滑模施工技术在北黑高速公路路面工程中的应用与实践

张 平

(1.北黑高速公路建设指挥部;2.黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司)

滑模施工技术在北黑高速公路路面工程中的应用与实践

张 平1，2

(1.北黑高速公路建设指挥部;2.黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司)

滑膜摊铺技术作为一种更为先进的混凝土路面施工工艺，在北黑路面工程中的应用与实践为我国寒区水泥路面施工过程质量控制积累了经验。从工程管理、原材料选择与质量控制方法、施工过程面临的关键技术问题及解决方案等角度总结了北黑公路水泥混凝土路面实施过程中的成果，对同类型工程的开展有重要的借鉴意义。

水泥混凝土路面;滑膜摊铺技术;工程管理;施工工艺

北黑高速公路位于黑龙江省的北部地区，是国家高速公路网和黑龙江省高速公路网的重要组成部分，对加强区域路网形成，拉动对俄贸易，发展地方经济具有明显作用。北黑高速公路所处的黑龙江省北部，属寒温带大陆性季风气候，冬季漫长且干燥降雨量偏少，有效施工期短;同时受西伯利亚寒流影响，冬夏极端温差在80℃左右。严酷的自然条件对路面提出了很高的技术要求。在借鉴以前工程经验的基础上，结合北黑公路的工程地质特点，提出选择水泥混凝土路面结构形式并且采用施工质量较好和效率高的滑膜摊铺工艺。

北黑高速公路水泥混凝土路面施工里程为198.705 km，共227.8万m2，其水泥混凝土路面施工创造了三个“第一”:一是黑龙江省首次全线使用世界上最先进的德国维特根SP850摊铺机，8.25 m主板一次摊铺;二是黑龙江省首个横向缩逢设置传力杆项目;三是黑龙江省首次使用滑模摊铺DBI传力杆自动植入装置。

北黑高速公路的完工，对我国寒冷地区设置传力杆的水泥混凝土路面应用滑模摊铺技术做出了有意义的探索，积累了成套的施工管理与技术问题解决方案。总结了北黑公路水泥混凝土路面实施过程中的管理与技术经验，以期对同类型工程的开展有所启发。

1 路面合同段标段的划分及资格预审的能力条件标准

北黑高速公路建设指挥部依据工程建设项目管理承包模式、工程施工组织规划、工程进度计划、工期要求、各分项工程之间的技术管理关联性以及投标竞争状态等因素，综合分析研究水泥砼路面维特根SP850及SP500滑模摊铺的机械性能特点划分6个水泥混凝土路面标段，并结合水泥砼路面滑模摊铺技术管理特点和要求设置北黑高速公路水泥混凝土路面标段投标资格预审的能力条件标准，如表1所示。

表1 关键施工机械设备及要求(A2－A6、A8合同段)

2 原材料选择与质量控制方法

2.1 碎石加工工艺

设计文件对碎石生产的质量和数量提出了明确的要求，北黑高速公路建设指挥部经过多次沿线考察北黑项目各石厂的生产能力、石料材质、运距等情况，经过综合比选，最后选定七家母材符合要求的采石场。石料的破碎工艺直接影响石料的物理力学性能和由其配制的混凝土的性能，因此北黑高速公路建设指挥会同当地政府督促碎石生产厂家投入资金扩大生产规模，全部安装反击式破碎机生产线，保证了碎石的生产质量。

同时邀请哈尔滨工业大学专家对各石场经理及相关技术人员统一进行技术培训并编制北黑高速公路碎石生产指导书，对碎石生产企业进行科学、规范的生产起到了重要指导作用。

(1)规定破碎方式

北黑公路沿线石场原石料粉碎设备多为颚式碎石机，只能用作初级破碎:存在料针片状多、压碎值大的实际问题。整改后全部引进反击破式碎石机，保证加工后的碎石呈立方体，无张力和裂缝，粒形好，石粉含量少。

(2)规定筛孔尺寸和备料比例

根据水泥稳定级配碎石基层、水泥混凝土路面面层配合比材料用量，要求石场安装相应规格的筛网，按照生产的石料规格分级备料;同时根据材料用量及时调整各规格石料的生产储备数量。

