动态称重传感器埋设道路路面改造技术与质量控制研究

2018-12-26周琪

智能城市 2018年23期

周琪

江苏省南京市公路管理处，江苏南京 210014

动态称重传感器，主要应用于货车不停车称重非现场执法系统、高低速超限检测系统、计重收费系统等领域。因其技术先进、性能稳定、质量可靠的优点被越来越广泛使用。目前国内关于动态称重传感器路面硬化改造施工的技术要求、施工工艺、检测方法等尚未形成统一标准，主要还是靠施工方技术人员凭经验来制定施工方案、控制施工过程质量。因技术人员在施工方面个体上的知识、现场工程经验工程方面的差异加上各地的道路基础条件不同，仅凭技术人员的经验是无法保证埋设的动态称重传感器能够经受得住外场道路重载车辆成千上万次的反复碾压后，仍能使其满足应有的称重精度。从大量的现场调查情况来看，因路面改造过程中施工方案不合理、施工工艺存在缺陷、检测手段不到位、现场的过程质量把控缺失等问题导致完工后的动态称重系统在投入运行一段时间后短的不足1年、长的不足3年就出现路面严重开裂、渗水、基础塌陷、传感器无输出信号等严重质量问题，导致整个系统无法正常运行。

为避免出现上述情况的发生，必须从理论和实际的角度出发，研究这些质量问题的深层次原因，系统性的研究动态称重传感器安装及路面改造的施工方案、施工工艺、过程质量控制及工程验收标准，为指导动态称重传感器的施工提供技术支撑，确保该系统的检测精度和寿命符合预期。针对上述路面常见病害问题，改造方案要遵循如下主要的原则：

（1）接缝。由于涉及两种不同类型的路面之间的衔接，连续配筋水泥混凝土半刚性路面与沥青混凝土柔性路面的沉降需要在设计阶段对两者的沉降问题需引起高度重视，施工阶段需严格按设计图纸施工，确保两种路面衔接处长期运行不开裂，过渡平整，没有明显的高差。

（2）传感器埋设工艺处理。目前大多数称重传感器都埋设在水泥混凝土路面上，埋设的主要工艺是路面放线、切槽、修整、灌胶（石英混合料）、定位、固化、打磨等工序，在整个工艺中石英混合料的现场调配与灌注非常重要，它决定着填封料的粘接强度和抗压强度，关系到传感器投入使用后能否承受住成千上万的重载车辆的碾压，并同时保持着与地面的相对位置不发生松动现象。

1 称重系统检测站点的路面性能技术要求

1.1 称重系统安装站点的选择

根据《江苏省公路运输车辆动态称重检测管理系统技术规范》地方标准，用于安装称重系统的路段位置应按照以下要求选择：

（1）纵坡＜1%（最优）或者纵坡＜2%（其次），并且在该区域内保持纵坡不变。检测手段有水准仪，检测标准：公路工程质量检验评定标准（JTGF 80/1—2012）。

（2）横坡＜3%。检测手段有水准仪，检测标准：公路工程质量检验评定标准（JTGF 80/1—2012）。

（3）曲率半径＞1000m（直线段更优）。检测手段有全站仪。

（4）拟改造的沥青混凝土路面的代表弯沉（每个车道沿汽车行驶方向间隔2m）≤[(10±2)单位：0.01mm]。检测手段有落锤式弯沉仪，检测标准：JTG E60—2008公路路基路面现场测试规程。

（5）动态称重区域的改造道路的路面平整度IRI指数需控制在0～1.3（m/km）范围内，横断面车辙控制在≤10±2mm。检测手段有激光断面仪。

2 检测站点路面改造方案

2.1 改造道路的设计方案比选

道路的寿命及可靠性涉及设计、施工、过程质量控制、运营维护等全过程。为了能让安装称重传感器的改造道路至少具有5年以上的无须大修周期，需要在设计、施工、维护各阶段提出有针对性的解决方案，方能实现五年期以上的道路使用寿命及可靠性保证。

2.2 改造道路的设计方案

2.2.1 连续配筋混凝土路面设计

（1）设计轴载及路面设计参数。根据《江苏省公路运输车辆动态称重检测管理系统技术规范》地方标准，快速不停车超限检测系统需满足使用寿命≥3000万轴次，因此，按照3000万类似轴载作为连续配筋混凝土路面的设计荷载。根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG_D40—2015），本项目交通荷载等级为特重交通，水泥混凝土的设计弯拉强度为5.0MPa，路面设计参数如表1所示。

