重载混凝土路面施工技术研究

周伏先

（吉安市路桥工程局,江西 吉安 343000）

0 引言

重载混凝土路面的承载能力是道路安全性的重要保障，高质量的重载混凝土路面可以承受更高的压力，从而减少路面损坏和交通事故的风险。为保证重载车辆行驶安全，重载混凝土路面对防滑性能的要求更高。某双向五车道重载高速公路工程，除了在结构设计上加强重载适应性实现以外，在施工上也适应重载公路特点，加强关键技术施工控制。这里从重载混凝土路面的合理板块划分、路面板切缝以及构建抗滑结构工艺等方面，介绍其加强混凝土路面施工控制的相关技术要点。

1 重载混凝土路面的合理板块划分

1.1 划分原则

（1）板块面积与长宽比。板块面积一般不应超过25 m2，长宽比一般不得超出1.35。在板长已确定的情况下，根据长宽比可以得出最小板宽。

（2）板宽。在3～4.5 m 之间调节，调节幅度一般为3 m→3.5 m→4 m→4.5 m。

（3）板长。在4～6 m 之间调节，调节幅度4 m→4.5 m→5 m→5.5 m→6 m，通常多采取4～5 m，最高不宜超过6 m。

另外还要注意保证中间车道和外侧车道的行驶轨迹不重叠，以确保轻载方向的安全行驶。如果条件允许，应该尽量让中间车道行驶轨迹不重叠[1]。

1.2 纵缝区域应力影响

（1）最大载荷板底应力。普通4.5 m×6 m 板块的最大载荷板底应力记为σ0；3.5 m×4 m 板块，若纵缝位于轮迹中心，则最大载荷板底应力记为σ1。若纵缝不在轮迹中心，随着偏离量的增加则最大载荷板底应力会跟着增大。如表1 和表2 所示分别列出了0.32 m 和0.28 m 板厚的最大载荷板底应力变化情况。

表1 板厚0.32 m 混凝土板最大载荷板底应力

表2 板厚0.28 m 混凝土板最大载荷板底应力

数据显示，当纵缝与轮迹中心存在偏移时，板底的最大载荷板底应力会随着偏移量增加而增加。

（2）温度应力。板长和板厚影响温度翘曲应力。板越长和越薄，则温度翘曲应力就相对越大。以常规4.5 m×6 m 板为例，其板长和板厚对温度翘曲应力的影响情况如表3 和表4 所示[2]。

本试验参试品种共有6个，分别为CR民喜，CR金丽，CR黄芯F1，CR皇春3号，CR春皇后，春秋2号（CK）。

表3 板长对温度翘曲应力的影响

表4 板厚32 cm 不同板长的温度翘曲应力值

表3 和表4 数据显示，温度翘曲应力与板长和板厚密切相关。板长越长和板厚越小，温度翘曲应力对应越大。采取小板块方案在相当程度上利于降低温度应力影响。所以在板厚保持不变条件下，重载混凝土路面应尽可能选择小板块划分，这样利于使车辆载荷偏离最不利板底受力位置和降低板底应力。

1.3 板块划分实例

某双向五车道高速公路，其路基宽度为27.5 m，2个车道供轻交通应用，3 个车道供重交通应用，每条车道宽度3.75 m。

2 合理切缝时机

2.1 切缝时机模型计算

影响切缝时机的因素很多，有诸如集料品质、强度、级配、外加剂等混凝土特性因素，有诸如筑风速、气温和时节等环境影响因素，也包括切割设备性能、操作熟练度等设备和人员操作因素。其中时间和温度是两项相对客观和易于参考决策的影响因素，据此设计的切缝时机预测模型公式如下：

式中，T——环境温度；t——混凝土龄期[3]。

2.2 切割强度分析

在切混凝土路面板时，需要掌握最合适的时机。过早切缝会导致路面板强度不足，低于最小切割强度，容易出现飞边掉角等毁损现象；而过晚切缝，则会因温度等收缩应力太大而被拉断。案例选用2 种混凝土配比（1#、2#）进行切割强度试验，切割试件规格150 mm×150 mm×550 mm。

试验结果显示，1#混凝土切割强度2.5 MPa 时，其试件达到87%的完整率；2#混凝土切割强度2.4 MPa 时，其试件达到80%的完整率。当3 MPa 切割强度时，2 种混凝土配比的切割强度均接近达到100%。综合测试结果，最佳切割强度应在2.5～3 MPa 之间。如果将最佳切割强度作为一个参考系，龄期与温度的乘积作为另一个参考系，借助二者关系曲线即可以获得两种配比混凝土路面板的佳切缝时机。

3 构建抗滑结构

3.1 抗滑结构技术要求

表5 混凝土路面抗滑结构结构深度要求

特殊区段指的是高速公路或一级公路的变速车道、平交或立交以及其他级别公路的交叉口、陡坡、急弯或路过的集镇附近。年降水量在≤600 mm 地区，表列数值可进一步适当降低。

（2）抗滑结构微观要求。微观抗滑结构对路面横向力系数的提供至关重要，也同时关乎行车安全。研究显示，当摆值BNP＜35 时，阴雨天的事故率很高，而当BNP＞42 时，该事故率则相对较小。所以建议重载混凝土路面的摆值应大于42，同时横向力系数不应低于54。

