公路施工：斜向预应力水泥混凝土路面施工工法

斜向预应力斜向预应力水泥混凝土路面施工工法水泥混凝土路面施工工法 GGG（（浙浙））B2-2014 王国顺 罗卫萍 蒋家骥 屈吕君 翟耀华 （（临海市交通临海市交通工程工程建设建设有限公司有限公司）） 1 1 前言前言 普通水泥混凝土路面设计基准期为 20 年或 30 年，但部分路面在使用 3～5 年内即产生病害， 重载交通作用下水泥混凝土路面伸缩缝的结构缺陷是引起水泥 混凝土路面早期损坏的主要原因。伸缩缝的破坏不仅加速了路面材料的疲劳，缩 短其使用寿命，而且极易使水泥混凝土路面产生极限破坏。普通水泥混凝土路面 设置的伸缩缝，既增加行车噪声，又影响行车的舒适性，同时，接缝又是路面的 薄弱点，如处理不当，将导致路面在接缝处发生破坏，产生挤碎、断板、错台等 病害，增加了运营期的维修养护费用。斜向预应力水泥混凝土路面，是在水泥混 凝土路面内布置双斜向预应力筋，使其在路面长度和宽度方向均产生预应力，使 路面在较长范围内不需要设置伸缩缝也不会产生裂缝， 这样可以大幅度减少普通 水泥混凝土路面由于接缝产生的损害现象， 提高路面使用性能以及有效的延长水 泥混凝土路面的使用寿命。 通过使用斜向预应力技术， 可以提高道路的承载能力、 减少路面横向接缝，可广泛的用于公路收费站、机场道面、长大纵坡等路段。 临海市交通工程建设有限公司在临海火车站广场（公交站）及物流园区连接 线工程和 75 省道临海东塍上沙至隔溪段路面工程施工中，开展了“斜向预应力 水泥混凝土路面施工技术”课题研究， 总结形成了斜向预应力水泥混凝土路面施 工工法，取得了良好的效果。 2 2 工法特点工法特点 （1）斜向预应力水泥混凝土路面的预应力筋采用了斜向布置的方式，其张 拉后对路面产生纵向和横向两个方向上的预应力， 能够对混凝土路面的双向变形 进行有效约束，减少了纵横向裂缝的出现，从而有效的延长路面使用寿命。 第 1 页 共 15 页 （2）相比较普通的纵向预应力混凝土路面，斜向预应力混凝土路面的预应 力筋采用斜向布置与张拉，可以实现连续不间断施工，从而加快了施工进度。 （3）斜向预应力混凝土路面只需在路面两端布置少量构造钢筋，不需要角 隅钢筋、传力杆、纵向钢筋，简化了施工工序，节省了钢筋用量。 （4）斜向预应力混凝土路面由于接缝数量大大减少，在很大程度上避免了 路面接缝病害的产生，增强了路面的稳定性和耐久性，同时，路面行车噪音得到 有效降低，行车舒适性大大改善。 （5）斜向预应力混凝土路面由于同时受到横向和纵向的约束力，混凝土的 密实性增大，微裂缝减少，抗渗性提高，表面抗剥落和抗盐腐蚀性增强，改善和 提高了水泥混凝土路面的耐久性。 3 3 适用范围适用范围 适用于公路收费站水泥混凝土路面、公路隧道水泥混凝土路面、 机场水泥混 凝土道面、各等级公路水泥混凝土路面以及城市道路水泥混凝土路面。 4 4 工艺原理工艺原理 （1）斜向预应力混凝土路面在水泥混凝土路面面层内布置双斜向交叉预应 力筋，使其在路面纵向和横向均产生预应力，使路面除设置施工缝外不设置伸缩 缝，大大的减少了路面接缝数量，从而很好的解决水泥混凝土路面因接缝而产生 的病害，提高路面使用性能以及有效的延长水泥混凝土路面的使用寿命，斜向预 应力混凝土路面平面结构图见图 1。 图 1 斜向预应力混凝土路面平面结构图 （2）从断裂力学的角度揭示出过渡层遭破坏是导致普通混凝土路面产生裂 缝的根本原因， 并指出利用预应力混凝土路面设置滑动层的结构特点，可阻断过 渡层的形成和避免路面裂缝的产生。