碎石规格提前确定，为保证施工过程中减少离析，提高路面的抗弯拉强度，碎石的最大粒径为26.5 mm，比水泥混凝土路面施工技术规范规定的31.5 mm，更为严格。

2.2 水泥品种的选择及水泥的冬储

水泥是混凝土的胶结材料，在很大程度上，混凝土强度取决于水泥质量。经过多次对比试验，北黑高速水泥混凝土路面采用强度高、干缩性小，抗磨性、耐久性和稳定性好的哈尔滨水泥厂天鹅牌42.5#普通硅酸盐水泥。

为克服三年决战施工期水泥资源的紧缺，确保北黑高速公路水泥混凝土路面施工正常进行，北黑项目经理部路面施工水泥及时供应，北黑指挥部把冬季备料工作重点放冬储42.5#水泥上。采取四项有效措施:(1)提前完成预定水泥混凝土及基层配合比组成设计;(2)水泥厂冬季备料水泥均要求厂家提高标号。依据备料时间及备料数量及预计使用时间，与厂家联系利用冬闲时间生产水泥提高1个等级标号;(3)严格要求施工单位按时间根据冬季备料计划建好冬储水泥库，增加储藏量，及时下发文件指导项目部做好水泥垛底搭建、垛高层数、防潮、防空气封闭水垛;(4)严格要求项目部按水泥进场时间做好标识，确保具有可追溯行适时检验水泥各项指标，确保水泥混凝土路面施工水泥质量合格。2010年冬季备料完成路面标段面层42.5#水泥年度计划用量冬储70%备料任务。

2.3 中粗砂

要求清洁、坚硬、无杂质的中粗砂，细度模数2.5～3.0之间并应符合设计规定的级配。不满足细度模数要求的粗砂应过筛，确保过筛后的中砂细度模数在规定范围内。

2.4 水

凡符合饮用水标准的水均可用于施工，如遇水质成分复杂时必须进行试验鉴定。

2.5 钢筋

混凝土施工中用钢筋的品种、规格应符合设计要求。钢筋应顺直，钢筋外表有严重锈蚀、麻坑、裂纹夹砂和夹层等缺陷时，应予剔除不得使用。

2.6 引气剂选用及含气量的控制

为保证水泥混凝土路面的抗冻性，水泥混凝土必须使用引气剂，引气量为4.5±0.5%。经过对比试验，北黑指挥部选择ZNY－1型液态高效缓凝性引气减水剂，该引气减水剂的优点，一是拌和站液体外加剂混合均匀，剂量准确;二是是引入的气泡稳定性高、气泡平均直径小、气泡的级配致密，提高工作性与抗冻性;三是是保证混凝土的含气量，能够使混凝土的和易性、保水性、黏聚性增强，满足路面滑模摊铺混凝土各项技术要求;四是有效缓凝，满足高温季节施工的要求，降低坍落度损失，长距离运输之后仍保持良好和易性;五是减水率高，提高强度，节约水泥。

3 北黑高速水泥混凝土路面滑模摊铺施工中的关键技术

3.1 设置传力杆与DBI技术

(1)设置传力杆与DBI技术的选择

在东北地区，由于冬季温度较低，水泥路面板将会收缩，骨料嵌挤作用几乎会完全消失，传荷能力也会完全丧失，从而造成水泥路面板的承载能力不足。因此在北黑高速水泥路面板中设置传力杆具有特别重要的意义。DBI(Dowel Bar Insert)技术是利用传力杆自动打入机械在滑模摊铺机推进过程中将传力杆植入水泥混凝土路面中，能够极大提高传力杆的工作效率，降低人力成本，但同时其对施工工艺也有很高的要求。

(2)DBI施工技术关键环节

①水泥混凝土的坍落度的控制与及时调整，满足在30～50 mm之间的技术要求;②传力杆的表面处理，表面全部涂防锈漆，保证传力杆在混凝土内能自由滑动，避免应力锁死导致开裂;③避免传力杆偏差过大，将造成传荷能力降低和应力锁死;④DBI施工时标记传力杆位置，避免后续切缝引起的传力杆偏差。