表1 连续配筋混凝土路面设计参数（MPa）

本项目结合老路基层顶要求验收弯沉为20（单位：0.01mm），根据公路水泥混凝土路面设计规范B.2.5.1换算水泥混凝土板底部老路顶面综合当量回填模量为931MPa。

（2）连续配筋混凝土路面板块尺寸。本次设计采用连续配筋混凝土路面设计，原则上纵向29m范围内不设置横缝和纵缝，板块宽度为单向三车道（四车道）+硬路肩，一般取10.5m（0.5m路缘带+2×3.75m行车道+2.5m硬路肩）或11m（0.5m路缘带+2×3.75m行车道+3.0m硬路肩），长度为29m、厚度28cm。

（3）连续配筋混凝土路面配筋设计。本项目为特重交通，一般位于一级公路上，根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG_D40—2015）中表4-3，连续配筋混凝土面层厚度取28cm，混凝土的强度等级为C40，纵向钢筋采用HRB400螺纹钢筋，纵向配筋率初步拟定为0.9%。

按照允许裂缝间距（≤1.8m）、缝隙宽度（≤0.5mm）和钢筋屈服强度400MP进行验算，本项目纵向钢筋采用为Φ18的HRB400螺纹

钢筋，间距10cm，横向钢筋采用Φ14的HRB400级螺纹钢筋，放在纵向钢筋下方，布置间距为0.40m。纵向钢筋埋置深度为9cm。纵向钢筋现场长度不够时，进行错缝布置焊接，方式如图1所示，避免焊缝在同一条线上。图中宽度仅为示意，现场按照路幅宽度确定。

图1 连续配筋路面配筋布置图

（4）连续配筋混凝土路面与原有老路面的接缝处理。该方案在2种不同的路面间增加了衔接段，较好地处理了不同板块间的热胀冷缩应力作用及地基沉降问题，但在实施中会带来因是在原老路上改造，用于摊铺衔接段的热拌沥青混合料用料较少，现场取材有难度的问题。

图2 接缝处理

2.3 连续配筋混凝土路面材料要求及施工

依据标准JTG∕T F30-2014 公路水泥混凝土路面施工技术细则进行施工。

2.3.1 原材料的技术要求

（1）水泥。水泥应采用旋窖道路硅酸盐水泥，3d龄期的抗压强度不小于17.0MPa，抗折强度不小于4.5MPa。28d龄期的抗压强度不小于42.5MPa，抗折强度不小于7.5MPa。

（2）集料。水泥混凝土集料公称最大粒径不应大于31.5mm（碎石）或19mm（卵石）。砂的细度模数不宜小于2.5。

2.3.2 施工技术要求

（1）施工前下承层检查。施工前需进行相应的测量，首先需对所有基层的弯沉值进行测定，确保不超过0.2mm，从而保障基础层的模量验算数值满足设计需求。若不满足要求，应至少换填20cm的5%水泥稳定碎石。

（2）施工组织。连续配筋混凝土路面原则上整幅施工，除两端外不设置横缝和纵缝，即横向整幅路面，纵向29m一次浇筑到位。

（3）立模。连续配筋混凝土路面板厚为0.28m，施工时采用0.28m模板。模板要求用水准仪超平，高差不大于2mm，模板之间不得有离缝，模板与基层接触处不得漏浆，内侧应涂刷隔离剂。

（4）钢筋的连接与定位。纵向钢筋采用Φ18的螺纹钢筋。双面焊，焊接长度0.12m。要求经拉伸试验检验，焊接强度合格。横向钢筋采用Φ14的螺纹钢筋，间距0.4m，放置在纵向钢筋下方，起支撑纵向钢筋至设计位置的作用。纵、横向钢筋在基层上焊接绑扎完毕后，用预制的小钢筋支架垫起至设计标高，误差0.01m。

钢筋网应提前一天绑扎完毕，绑扎长度不小于第二天的混凝土浇筑长度。

（5）浇筑混凝土面板。考虑到每个承重点的浇筑量不是很大，建议整段一次浇浇注。混凝土的施工应满足《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG F30—2014）中的有关要求水泥混凝土的拌和、运输和摊铺过程中具体要求如下：

