chǎn)生均布荷載P,按照費(fèi)拉曼理論計(jì)算其豎向荷載作用下任意點(diǎn)的豎向附加應(yīng)力。

(1)

式中:σz為路基中深度為Z、到荷載P作用線的距離為R處的豎向附加應(yīng)力。

此時(shí)其作用深度Z可按公式(2)進(jìn)行推導(dǎo)

(2)

式中:γ為混凝土容重。

從上式可看出均布荷載P值越低,最大擾動(dòng)深度越小,而當(dāng)精平工具尺寸越大,其P值越小,作用深度越小,其深度一定時(shí),其豎向附加力同樣減小,故其理論推導(dǎo)結(jié)論與上文試驗(yàn)結(jié)論相同,可認(rèn)為精平工具尺寸越大,對(duì)混凝土內(nèi)部擾動(dòng)程度越低。

上述試驗(yàn)路段在試驗(yàn)過(guò)程中按不同深度(2、4、6 cm)埋置了應(yīng)變傳感器對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè),檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 多種尺寸精平工具對(duì)混凝土面層擾動(dòng)影響深度

可見(jiàn)當(dāng)人工精平工具尺寸增大時(shí),深度2 cm處的混凝土路面均受到擾動(dòng),且擾動(dòng)影響呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì),在深度方向上,隨著深度的增加,擾動(dòng)作用同樣呈現(xiàn)遞減的狀態(tài)。總體來(lái)看,當(dāng)采用1 m抹子精平路面時(shí)對(duì)路面的影響最大,并以此遞減。為保障人工精平的效果,新鋪水泥混凝土路面的表層砂漿厚度應(yīng)不少于2 cm。

結(jié)合上文可知,采用5 m或6 m抹子進(jìn)行人工攤鋪并未帶來(lái)平整度的明顯提高,但尺寸更大的抹子重量更大,人工抹平更為費(fèi)力,影響了滑模攤鋪施工的連續(xù)性。4 m抹子重量與3 m抹子質(zhì)量相近,且其精平效果較3 m抹子更好,但兩者差異性不大。所以,人工精平工具采用4 m大抹子最為合適。

4 結(jié) 論

(1)人工精平路面時(shí)人工的熟練度、責(zé)任心等對(duì)路面平整度的影響很大,一般較熟練工人進(jìn)行路面精平時(shí)應(yīng)采取路面雙側(cè)同時(shí)收面,且應(yīng)收面3次為佳。

(2)路面用混凝土坍落度不同對(duì)收面次數(shù)產(chǎn)生了一定的影響。隨著坍落度的提高,若控制收面次數(shù)為3次,路面3 m尺測(cè)量空隙均值有所增大,但影響作用程度不大。坍落度在40～100 mm左右時(shí)人工精平次數(shù)控制在4～5次為佳。

(3)針對(duì)各不同尺寸精平工具在實(shí)際施工中對(duì)混凝土內(nèi)部各深度的擾動(dòng)進(jìn)行了試驗(yàn)和理論分析,均表明當(dāng)精平工具尺寸變大時(shí),對(duì)混凝土內(nèi)部擾動(dòng)作用深度逐步減小。但為保證滑模施工的連續(xù)性且考慮施工人員的習(xí)慣、體力等因素,仍認(rèn)為采用3 m或4 m抹子最為合適。