图1 DBI技术施工示意图

(3)施工过程注意细节

一是观察DBI工作后传力杆是否全部完全打入，如有传力杆裸露在混凝土外，则在搓平梁搓平之前尽快拔除该传力杆;二是传力杆插入后，传力杆周边的混合料不能及时填补缝合，需要进行人为的简单修复处理;三是DBI施工后，应适当提高搓平梁的工作频率，确保修复后混凝土面板的平整度和密实度。

3.2 路面平整度的提高和保证措施

(1)施工机械选型及配套

维特根SP850滑模摊铺机摊铺工艺合理，能够满足严格平整度要求的水泥混凝土路面滑模机械施工的要求，维特根SP850滑模摊铺机施工水泥混凝土路面的工艺是用振捣棒组连续振动密实，挤压底板压实成型的工艺过程。该滑模摊铺机摊铺工艺过程包括双向分料的螺旋或刮板布料器、可调节入料高度的松方控制板、安装振捣棒组的(可调节)振捣棒前倾角及超铺角的不锈钢挤压底板、边沿和中间纵缝的拉杆插入装置，振动磋平梁、自动悬浮抹平板、自动传力杆插入配件等。

(2)混凝土材料对平整度的影响

①滑模摊铺对混凝土原材料的规格要求。

水泥混凝土路面的技术要求比基层高得多，为保证面层的平整度，对原材料的规格提出更高的要求，碎石的最大粒径不能超过26.5 mm。

②严防麻面、拉裂对平整度的严重影响。

滑模摊铺水泥混凝土路面要求新拌混凝土工作性稳定。经现场试验表明:新拌混凝土的振动粘度系数与摊铺机行进速度有最佳匹配关系。在摊铺机的行进速度为1～2 m/min时，路面混凝土密实度和平整度最好的最佳振动粘度系数为200～500 Pa·s左右，相应最佳坍落在3～5 cm范围内。

③防止塌边提高施工纵缝处的平整度。

搅拌混凝土的配合比要准确，每盘之间和搅拌机之间搅拌出的拌和料工作性要尽量始终维持均匀恒定，稳定不变，坍落度的误差应控制在0.5～1.0 cm。这样才能提高纵向工作缝的横向平整度和顺直度。

(3)基层对平整度的影响

保证履带行进基层部位的平整度和坚硬度。防止履带打滑，附着力不够，摊铺机推不动前方混凝土，强制抬高底板标高，使平整度丢失。其次，要清除履带行进部位的石头、砖瓦，防止30～60 t的摊铺机履带压在上面，瞬间被压碎，摊铺机整机突然振动，形成路面沟槽，丧失平整度。

(4)提高平整度应规范施工操作

①保证基准线精度并严禁撞线。

②将滑模摊铺机各项工作参数调整到最佳状态。

一是均匀分布混凝土料;二是调整松方控制板高度;三是调整好振捣棒间距、位置、振捣频率及行进速度，四是调整夯实杆位置及夯实频率;五是调整好挤压板的仰角、边部超铺角及侧模板位置;六是调整好抹平板压力。

③做好工作缝接头处的平整度。

3.3 水泥混凝土路面滑模摊铺施工切缝控制

(1)最佳切缝时机确定

最佳切缝时机与水泥混凝土强度发展过程密切相关，一般控制在250～300℃/h，过早会出现啃边现象，过晚将导致路面的早期收缩不规则开裂。

北黑高速公路采用小型环境监测系统，根据现场温度、风速等气象条件的变化对水泥混凝土路面切缝时机作出实时动态预测，为切缝施工技术人员提供切缝时间。

(2)切缝施工环节

施工现场应多备用一套切缝机具，防止因机具故障延误切缝时间。对于由于特殊原因，延误时间时，要对混凝土板先进行大块切割，再逐块切割的办法。大块切割指两块或三块板一切，逐块切割指再将切割后的大块板按设计要求逐块切割。尽可能早切缝，切缝深度应达到板厚的1/4～1/5。切缝后及时用清水冲洗净缝口水泥浆。

