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1、我国高速公路 水泥混凝土 路面建造技术创新与进步 二4我国高速公路水泥路面建造技术创新与发展4.116年来我国高速公路水泥路面建造技术发展八五期间，交通部公路科学研究院完成了国家计委科技攻关项目85-403课题，将水泥混凝土路面施工工艺由人工小型机具发展为大型滑模摊铺机铺筑高速公路水泥路面和沥青摊铺机铺筑碾压混凝土路面两项重大技术。滑模与碾压两个项目分别获得1996年交通部科技进步二等奖与国家计委、财政部、交通部联合表彰。九五期间，滑模摊铺得到了大力推广，交通部公路科学研究院编制了公路水泥混凝土路面滑模施工技术规程(JTJ/T037.1-2000)，有18项技术进步与创新。该推广项目获得中国公
2、路学会2002年科技进步一等奖。通过五年研究、五年推广，以滑模规程为标志，我国高速公路水泥路面施工技术达到国际先进水平，使我国高速公路水泥路面建造有了可以依托的高质量创新技术。15年观测表明:滑模摊铺高速公路水泥路面达到相同破损率时，比小型机具施工的水泥路面使用寿命长6-7年。因此，施工规范规定高速公路水泥路面必须用滑模摊铺机施工，不许用其他工艺。十五期间，交通部公路科学研究院编制完成公路水泥混凝土路面施工技术规范(JTGF30-2003)，不仅系统提出了各级公路水泥路面与桥面的原材料、配合比设计、搅拌、运输、摊铺、接缝、抗滑构造制作、质量检测与控制等全部质量技术要求，而且包含各等级公路普通混
3、凝土、钢筋混凝土、钢纤维混凝土各种水泥路面、桥面结构以及滑模、轨道、碾压、三辊轴机组、小型机具五大施工工艺，并规定了各工艺允许施工的最高公路等级。是目前我国技术上最先进、最完整，达到了国际先进水平的施工技术规范，该规范获得2005年中国公路学会规范最高奖:科技进步二等奖。同时，借助交通部西部开发研究项目，研究了水泥路面养护新技术，黄土区超重载水泥路面与低等级公路低造价水泥路面及基层新技术，碾压贫混凝土透水基层等。4.2推广取得的18项滑模新技术与创新此项技术内容，作者在公路2002年第4期发表了水泥混凝土路面滑模施工技术创新与进步的文章，在此不详述，仅概略地列出，有兴趣的读者可以查阅该文相关技
4、术细节。(1)高速公路路基沉降观测及其利用(湖南、广东等);(2)路床稳定技术:提高路基压实标准、冲击压实、机械夯实、石灰改善黏土路基;(安徽、湖南、广东等)(3)贫混凝土基层滑模摊铺技术(河北、广西);(4)沥青滑动封闭层技术(湖南、广西、广东等);(5)借助缓凝引气高效减水剂与粉煤灰掺合料双掺技术，我国达到了6.0-7.5Mpa的高速公路高弯拉强度混凝土路面技术，高弯拉强度同时意味着其断裂韧性的提高，不仅抗超载能力大幅提高，而且抵抗超载条件下的断板、碎板能力大大增强。(湖南、山西、河北、广东等);(6)高平整度滑模摊铺技术:可将三米直尺静态平整度最好做到95%3mm;一般情况做到85%3m
5、m。动态平整度最好做到0.40-0.70;一般情况做到1.0左右。(广东、湖南、湖北、广西、广东等);(7)水泥路面施工期间塑性收缩裂缝控制技术，通过现场路面开裂实测，制定出新的控制开裂临界蒸发率0.5kg/m2hr.(山东、河北、湖南、梅州等);(8)水泥路面抗冰冻、抗盐冻、防表面脱皮研究，九五开始研究，在西部项目中水泥路面养护课题中持续研究，目前已经取得重大突破:建立了我国公路水泥路面、桥面、护栏、边沟、路缘石等混凝土表面结构抗盐冻的标准试验方法;提出了抗盐冻剥落量不大于1.0kg/m2抗盐冻评价标准;提出了掺引气剂是防止盐冻破坏的重大措施，要求所有融雪剂上路使用前必须经过相应的抗盐冻试验
