高速公路混凝土路面滑模摊铺施工技术探析

武国民，杨晓东，董艳超

（山东宇通路桥集团有限公司，山东 广饶 257300）

1 项目概况

高速公路混凝土路面滑模施工工艺以摊铺机自带模板替代了传统施工固定钢模板的做法，使摊铺过程中钢模板铺设、固定工作量大大减少，施工速度加快，工效提升，路面强度和平整度均显著提升。目前该技术已经在高速公路新建、改扩建及机场跑道、重载交通道路等领域广泛应用，与此同时，滑模摊铺施工机械也随之发生较大改进，从最初的小型摊铺机械发展成为一次摊铺宽度达25m，集布料拉毛养生功能于一体，附带传力杆、拉杆、钢筋网设置的大型摊铺组合机械[1]。

新建H高速公路第4合同段起讫桩号K195+000—K220+250，线路长25.25km，整体式路基和分离式路基宽27.5m和12.5m，路面宽2×10.5m，设计行车速度为100km/h，设计荷载为公路-Ⅰ级，双向四车道设计，一般及极限最小平曲线半径分别为400m和250m，路拱横坡2%。其中JⅡ1标段位于山岭重丘区域，地形起伏较大且急弯陡坡路段多。考虑到施工工期较短，对混凝土路面施工质量及路用性能要求较高，故采用滑模施工工艺。

2 原材料及配合比设计

2.1 原材料

（1）水泥

水泥主要采用强度等级42.5的普通硅酸盐水泥，且水泥中不能掺加黏土、窑灰、煤矸石、火山灰等材料，对于存在抗盐冻要求的路面不能使用石灰石粉5%掺量的普通水泥和Ⅱ型硅酸盐水泥；也不得使用快硬水泥。水泥搅拌温度应控制在50℃以下，冬季施工水泥温度不得低于10℃。水泥材料必须具备产品合格证及出厂检验报告，进场后还应通过复检和配合比试验，其路用性能必须符合设计要求。

（2）石料

石料主要采用硬质、洁净的碎石料和砾石，石料抗压强度应至少为混凝土的1.3倍，其中，碎石料粒径应在30mm以内，砾石粒径在20mm以内；粒径在0.15mm以内的石粉含量应不超出1%，针片状含量不超出5%，压碎值至少达10%。

（3）细集料

细集料主要使用细度模数2.3~3.2范围内的偏细粗砂或中砂，且不能使用细砂。砂采用硬质、耐久、洁净的机制砂或河砂，机制砂内石粉含量应控制在1%以内，河砂含泥量应不超出3%。

（4）外加剂

使用质量符合国家Ⅰ、Ⅱ级标准的散装干粉煤灰，若粉煤灰已结块，则应弃置。其余外加剂必须为具备合格证及出厂检验报告且经国家或省级检验机构认定的一等品。

（5）钢筋及接缝材料

混凝土路面滑模摊铺所用钢筋网、拉杆及传力杆等材料必须具备合格证书和检验报告单，并在进场后复检。选择适合混凝土面板胀缩、弹性复原率高且耐久性良好的胀缝接缝板，填料则应选用性能符合相关规范要求的橡胶类、树脂类填缝材料制品。

2.2 配合比设计

混凝土配合比主要根据材料品种、供应情况、施工环境、摊铺机械性能等进行综合设计，混凝土应能满足路面滑模摊铺施工要求。碎石混凝土和砾石混凝土坍落度应分别控制在30~50mm和20~40mm之间，水灰比不超出0.44。为确保混凝土路用性能和抗折强度，水泥用量350kg、水灰比不变且外加剂掺量为2%时的滑模混凝土配合比为水泥∶水∶砂∶碎石∶外加剂=35∶147∶678∶1205∶7。配合比设计检测结果详见表1。

表1 配合比设计检测结果

3 施工技术要点

3.1 施工机械

本高速公路混凝土路面滑模摊铺施工所用机械主要有滑模摊铺机、拌和站及其余小型机械机具。高马科GP-4000滑模摊铺机主要由螺旋布料器、振捣棒、搓平板、悬浮抹平板、松方控制板、振动仓、挤压成型板等部分组成。考虑到滑模摊铺混凝土路面施工规模大、速度快，搅拌机生产能力应不小于100m³/h，为此，该高速公路合同段滑模施工主要设置两座生产能力50m³/h和一座生产能力120m³/h的间歇式混凝土拌和站，且其供料系统配备有电子秤自动称量设备。

