水泥路面全缩缝传力杆及冷轧带肋钢筋网的试验应用

尚云飞

(黑龙江省公路勘察设计院)

1 前 言

水泥混凝土路面作为一种路面结构形式,建造历史可以追溯到大约公元前 1世纪。我国水泥混凝土路面和地坪的最早使用记录出现在秦汉时期,但真正现代意义上的水泥混凝土路面是在 1824年英国人发明波特兰水泥并取得专利之后才发展起来的。据有关统计,1970年我国公路水泥混凝土路面只有 200 km,1980年达到 1 600 km。1980年以来,交通部通过《水泥混凝土路面设计理论、方法、参数的研究》项目工作使我国水泥混凝土路面的修筑技术逐步完善,质量也不断提高,特别是国家科委科技工作引导性项目《我国水泥混凝土路面发展对策及修筑技术研究》(即“025项目”)在全国推广后,水泥混凝土路面得到迅速发展,目前已成为世界上公路水泥混凝土路面里程最多的国家。

由于水泥混凝土路面具有较强的适用性及抗灾能力,加之我国较为丰富的水泥资源,20世纪 80年代起,我国的水泥混凝土路面建设走上了逐步快速发展的轨道。但黑龙江省在高等级公路上开始尝试使用水泥混凝土路面至今只有近 20年的时间。最初是 1984年在哈尔滨至同江公路哈市出口附近修筑了 0.28 km的试验路,然后 1986年在松花江公路大桥江北引道上修建了4.8 km的一级公路水泥混凝土路面,正式大范围的使用是 1989年竣工通车的哈尔滨至阿城一级汽车专用公路上近 30 km的水泥混凝土路面。但由于黑龙江省所处的地理位置纬度较高,独特的气候条件造成了季冻区公路特有的常见病害,从黑龙江省已竣工通车的高等级公路水泥混凝土路面来看,通车后普遍出现了纵向裂缝、断板、坑槽、板角断裂、沉陷错台、剥落等病害。由于水泥混凝土路面的一次性投资较高,损坏后修复难度很大,从而引起国内公路工作者的普遍关注和争议。

2 试验背景和路段

从黑龙江省目前的情况来看,除与桥涵等结构物衔接及破碎板重打外,基本上都是素混凝土路面,而且缩缝之间也基本不设传力杆,仅靠板缩缝之间的侧面摩擦来传递荷载,容易引起板下脱空、板角断裂或错台等。2002版《公路水泥混凝土路面设计规范》规定重交通、特重交通应采用设传力杆的假缝形式,但由于新规范应用时间较短,加上施工设备和施工工艺配套等问题,还没有广泛使用。从国外情况看,日本新澙县为数不多的水泥混凝土路面几乎全部用在水稳条件较差的隧道路面和山区公路上,经调查已通车使用 7～9年的水泥混凝土路面,至今路面状况良好。日本将之用于隧道路面的主要原因是隧道内部不便封闭交通维修,可见该地的水泥混凝土路面损坏极少。

两国之间除设计方法和施工机械化水平(与保证施工质量有一定关系)不同外,新澙县在日本也属于寒冷地区,但相对黑龙江省,又远不如黑龙江省这样寒冷;另外一点,关键在于按日方的设计施工方法,需要在所有的接缝,包括切缝、胀缝、纵缝等处设置传力杆或拉杆,而且要在板下 1/3处铺设一层 150mm×150mm的 Φ6mm带肋钢筋网,并在板两侧边缘各加设 3根Φ13mm的增强钢筋。

冷轧带肋钢筋 1968年由原西德率先开发利用,逐步发展完善并实现了标准化,是国外先进的经济高效、优质节能建筑新材料,多以焊接网的形式使用。我国从 20世纪 80年代后期开始引进生产设备,国家科委将冷轧带肋钢筋列入国家重点推广项目,建设部将它纳入“九五”、“十五”期间建筑业重点推广的 10项新技术之一。由于同面积、同间距的Φ6mm冷轧带肋焊接钢筋网只是现在使用的 Φ8mm光面钢筋网用量的 56.3%,且强度、握裹力和标准化程度更高,因此能够经济有效地提高水泥混凝土路面的耐久性和抗破损能力。

关于Φ6mm异型棒钢(即冷轧带肋钢筋)焊接网等的使用,因最早是由建筑部门和有关科研机构引进,应用开发时间不是很长,国内公路上应用的还不多,其中多数用于桥涵上。南方个别高速公路水泥混凝土路面试验采用了Φ6mm冷轧带肋钢筋焊接网片或参考到美国的考察情况修筑了缩缝加传力杆试验路,据报道效果较好。

3 试验路修筑

有关冷轧带肋钢筋网等材料的情况在此项目开始之前包括具体名称等都一无所知,日方专家也无法提供对应的资料,这种路面结构虽然造价有所提高,但路面使用状况却大为好转,乃至使用 9年之后,整体外观仍可与新路媲美。据介绍,考虑减少维修、延长使用寿命并保持良好行车状态等因素,其综合比较成本仍属经济范围。

实验路段位于绥满公路二期亚布力至尚志段扩建工程K331+212.45～ K 331+712.45处,长 500m。

实验路水泥混凝土面层板的结构型式以日方专题技术报告中介绍的为原型,通过协商结合黑龙江省实际情况具体实现。

缩缝增设传力杆技术是新版水泥混凝土路面设计规范的修订内容。2003年 6月 1日起实行的《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2002对传力杆的增设有了新的规定,但基本上是参考了日本等国的规范。焊接钢筋网样品经来访指导的日本专家辩认,认为和日方所用的材料相同,可以使用。传力杆支架设置方法综合了湖南长(沙)—常(德)高速公路的经验和日本专家的意见。湖南省依据到美国考察的经验,1998年在长—常高速公路修筑了73.083 km的缩缝增设传力杆试验路,该技术后来被纳入《公路水泥混凝土路面滑模工技术规程》JTJ/T 037.1-/82000。黑龙江省的实验路以日本的方式为主。

2004年 8月 9日,日本专家在绥满公路建设现场指定试验路段进行了现场修筑指导,对试验路铺筑过程中每个施工环节提出了详细的要求,并对施工中遇到的问题提出了合理的解决方案。在黑龙江省交通厅科教处、建管处、建设局和绥满公路建设指挥部的周密安排下,经过充分准备,龙建路桥股份有限公司第二工程处、省公路勘察设计院、省交通科研所集中技术力量和施工力量通力协作,在日本专家的耐心指导下,施工技术人员很快掌握了目前施工设备条件下水泥混凝土路面中加铺Φ6mm冷轧带肋钢筋焊接网并增设缩缝传力杆技术的施工工艺,顺利实施了实验铺筑。

本次水泥混凝土试验路面铺筑工作圆满完成,项目的各个环节达到甚至超过了日方专家的预期要求。日本专家对水泥混凝土试验路面的铺筑工作给予了充分的肯定和很高的评价,提出了跟踪调查的思路,并对该种结构试验路的意义作了说明,认为随着使用年限的增长,其优点将逐渐显现,综合成本优势最终将得到充分体现。

这个项目是省厅各部门通力合作的成果,以汲取日本寒冷地区路面修筑新技术、提高黑龙江省公路建设相关技术水平并促进黑龙江省新澙县公路建设方面的技术交流为目的,它的圆满完成国际技术交流协作项目成功的标志。