水泥混凝土路面预制拼装快速修复技术研究
范小响１，罗
翥２，傅
石家庄
智２，贾建文１，赵尚传２，杜天玲２
０５００２１；２．交通部公路科学研究院，北京
１０００８８）
（１．石家庄市交通局，河北
摘要：预制拼装技术是水泥混凝土路面断板修复中用时最短的一项养护新技术。文章从理论上分析了预
制板弯拉强度和几何尺寸的确定方法，阐明了预制拼装修复技术的各道施工工艺，总结了大、小两种板块的试验路段。并对预制拼装和现浇修复的经济性进行比较。提出了预制拼装修复技术应用建议。关键词：道路工程；混凝土路面；预制拼装；快速修复中图分类号：Ｕ４１８．６
文献标识码：Ｂ
预制拼装修复技术改变了传统的水泥混凝土养护模式，实现了集中预制、分散安装，将水泥混凝土强度增长期置于预制阶段，解决了水泥混凝土强度增长缓慢，而同时要求修复施工结束后快速通车这一主要矛盾。与成本昂贵的快速修复材料相比，它使用的是常规的水泥和钢筋建筑材料，修复成本可大幅下降。预制拼装修复在施工现场不排弃任何废水、废渣、废气，也没有噪音污染，是一种环保的施工方法。且施工过程不受高低温、大风、小雨
最大挠度／ｍｍ
表１路基顶面回弹模量对面板挠度和应力的影响
挠度／ｍｍ工况１
工况２
应力／ＭＰａ工况１
工况２
评价指标（单位）
地基工况
２．５ｍ×２．０ｍ１．３ｍ×１．０ｍ０．５ｍ０．６ｍ×
０．０６５０．０９５０．２００
０．２２８０．５３５１．２００
１．２５９５１．１１１７０．５７３０
１．６６９１１．１９７９０．５７６７
注：工况１、工况２的地基当量回弹模量分别为１３００ＭＰａ、２１０ＭＰａ。
１．４０１．２０１．０００．８００．６００．４００．２００．００
２．５ｍ×２．０ｍ
１．３ｍ×１．０ｍ
０．６ｍ×０．５ｍ
地基工况１
地基工况２
等恶劣天气的影响。
１
１．１
预制板应力分析
基层强度对板体应力的影响分析
水泥混凝土路面损坏的原因一方面是板的自身
质量问题，另一原因是下部结构承载能力不足。大量的挖补养护表明，后者是路面破坏的主要原因，其主要表现是基层厚度偏薄，排水不畅，严重冲刷，弯沉较大。而基层强度对板体受力状态影响很大。为了说明问题，按如下参数进行计算：面板厚ｈ＝
最大弯拉应力／ＭＰａ
图１
１．８０１．６０１．４０１．２０１．０００．８００．６００．４００．２００．００
基层顶面当量回弹模量与挠度的关系
地基工况１地基工况２
２４ｃｍ；混凝土弹性模量Ｅ＝３５０００ＭＰａ；泊松比υ＝０．１５；荷载为标准轴载置于纵缝边缘中部，轮载接地
压力ｐ＝０．６２５ＭＰａ。按基层顶面当量回弹模量
１３００ＭＰａ、２１０ＭＰａ两种工况进行分析。计算结果见
表１和图１、图２。
计算结果表明：无论在何种地基上，随着板体
２．５ｍ×２．０ｍ１．３ｍ×１．０ｍ０．６ｍ×０．５ｍ
图２基层顶面当量回弹模量与最大应力的关系
作者简介：范小响（１９６６－），男，河北辛集人，高级工程师，从事水泥混凝土路面施工及养护工作。
ＧＯＮＧＬＵＪＩＡＯＴＯＮＧＫＥＪＩＹＩＮＧＹＯＮＧＪＩＳＨＵＢＡＮ
２５
科技成果推广
尺寸的减小，挠度值不同程度增加。当基层顶面当量回弹模量从１３００ＭＰａ降到２１０ＭＰａ时，２．５ｍ×２．０ｍ板、１．３ｍ×１．０ｍ板和０．６ｍ×０．５ｍ板的挠度分别增大了
应力是板体尺寸的敏感因素，当板体尺寸稍有变化，应力变化剧烈。图３可以看出：当板体尺寸由整板
５．０ｍ×４．０ｍ依次梯变为２．５ｍ×２．０ｍ、１．３ｍ×１．０ｍ和０．６ｍ×０．５ｍ时，应力也依次下降了０．４％、１１．７％和４８．４％，衰减非常明显，说明小板具有优异的力学性质。