混凝土混合料的级配应符合目标配合比及生产配合比的要求。水泥的用量不应超过±1%，粗细骨料用量控制在±3%，水的用量控制在±1%。

每台拌和楼在投入生产前，必须进行标定，并试拌正常。在搅拌过程中，投入搅拌机每盘的拌合物的数量，应按混凝土施工配合比和搅拌机的容量计算确定，低温或高温天气施工，拌合物出料温度宜控制在10～35℃。混凝土拌和物每盘的搅拌时间，应根据搅拌机的性能和拌和物的和易性确定。

混凝土拌合物的运输宜采用自卸机动车运输，当运距较远时，宜采用搅拌运输。装运混凝土拌和物不应漏浆，并防止离析。夏季和冬季施工，必要时应有遮盖或保温措施。出料及铺筑时的卸料高度不应超过1.5m。混凝土拌合物从搅拌机里出料后，直至浇注完毕允许最长时间，由试验室根据水泥初凝时间及施工气温确定，需要符合的规定如表2所示。

表2 混凝土从搅拌机出料至浇注完毕的允许最长时间

支立模板做到线型顺直，与设计平面成垂直角度，并且需求模板支立的稳固性，以防砼施工时砼跑模。在立模过程中用经纬仪进行二次定测校核，首先按10m桩测放立模基线，模板立好后对模板进行二次检测调整，完成后进行加固，并逐一检查支撑处，不能漏检，同时对模板底缝接缝处进行封堵，防止砼施工中漏浆。

摊铺宜选配多功能滑模摊铺机。滑模摊铺过程中应采用自动抹平板装置进行抹面。对少量局部麻面或明显缺料部位，应在挤压板后或搓平梁前补充适量拌合物，有搓平梁或抹平板机械修整。滑模摊铺的混凝土在下列情况下，可用人工进行局部修整。

① 用人工操作抹面抄平器，修整摊铺机后表面的小缺陷，但不得在整个表面加薄砂浆层修补路面标高。

② 对纵缝边缘出现的倒边、塌边、溜肩现象，应顶侧模或在上部支方铝管进行边缘补料修整。

③ 对起步和纵向施工接头处，应采用水准仪抄平并采用大于3m的靠边尺边测边修整。

（6）接缝的施工。原则上不应设缝，当由于不可抗力因素必须设缝时，横向施工缝采用平缝，并以每延米增加3根1.2m的Φ18螺纹钢筋（约是纵向钢筋数量的50%），在原配纵筋中间每隔两根增加一根加强钢筋，要求施工缝处钢筋在缝隙两侧涂上总长不小于0.6m的防锈涂料。第二天开工时要求将施工缝凿毛以增加新老混凝土间的粘结。若施工缝处的混凝土振捣不足或质量较差，要求用锯缝机切除20cm左右，钢筋下方的老混凝土也要求清除干净。

纵向施工缝采用平缝，接缝处钢筋用量增加1倍，即在原两横向钢筋之间加入加强钢筋，为钢筋长度1.2m，Φ14的螺纹钢筋，要求施工缝处钢筋在缝隙两侧涂总长不小于0.6m的防锈涂料，另一幅路面施工时要求将施工缝凿毛以增加新老混凝土间的粘结。若施工缝处的混凝土振捣不足或质量较差，要求用锯缝机切除20cm左右，钢筋下方的老混凝土也要求清除干净。

（7）混凝土板的养护。混凝土板在施工完毕后，应及时养护。养护应根据施工工地情况及条件，选用湿纸养护和塑料薄膜养护等方法。养护的时间应根据混凝土强度增长情况而定，一般为14～21d。养护期满方可将覆盖物清除，板面不得留有痕迹。

（8）开放交通及其他。① 当摊铺时遇雨或下层潮湿时，严禁进行摊铺工作，对未经压实即遭雨淋的混合料（已摊铺）应全部清除更换新料。② 混凝土板在养护期间和填缝前，应禁止车辆通行。在达到设计强度的40%以后，方可允许行人通行。

2.4 过程检验

对于施工过程中的水泥、钢筋等材料进行现场取样按批次抽检，检验指标有水泥的抗压强度、抗折、抗弯拉强度，钢筋的直径、抗拉强度、屈服强度等。具体的试验标准和方法参照《水泥胶砂强度试验》（GB/T 17671—1999）、钢筋焊接接头试验方法标准》（JGJ/T 27—2014）、《金属材料拉伸试验方法》（GB/T 228.1—2010）。

（1）水泥混凝土板质量验收标准，水泥混凝土的验收标准如表3所示。