3.2 基准线设置

高速公路基准线设置形式有单向坡双线、单向坡单线、双向坡双线等，本工程采用单向坡双线式。设置基准线长1.5m，由f12~18mm圆钢所制成的铁杆；长40cm的f8mm圆钢制成的横支杆；扣件、紧线器及每根长150~200m的规格φ3mm的钢绞线[2]。

摊铺机实际工作宽度大于单边路幅施工宽度，故中线桩测放应横向偏移50cm，边桩测放应距中轴线13.4m。桩间距按照5.0m确定。在桩顶标高测量时，采用等视距法以消除测量仪器视距差而造成的测量误差。

考虑到摊铺机系统和灵敏度等方面的影响，摊铺机开启后走行2.0m左右时，应在其行走导线上拉横线进行钢绞线至混凝土顶面高度的检测，如果高度超出35cm±5mm，则应立即调整；从中桩位铁钉处开始向混凝土内侧量取纵向偏距，误差控制在±1cm。数次检测结果显示的桩距为10m时，钢绞线跨中下坠尺寸达到6mm，路面便会出现波浪，故本公路桩距应控制在5m/根以内。钢绞线拉力应控制在1~2kN范围内，拉力过大会造成钢绞线过紧，容易断开；拉力过小则会导致支架前倾，无法保证扣件调校效果。为达到较好的张拉效果，钢绞线长度应不超出200m。

应将摊铺机走行的路肩和中央绿化带碾压密实，防止摊铺机发生侧滑后使混凝土偏移中线，并使中央分隔带处内侧混凝土出现2cm左右的锯齿状纹边。

3.3 混凝土拌制及运输

拌和站控制室应逐盘打印配料数据及称量误差，并按天打印所对应摊铺桩号混合料配料统计数据。在使用水质外加剂的情况下，应在使用前将其完全溶解；施工中应连续不断搅拌混合料，避免发生沉淀。所制备好的混合料必须均匀一致，盘与盘之间、站与站之间混合料坍落度应不超出10mm，具体坍落度大小应根据运输距离、施工环境、相关规范等进行调整。考虑到本工程所采用的是间歇式混凝土拌和站，包含上料和出料时间在内的每盘总拌和时间应控制在60~90s以内，原材料上料后纯拌和时间应不短于25s，在确保拌和均匀的基础上尽量缩短拌和时间。

应在综合考虑拌和站生产能力、摊铺机施工速度、运输距离等因素的基础上进行混凝土混合料运力的配备，使总运力略超出拌和能力即可。在自卸车辆装料过程中，应按照前→后→中的次序向车厢内装料，避免混合料离析。若因运输过程延误等造成混合料超出初凝时间，则应弃置。具体运输时间主要根据混凝土初凝时间及环境温度确定，具体见表2。表中环境温度指日平均温度，运输时间应不超出混凝土初凝时间的2/3。

表2 混凝土运输时间控制要求

3.4 钢筋布设

通过摊铺机自动打入面板纵向缩缝处的拉杆钢筋，并采用人工方式辅助铺设横向缩缝处传力杆钢筋、结构物加强钢筋、角隅钢筋。传力杆钢筋按照5.0m间距布置，按照设计高度将f8mm@300台型钢筋支架架起后牢固焊接。在钢筋布设过程中，必须先在基层处弹出位置线，在混凝土到场卸料前设置完毕并通过射钉枪或锚固钢筋与基层牢固固定，避免卸料及摊铺过程中发生偏移。将短钢筋支架焊接于角隅钢筋底部后，同时铺设角隅钢筋和传力杆钢筋，并避免接近摊铺机的部位钢筋端部绞入螺旋布料[3]。

3.5 滑模摊铺

3.5.1 摊铺前的准备

摊铺开始前全面检查拌和站运转情况、摊铺机性能、拉线符合程度、振动搓平梁及端模板位置、基层质量、摊铺机履带行走部位坚实程度。此外还应设定摊铺机工作部件的施工位置，通过试铺确定相关施工参数，在正式摊铺施工时只需进行微调。振捣棒下缘位置必须位于挤压板最低点之上，且设置间距应控制在45cm以内；边缘振捣棒与摊铺边距离不超出25cm；挤压板前倾角调整为3°；振动搓平梁高度应位于挤压板后端下方0.1~0.2cm处，且同路面高程。