从滑动层入手， 通过试验得出适用于斜向预 第 2 页 共 15 页 应力混凝土路面的滑动层类型， 并对此类滑动层进行更深一步的理论分析研究和 室内试验，得出其最优的材料配比。 （3）利用拱桥悬链线原理，将斜向预应力混凝土路面板块拱起结构模拟成 拱桥拱圈结构形式， 对其进行受力分析，得出斜向预应力混凝土路面实现无拱起 的最小长度计算公式，避免了拱起病害的发生。斜向预应力混凝土路面不拱起的 最小长度公式为 （公式 1） 其中， lmin无拱起最小长度 （m） ； h板厚 （m） ； E混凝土弹性模量 （MPa） ； μ混凝土泊松比；α水泥混凝土板的温度线膨胀系数，约为 1 10-5/℃；Δt板 体温差 （℃） ； f路面板与滑动层之间摩擦系数， 无量纲； γ板的容重 （MN/m3） 。 5 5 工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程 施工工艺流程见图 2 第 3 页 共 15 页 图 2 施工工艺流程图 5.2 操作要点 5.2.1 施工准备 （1） 预应力混凝土路面面板施工前应由设计单位向施工单位进行技术交底， 设计文件、图纸、资料应齐全。 （2）预应力混凝土路面面板施工前，其路基、底基层、基层的工程质量应 符合国家现行标准公路路基施工技术规范 （JTG F10-2006） 、 公路路面基层 施工技术规范 （JTJ034-2000）以及公路工程质量检验评定标准 （JTG F80-2004） 。 施工准备 立内外侧模板 安装垫板 绑扎构造钢筋 穿筋 铺设滑动层 无粘结预应力钢筋布置、校直 混凝土路面板浇筑 钢筋固定端 墩头 养护、拆模 各类钢筋 下料 安装 锚具 制作混凝土 试块 张拉预应力钢筋 检验张拉 机具 试块强度 检验测试 切割末端钢筋、封锚 第 4 页 共 15 页 （3）材料进场时应按相关规范的规定进行进场验收；预应力混凝土路面面 板施工前，应检查所需材料的储量、性能，确保所有材料的数量和质量。 5.2.2 铺设滑动层 滑动层的铺设工作应严格按照 预应力混凝土路面工程技术规范（GB50422 2007）中的要求进行。滑动层位于面层与基层之间，铺设滑动层时，基层表面 必须找平。常用的滑动层材料有聚乙烯薄膜、油毛毡、沥青类聚合物等，并配合 细粒状材料共同组成滑动层使用。 细粒状材料可选用粒径统一的砂或沥青废旧磨 细料。摊铺细粒状材料时，细粒状材料抹平后的厚度不宜大于 20mm。 5.2.3 立模 模板采用钢模，模板底面与基层顶面紧贴，局部低洼处（空隙）事先用水泥 砂浆铺平。模板安装完毕后检查接头处的高差和模板内侧是否有错位。接头处的 高差控制在 3mm 以内。 5.2.4 预应力筋固定端制作 预应力筋的固定端采用墩头锚锚固。 墩头所采用的机械有两个 （1） ZB2/63 型电磁换向阀油泵；（2）GD250-10A 移动墩头器。采用墩头器对预应力筋进行 墩头的操作步骤为 （1）分别将油泵的进油阀油管、回油阀油管与墩头器的进油嘴、回油嘴相 连； （2）运行油泵，排出进油管和回油管里的空气； （3）将所需的预应力筋从墩头器前部位置平直送入墩头器内部夹紧活塞夹 片中间直至与底部接触； （4）封闭进油开关，墩头器内夹片通过夹紧活塞固定预应力筋，并继续推 动墩头活塞对钢筋进行墩头，达到安全阀控制压力 40MPa 时松开进油开关； （5）封闭回油开关，调节另一个安全阀，使液压油进入回程腔内，墩头器 夹紧活塞回程，当回程压力达到 10MPa 时，松开回油开关，这时墩头器内夹片 卸力，抽出墩头预应力筋； （6）将墩头锚从预应力筋没墩头的一端套入，直至墩