6、检验，给出了盐冻脱皮后的薄层修补方法。我国高寒区各省区已经不必担忧冰冻和盐冻给水泥路面造成表面脱皮破损，而能够大规模使用水泥路面建造高速公路。(黑龙江、吉林、新疆等);(9)细砂、机制砂及淡化海砂滑模摊铺技术，从保证行车安全性与提高平整度研究，得出了路面混凝土用砂的粒度控制界限范围:细度模数2.0-3.5。(福建厦门、云南、贵州、重庆等);(10)缩缝传力杆支架及DBI施工技术(湖南、河北、广东等);(11)纤维混凝土路面滑模施工技术，使用了钢纤维、聚丙烯纤维、耐碱玻璃纤维等复合材料，进行了开拓性探索研究。(新疆、河北、云南等)(12)钢筋混凝土路面滑模施工技术(湖南、广东、广西等);(13)
7、特大型及其他各种钢筋混凝土、双钢混凝土桥面滑模连续铺装技术(广东、湖北、吉林等);(14)隧道水泥路面滑模摊铺技术(辽宁、广东等);(15)山区水泥路面大转角急弯道滑模摊铺技术(新疆、福建、江西、云南等);(16)变宽路面及匝道水泥路面滑模摊铺技术(广东);(17)路缘石及其硬路肩水泥路面连体滑模摊铺技术(湖北);(18)高速公路整幅12.5m滑模摊铺技术。(海南、广东等)。上述18项仅指水泥路面技术，不包括交通工程设施、混凝土护栏滑模摊铺新技术(广西、河北秦皇岛等)。通过滑模推广项目，我们可以自豪地讲:高速公路无论水泥路面、匝道、隧道路面和桥面均可使用滑模摊铺机连续完成全部的机械化施工作业，
8、我们基本解决了高速公路滑模摊铺水泥路面几乎所有遇到的技术难题，在高速公路做到了没有1块人工施工的水泥路面板。中国的高速公路水泥路面滑模机械施工技术已经步入国际先进行列。4.3西部建设开发项目提出的水泥路面新技术与创新在交通部西部开发建设项目黄土地区路面设计施工技术研究(200131822370)中，我院结合黄土地区的实际，同时兼顾全国水泥路面的共性问题，开展了又一轮大规模的试验研究工作，重点研究了山西等运煤超重载国道上使用的高承载能力耐久水泥路面新技术和中、轻交通设计弯拉强度标准值4.0Mpa的三级公路、县乡公路和农村公路低造价水泥路面新技术。(1)超重载水泥路面6项新技术A.层布钢纤维与拌和
9、钢纤维混凝土路面静、动载性能与施工新技术拌和钢纤维混凝土路面使用钢纤维复合材料观点，而层布钢纤维使用的是结构补强理论，层布钢纤维混凝土路面的优势是比拌和钢纤维混凝土路面更安全，更节省，仅用拌和钢纤维混凝土路面1/3钢纤维已经足够。B.耐碱玻璃纤维混凝土路面静、动载性能及施工新技术耐碱玻璃纤维是我们按路面桥面这种结构混凝土寻找出的高强、高模量、小应变、耐腐蚀、低造价新型纤维增强材料，在未来的高速公路水泥路面工程将有广泛应用前景。C.超高弯拉强度(7-10Mpa)硅灰混凝土路面施工与防裂技术硅灰粒度为200纳米左右，因此有人称其为纳米混凝土，硅灰混凝土强度增长极快，也很高，但是其自生体积收缩很大，
10、已经达到或超过了干缩的量级，在施工风大条件下极易开裂，因此，如何控制超高弯拉强度硅灰混凝土路面的塑性裂缝，成为这种混凝土路面的施工难题，目前已经有了初步解决办法。D.塌陷、陷穴、脱空局部补强配筋混凝土路面应力计算与设在我国现行设计规范中，局部补强间断配筋混凝土路面仅规定了最小配筋率，在黄土路基陷穴、塌陷，一般填挖交界路基上脱空等，缺乏相应应力计算和配筋设计公式，主要依靠经验进行配筋，我们将其发展为按计算应力配筋。E.混凝土面层与贫混凝土基层同时配筋计算与设计双层钢筋混凝土路面允许将下层钢筋网配进浇筑式贫混凝土基层中，增大抵抗矩，以便数倍地增加钢筋混凝土路面的抗超载能力。F.二联、三联轴超重载车