3.2 抗滑结构实现工艺

（1）拉毛法。走势分纵向拉毛和横向拉毛，措施分人工草皮拉毛、粗麻布拉毛和工具凿毛。

（2）毛槽结合法。毛槽结合是一种结合横向齿耙拉槽和纵向拉毛的防滑结构，两种工艺结合，会产生复合增加摩擦阻力作用，毛槽结合法方法更适合重载公路路面制作抗滑结构应用。

（3）表面除浆法。通过混凝土优化配比，浇筑后在未完全硬化前，通过表面除浆使粗集料裸露，进而增强路面粗糙度。表面除浆通常厚度约0.1 cm。此工艺可以省略人工抹面和收光工序，但是因为其结构深度最大，所以均匀性较差，平整度不佳，一定程度削弱行车平稳与舒适性。

3.3 齿耙拉槽抗滑工艺

（1）槽型。多为矩形、梯形、V 形，如图1 所示。

图1 常用槽形

（2）槽深。图1 中h即槽深。

（3）槽宽。图1 中矩形槽和V 形槽中的b即槽宽。梯形槽存在上宽b1与下宽b2的区分。

（4）间距。两槽的中心距即为槽间距，如图2 所示，图中的a即是槽间距。

图2 槽间距

（5）走向。存在斜、纵、横3 种走向。

（6）槽距的结构深度影响关系，分析结果如图3所示。

图3 槽距的结构深度影响关系（cm）

结果显示，结构深度均随着槽间距的加大而逐步减小。通过观察结构深度变化可知，3 种不同结构路面板的抗滑性能大同小异。然而需要注意的是，抗滑性能并不仅仅取决于结构深度这一个指标，须综合多个指标考虑。

3.4 拉槽的抗滑性能影响

（1）槽形的抗滑性能影响。分析显示，槽型对抗滑性能的影响并不明显，但当槽口间距、槽深和宽度分布相同时，梯形和矩形的内空间相对较大，对应铺砂量则相对较多。足见从增强抗滑功效的角度进行槽型选择其意义并不大，可以任意选择上述几种槽型，但从施工操作难度上，建议使用矩形槽。

（2）槽宽的抗滑性能影响。研究显示，当齿耙拉槽的槽型、走向、槽间距和槽深相同，只不同槽宽时，路面抗滑性能会受到影响。TD值会随着槽宽的加大而增大，当相同槽距时，随着槽宽的加大摩擦系数会相应加大。这是由于加大槽宽，轮胎的嵌入深度逐步增加，则单槽广义犁沟效应就在明显发挥作用，拉槽摩擦系数便不断加大。槽宽越大越有利于路面排水。但槽宽也并非越大越好，而是应该有一个适当的限度，因为太大槽宽会影响路面平整度，不利于行车舒适性和安全。研究显示，齿耙拉槽路面的槽间距和槽宽之间存在关联影响，一般最大槽宽不宜超过0.5 cm。

（3）槽深的抗滑性能影响。研究显示，如果槽走向、槽间距、槽宽和槽型都相同，但槽深不同，则路面抗滑性能会受到槽深的影响，表现为槽深越大，结构深度越大。槽深对结构深度有影响，对横向力系数和摩擦系数影响微乎其微。拉槽深度应在优化路表排水结构、维持路面平整和加强抗滑性能等方面寻求平衡，不允许只为单一目的大幅度增加槽深。综合考虑路面结构持久性以及施工操作要求，建议高级别混凝土路面的最小槽深取为0.3 cm，重载交通区段的槽深以0.4 cm 较为适宜。

（4）槽间距的抗滑性能影响。当槽间距不同，槽型、槽走向、槽深和槽宽都相同时，随着槽间距的加大结构深度对应变小，槽宽固定，则槽距越小，对应摩擦系数会越大。这是由于槽距越小，在单位长度内的拉槽条数会越多，则犁沟效应越大，则摩擦系数就会越大。但槽间距还应考虑施工操作性，考虑行车载荷冲击下的槽口保，综合各因素，推荐齿耙拉槽间距为20 mm。

4 结语

基于案例工程应用，进行了重载混凝土路面施工技术研究。从板块划分原则、纵缝区域应力影响、实例划分3 个方面，介绍了重载混凝土路面施工关于板块划分方面的技术要点；从切缝时机的确定、切缝时机模型计算、切割强度分析3 个方面，介绍了重载混凝土路面施工关于路面板切缝方面的技术要点；从抗滑结构技术要求、抗滑结构实现工艺、齿耙拉槽抗滑工艺、拉槽的抗滑性能影响等四个方面，介绍了重载混凝土路面施工关于路面防滑结构实现方面的相关技术要点。重载混凝土路面应尽可能选择小板块划分，这样利于使车辆载荷偏离最不利板底受力位置和降低板底应力；重载混凝土路面最佳切割强度应在2.5～3 MPa 之间；推荐重载交通路面采用横向齿耙拉槽，其弯道区域适当采取纵向齿耙拉槽，以增强抗侧滑性能。