根据设计规范计算，在相同的使用条件下，大、小板的温度疲劳应力相差很大，２．５ｍ×２．０ｍ小板的温度疲劳应力仅为５．０ｍ×４．０ｍ大板的１２．５％，这说明使用小板可大大提高安全储备；但小板的缺点是接缝过多，处理工作量大，行驶质量稍差。相反，大板块的整体性要好得多，接缝少，行驶舒适性较好；不足之处是板块自重大，施工时需要大吨位的吊车，吊装成本高。
３．５倍、５．６倍和６．０倍。
与此相反，当基层顶面当量回弹模量变小时，应力随之变少；当减小到一定程度时，应力趋于稳定，由图２可以看出，０．６ｍ×０．５ｍ的小板在基层顶面当量回弹模量相差６倍多的情况，其应力仅相差０．６４％，说明小板更适于改善软弱支撑的地基条件。
计算表明，为了弥补基层存在的强度缺陷，预制拼装板的设计弯拉强度应不小于原路面结构的设计弯拉强度。由于预制拼装工艺采用集料嵌锁的方法实现接缝的荷载传递，为了提高接缝的传荷能力，同时考虑到厚板有利于抵抗热膨胀破坏，减少翘曲变形，增加结构稳固性，减少板间的松动和错台等综合因素。在路面修复工程中，预制板块厚度应与旧板厚度一致。
２预制拼装快速修复试验段
试验路按５．０ｍ×２．０ｍ的长条形大板块和２．５ｍ×
２．０ｍ的小板块两种方案进行。长条形大板块试验路
选在国道３０７线石家庄市鹿泉段，该线是晋煤外运的主要通道，交通量约为１．５万辆／ｄ，且多为超重车辆，修复前路面破损状况严重。小板块试验路选在国道１０７线石家庄市南出口段，该线交通量在１万辆／ｄ左右，属特重交通路段，超载现象也十分严重。
５２．５
! １２
１８０
５×３３
１０６３６３６４
１．２不同板体尺寸的应力分析
预制拼装板几何尺寸主要取决于施工性能和使
用性能。一般而言，采用小板的主要优点是板块容易预制、便于吊装施工、板的受荷性能较好。对不同尺寸的板体进行计算，其中基层顶面当量回弹模量为１３００ＭＰａ，结果见表２和图３。
表２
板体大小（长×宽）板体弯拉应力／ＭＰａ
５．０ｍ×４．０ｍ２．５ｍ×２．０ｍ１．３ｍ×１．０ｍ０．６ｍ×０．５ｍ１．２５３９
１．２５９５
１．１１１７
０．５７３０
２．５１９
图４
１．４０１．２０１．００应力值／ＭＰａ
长条形预制板立面图
８
７．５５４５
Ｎ２
Ｎ２
Ｎ２
Ｎ２
Ｎ２
２４０９×２５
Ｎ１Ｎ２
Ｎ２
Ｎ２
Ｎ２
Ｎ４
Ｎ１Ｎ１
Ｎ４
Ｎ２
７．５
０．８００．６００．４００．２００．００
２．０ｍ５．０ｍ×４．０ｍ２．５ｍ×
１．３ｍ×１．０ｍ０．６ｍ×０．５ｍ
ｙ＝０．１３１６ｘ＋０．４６１３ｘ＋０．９１６８
Ｒ２＝０．９９１１
２
１８０３３５×
Ｎ１
Ｎ４
Ｎ１
４５
Ｎ１
６０
６０
Ｎ４
图３板块尺寸对应力的影响关系
１０
由计算可知：随着板体尺寸变小，板内最大弯拉应力随之加速递减，且两者满足二次关系。说明２６
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图５长条形预制板平面图
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板块尺寸对应力的影响
（１）板块预制
长条形板按双层配筋，配筋如图４、图５所示。小板块配筋仅考虑满足吊装要求，上、下各布置８根! ８ｍｍ钢筋。原路面厚２４ｃｍ，设计时采用等厚。混凝土配合比按弯拉强度５．０ＭＰａ，抗压强度４０ＭＰａ进行设计。预制时采用插入式振捣棒振捣，振动梁和辊杠抹平，压纹器压纹，塑料膜养生。并在两端各预留一个吊装孔，吊环做得稍低于混凝土表面高度，待板块拼装后用快硬水泥砂浆填充整平。