3.4 水泥混凝土路面滑模摊铺表面构造与刻槽技术

(1)表面处理工艺

良好的表明处理工艺能够有效改善混凝土路面表面纹理，以增加抗滑性，降低轮胎与路面噪声。在北黑工程中，摊铺机采用自动抹平板装置进行抹面，以消除表面气孔和石子移动带来的缺陷。对表面少量局部麻面和明显缺料部位，在挤压板后或搓平梁前，最迟在抹平板前表面补充适量砂浆，由搓平梁和抹平板机械修整。抹平过的路面，必须再拖麻袋片处理，以获得良好的构造纹理。

(2)刚性刻槽

刚性刻槽是用金刚石锯片除去硬化水泥混凝土路面表面浅层混凝土而形成良好的路表构造的混凝土路表处理方式。刚性刻槽具有诸多优点:①既可以使混凝土路面获得宏观构造，也能改善路面的微观构造;②能够提高轮胎与路面的附着摩阻力;③能够减少雾飘水溅，增加雨天能见度，减少反射眩光，改善夜间行车环境;④低速时，纵向刻槽的摩擦系数比横向刻槽略高;高速时，横向刻槽摩擦系数较高;⑤在弯道上，纵向刻槽改善行车的横向稳定性较好。对于多降雪的北黑高速增加车辆行驶安全性有着非常重要的意义。

图2 混凝土路面表面处理工艺示意图

图3 混凝土路面表面刚性刻槽工艺示意图

(3)刚性刻槽技术注意环节

一是在平面曲线路段尽量采用纵向刻槽技术，防止车辆在水平方向上滑移，提高安全性;二是最佳刻槽时间，一般路面强度达到标养28 d强度的40%(养生2～3 d之间)作为刻槽的最佳时间;三是相邻面板在刻槽时保持槽沟连贯，施工时先划出标线或先挂线再施工，机械操作人员必须随时控制机械，确保刻槽的顺直。

3.5 水泥混凝土路面滑模摊铺施工养生

养生是影响水泥混凝土路面铺筑质量中最为重要的一个环节，混凝土内部微裂缝的产生主要集中在养生期，养生不当时引起的水泥混凝土早期开裂，在施工环节中应给予足够的重视。

(1)养生的目的

通过阻止或补充水泥混凝土路面水分的丧失，使水泥混凝土处于较为理想的温湿状态，促进其强度形成。

(2)养生的优点

一是控制水泥混凝土路面板表面的水分散失情况;二是提高水泥混凝土路面板表面强度和耐久性;三是能有效预防水泥混凝土路面表面塑性收缩开裂的发生;四是提高水泥砼路面的抗冻融损坏能力;五是降低板表面的渗透性和化学反应。

(3)养生方法

初期养生时，修边及抹面完成后，应以最快速度使用湿麻袋片进行覆盖并用喷壶均匀洒水湿润;中期养生使用双层土工布，在切缝完成后立即进行铺设。必须派专人进行巡检，保证所有养生段落土工布覆盖严密、潮湿。采用表面洒水养生，一直到28 d为止。养生注意洒水时间，早晨与傍晚为洒水的最佳时机，避免在中午气温高的时候洒水。

针对北黑高速特有的施工气候条件，在温度非常高的6～7月份采用白色土工布养生，而在夜晚温度可能非常低的九、十月份采用黑色土工布养生，保证混凝土强度增长的温度条件不会太高也不会太低，这对混凝土的长期性能的保证非常有好处。

4 结语

水泥混凝土路面的施工工艺和过程是非常复杂的，受多种因素的影响，远不是人们经常认为水泥混凝土路面易于施工。滑膜摊铺技术作为一种更为先进的混凝土路面施工工艺，在北黑路面工程中的应用为我国寒区水泥路面施工过程质量控制积累了经验。相关课题的研究和施工工艺的提出为有效的减少板的早期开裂，提高路面平整度，降低养护维修成本，提高水泥混凝土路面长期服役性能做出了有意义的探索。

U416.216

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1008－3383(2011)12－0051－03

2011－09－11