11、轮作用下的面板应力计算分析表明:三联轴超载车辆在12个车轮每轴20T作用在同一块面板时，可达到5.5Mpa的应力水平，能够造成目前按弯拉强度标准值5.0Mpa设计的水泥路面一次性断裂破坏。因此，有必要出台相应法规限制三联轴超载车辆，这改变了我们过去认为的不怕轴多，每根轴不超载就行的旧观念，限超不仅仅要限制总车重，而且必须限制超载重车轴的数量不超过两联轴。(2)中、轻交通低等级农村公路低造价水泥路面4项新技术A.低配筋混凝土路面设计与施工技术低配筋指比设计规范规定的局部补强间断钢筋混凝土路面最小配筋率还要低，以便在不得不配筋的桥头等农村公路水泥路面上以最少的投资，建造经久耐用的钢筋混凝土局部路段
12、。B.抛石混凝土路面研究与施工技术借用大体积混凝土抛石控温及降低造价技术，我院进行了普通抛石混凝土的弯拉强度大量的试验和抛石尺寸优选，试验表明，当在普通路面混凝土中控制抛石尺寸80-120mm时，可以将不掺减水剂的路面普通混凝土弯拉强度做到4.5-5.0Mpa之间，考虑施工强度保证率0.5Mpa，抛石混凝土允许使用在中、轻交通设计弯拉强度标准值4.0Mpa的三级公路、县乡公路和农村公路低造价水泥路面中，不允许使用在二级及其以上高等级公路公路水泥路面中。C.砂石统料混凝土路面研究与施工技术在中、西部农村公路上，路边就有碎石场，但计算投资，买不起碎石，只能到就近河床中去采卵石与砂的河床统料，将砂石
13、料筛分开来的钱也不够，只好直接使用河床砂石统料，我院的研究是在这样苛刻的限制条件下展开的。砂石统料的控制组合级配区间是以上限:弯拉强度不小于4.5Mpa;下限:含砂量高，砂率高时，普通混凝土路面施工期间不产生塑性收缩裂缝。砂石统料的筛分曲线满足试验研究给出的组合级配区间，砂石统料混凝土就允许使用在中、轻交通设计弯拉强度标准值4.0Mpa的三级公路、县乡公路和农村公路低造价水泥路面中，不允许使用在二级及其以上高等级公路公路水泥路面中。这样，在我国不少地方，相当多的河床砂石统料能够用来建造中、轻交通下的低造价农村公路水泥路面。D.小块与砌块混凝土路面设计与施工技术小块混凝土路面原理是众所周知的面板
14、尺寸越小，相同荷载下的应力越小。应力小，板厚就可减薄。极限情况下，面板尺寸减小到1.01.0m的砌块路面时，相同应力水平下的面板厚度将比4.05.0m的大板厚度减薄一半，将20cm-30cm厚的大面板改为砌块路面，使用厚度10-15cm就够了。厚度减薄了一半，混凝土方量就可节省一半。水泥路面工程建造投资节省将近一半。砌块路面和小块路面将不限制公路等级，即使在高速公路水泥路面上，对于局部路基确实难于稳固的路段，也可使用，问题是平整度将受较大的影响，运营一段时间后，需要将沉降量较大路段的砌块路面掀起来，下部重新垫实，再多次砌筑，这是便于维修的一种活面板结构。它既节省了造价，又实现了多次快速翻修的目
15、的。在发达国家的城市和农村，砌块路面得到了非常广泛的应用，我国公路施工规范尚无此结构，排斥其的理由是国内一些专家认为砌块路面行车平整度较差，舒适性差，殊不知发达国家在人口密集城镇采用砌块路面的重要理由恰恰要使车辆更颠簸，不舒适，达到减速行车，以便确保人车混行道路上的行人更加安全。在以人为本的要求下，我们公路建设者，是否应对高平整度和更加舒适的追求重新审视?加速低造价公路混凝土砌块路面的建设步伐。在上述四项技术中，抛石与统料混凝土路面两项超越现行水泥路面设计、施工规范;另外两项技术补充了规范空缺。现行施工规范的所有技术条款主要针对高等级公路水泥路面，对于中、轻交通的低等级县乡公路和农村公路水泥路