（２）破板清除
破板采用大功率液压锤击碎，为了减少液压锤对周围板块和基层产生冲击振动破坏。在施工中，首先用切割机沿破碎板四周进行全厚切割，破碎锤作业点严格控制在距板缝３０ｃｍ以上的板内，边缘的剩余部分用液压镐或风镐破除，破碎锤作业时，严禁接触基层。
（３）基层检测
主要检测基层的压实度，若压实度小于９５％，须将基层挖除。如果基层有一定的板体性，且压实度大于９５％，还需做承载板试验，当回弹模量满足设计值要求时，则基层可以继续使用。
（４）吊装就位
为了缩短基层修复时间且便于调整预制板标高，可采用０．２水灰比的干拌砂浆对基层进行修复。基层调平后，可将运至现场的预制板吊装到指定位置，如图１所示。
（５）接缝处理
板间接缝通过集料嵌锁实现荷载传递，为了提高荷载传递能力，在吊装前，应对预制板的４个侧面进行凿毛处理。吊装就位后，在接缝下半部贯入尽可能粗的单一粒径碎石，并配以钢钎插捣，保证密实填充，接着将配置好的环氧砂浆灌入填充密实的缝隙内。用同样的方法贯入第２层石子和环氧砂浆，然后用加热至１７０℃左右的熔融ＴＳＴ改性沥青粘结料封住接缝表面，使其与路面平齐。静置两个小时以后即可开放交通。这种接缝处理方法，既能满足缝隙的密封防水要求，又能实现良好的荷载传递功能，实测表明，其平均传荷系数可达到０．８５以上，使用效果相当理想。
３经济性比较
除了具有优异的工程性质外，预制拼装快速修
复技术的修复成本也很经济。按照《公路工程预算定额》测算，综合考虑预制场地费用、预制板的材料成本、运输费用、基层处理费用及吊装等各项费用，预制拼装快速修复的工程单价为１２０元／ｍ２。
为了便于比较，以南京某快速修补剂为例。综合考虑材料成本、现浇水泥混凝土路面的费用及拌合站的安装等费用，现浇快通水泥混凝土路面板的修复费用为１７０元／ｍ２。核算表明：预制拼装每平米的修复成本可比现浇快通水泥混凝土路面的修复成本节约５０元以上，经济效益十分明显。
４结语
预制拼装修复技术是目前所有快速修复技术中
用时最短、占用道路面积最小、对道路交通影响最小的一项实用技术。路面修复时间从面板拼装至重新开放交通不超过５ｈ，是真正意义上的无阻碍交通快速修复。路面修复后能达到新建路面的使用功能。
综合考虑快速修复路面的使用性能和施工性能，预制拼装板的设计弯拉强度应不小于原路面结构的设计弯拉强度，且宜采用２．５ｍ×２．０ｍ的小板，面板配筋量以满足吊装要求即可。为提高接缝传荷能力，减少热变形破坏，预制板块厚度应与旧板厚度一致。
板间接缝采用碎石和环氧砂浆填塞，顶面用ＴＳＴ改性沥青粘结料密封，既可实现良好的荷载传递，又能防止雨水渗透破坏，使用效果优异。
预制拼装水泥混凝土路面的修复成本小于现浇快通水泥混凝土路面，具有良好的经济效益，在养护修复工程中具有极具应用前景。
参考文献：
［１］［２］
公路水泥混凝土路面养护技术规范［Ｓ］．２００１．
王嬿，查旭东．水泥混凝土公路技术－实践与展望［Ｍ］．韩春华，译．北京：人民交通出版社，２０００．
［３］
冷培义，翁兴中，蔡良才．机场道面设计［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９５．
［４］
河北工业大学，秦皇岛市政总公司．秦皇岛市市区水泥混凝土路面面层冻害原因分析及其补强对策研究［Ｍ］．
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