3.5.2 摊铺

正式摊铺前将滑模摊铺机后退至最近带侧向收缩口工作缝路面内，并使其挤压板前缘与工作缝端部对齐后开始摊铺。摊铺机操作人员应随时调整松方高度控制板进料位置，使振捣仓内砂浆料位比振捣棒高出10cm，料位上下波动幅度应不超出±4cm；摊铺机按照1.0m/min的速度行进摊铺，振捣频率控制在6000~11000r/min之间。摊铺机操作人员还应结合混凝土坍落度进行摊铺速度和振捣频率的调整，避免发生过振、欠振和漏振。当混凝土坍落度过大时，应加快摊铺速度，降低振捣频率，但摊铺速度最快不能超出3.0m/min，振捣频率不能低于6 000r/min；相反若混凝土坍落度过小，则应减缓摊铺速度、提升振捣频率，但摊铺速度不得小于0.5m/min，振捣频率不得超出11 000r/min。摊铺过程中如遇混合料供应不及时或拌和站故障时，停机待料时间应不超出混凝土初凝时间的2/3，即1.5h左右，在这一期间内，应按照20min的时间间隔开动振捣棒，并振捣3~5min；如果超出1.5h后仍未恢复正常供料，则应驶离摊铺机后设置施工缝。

摊铺施工结束后应驶离摊铺机，并从拉线上解除所有传感器及自动跟踪控制，此后升起机架，并用水彻底冲洗，清理干净后应喷涂废机油防锈处理。铲除并丢弃从摊铺机振动仓内脱出的厚砂浆，支设施工缝侧模和端模后检测标高。为保证下次摊铺能紧挨施工缝进行，两侧模板应分别向内收缩20~40mm，具体缩进长度视摊铺机侧模尺寸而定。施工缝端模和侧模支撑牢固后将混凝土加入空缺部位，并打入传力杆钢筋，振捣密实。

3.5.3 特殊部位处理

为增强结构物台背上方路面抗剪性，应增设1~2层加强钢筋网片在该部位面板中，每片钢筋网片长度应控制在4~5m，宽度在4m左右。施工过程中先通过设置间距1.0~1.5m的马凳筋按设计高度将钢筋网片架起，在钢筋网片前区域卸料，并通过挖掘机将混凝土均布于钢筋网片上，并避免高位卸料。待相应段落摊铺结束后将钢筋网片与下一张钢筋网片绑扎。

桥面和桥头搭板摊铺时，考虑到钢筋设置较为密集，必须加强摊铺机行走方式、卸料路线及拉线方式等的控制。为防止摊铺机碾压钢筋，应将重型马凳增设于钢筋之上。卸料过程中应通过加撑厚铁板的方式连通两幅桥面，并通过可调托架架起钢线；混凝土坍落度应增大至40~50mm。

4 摊铺效果评价

根据路面芯样检测结果，路面厚度均值符合设计要求，最厚达26.8cm，公路板厚度合格率为99.6%；路面宽度合格率为100%，公路横坡合格率99.8%。拉线的准确度使路面高程及平整度得以保证，混凝土表面经过长度3.66m的抹平板循环往复抹平处理后路面动态平整度远比人工施工平整度高；通过平整度检测车所测得的路面平整度偏差为1.04，4cm铝合金尺所测的路面静态平整度不大于3mm。

滑模摊铺机振捣棒作用半径大，振频高且分布间距一致，在整体协调作用下能保证路面各点取得相同的振动效果；提浆均匀度良好，无漏浆及过振，使得混凝土密实度及强度显著提升；在应用夯实杆控制提浆厚度的情况下路面砂浆分布的均匀性大大增强，抗滑构造深度均匀，耐磨效果显著。该高速公路合同段路面抗折强度均值为5.86MPa，标准差为0.05，偏差系数为0.8%。

5 结语

根据对该高速公路混凝土路面滑模摊铺施工实践的分析可以看出，滑模摊铺施工能有效避免常规摊铺施工速度慢、费用高等弊端，通过掺加引气剂可使混凝土路面抗折强度提升10%~20%，每万方混凝土可节省水泥用量约250m³，经济性和路用性能大大提升。此外，混凝土路面滑模施工工艺还能使路面维修养护工程量大大减少，混凝土路面动态平整度、抗滑及抗磨耗性能有保证，车辆油耗也随之降低，行车安全性和舒适性提高。