16、面而言，技术要求偏高，造价居高不下。我们将贯彻应高的采用更高更严的技术指标;该低的采用较低技术要求的原则，实现用较低造价建造里程更长、更多农村公路水泥路面的目的。这对我国正在进行的新农村建设和农村公路建设将带来巨大而深远的影响。(3)2005年广东山区高速公路水泥路面5项建造新技术A.采用滑模摊铺机自动插传力杆技术建成了国内里程最长的高速公路我国高速公路水泥路面结构已经改为每条横缩缝插传力杆，消灭错台跳车，根本改善水泥路面舒适性并延长3年使用寿命。梅河高速是国内建造里程最长、120km全缩缝用DBI方式插传力杆的水泥路面。B.高速公路全线增设碎石垫层创新活结构层在梅河高速公路上我们除了对路基采
17、用冲击压实、机械强夯稳固技术外，首次采用了全线设置15cm统装碎石垫层的结构，并在软基、高填方、纵横填挖交界路段等处，根据沉降观测结果，适当加厚碎石垫层，最厚的软基路段50cm。并首次提出了各级公路水泥路面均应设不薄于15cm碎石、砂砾等粒料活垫层的指导思想，解决通车前几年路基差异沉降、振动加速沉降碎板破坏，并具有路面结构排水、防冻、隔热等多项功能。通车半年后，最新的测地雷达检测证明，梅河重山区120km高速公路水泥路面的脱空点仅5处，而且脱空面积和深度有限，脱空深度不大于2mm，这表明我国在山岭重丘区建造高质量滑模摊铺水泥路面综合技术已经取得重大突破性进展，此前，作者本人亦不主张在重山区各级
18、公路上建造水泥路面，曾经将一些山区高速公路水泥路面建议省交通厅改为沥青路面。C.改进沥青隔离封层的施工创新技术梅河、粤赣高速公路全线上基层表面喷洒了乳化沥青透层油、热沥青粘层油，并洒布碱性厚石屑层，再轻型碾压，进行封闭隔离层的制作，解决了水泥路面长期冲刷碎板破坏，工后从基层表面排出的结构水分，基本是清澈的，略带极少量的乳化沥青黑渣，表明改进后的封闭隔离层已经实现了既封水，又防治上基层冲刷的目的。D.滑模摊铺双钢混凝土桥面两种创新方式梅河高速公路水泥路面的建设工期仅1年8个月，不得不要求桥梁护栏先于桥面建成，对滑模连续摊装双钢混凝土桥面造成极大阻碍，我们研究改装了滑模摊铺机，使其一侧履带跨越中央
19、分隔带与桥梁高护栏，采用了世界上滑模摊铺机钢桁架架设位置最高，底部净空1.25m的高位方式，连续滑模铺装双钢混凝土桥面，避开桥梁中央护栏对桥面滑模摊铺机的阻碍。对于高速公路上两幅桥梁分开的桥面，采用低位滑模摊铺压缩履带行走宽度的分离式双钢混凝土桥面连续滑模铺装方式。E.零位滑模摊铺隧道钢纤维混凝土路面创新梅河高速公路8座隧道，粤赣高速公路4座隧道，总里程26km，按施工规范要求全部需采用滑模摊铺机进行隧道内钢纤维混凝土路面施工，以前我国采用的是滑模摊铺机的挤压底板低于履带底缘的负位摊铺方式，滑模摊铺机的路面配置是不能进行负位摊铺的，必须停机10-15天左右，进行滑模摊铺机负位摊铺改装，不能连续
20、不停机摊铺隧道内外的混凝土路面。12座隧道，停机120天以上改装滑模摊铺机是不足2年工期所不允许的，我们会同设计院对隧道内两侧边沟的高度进行修改设计，要求边沟边缘高度与路面齐平，同时加强了边沟盖板的配筋，使滑模摊铺机履带能够正常摊铺行驶，这样，我们就实现了由负位摊铺到零位摊铺的转换，到隧道口，在过渡段逐渐将边模提升到零位就可不停机摊铺了，对于某些边模提升不到顶的滑模摊铺机，只要撤下摊铺机边模，也可进隧道摊铺。6结束语依托这些高速公路水泥路面建造技术创新与进步，我们可以充满信心说，我国不仅现在能够全部依托自产资源，摆脱对进口重交通沥青的依赖，规避国际上的能源风险和沥青的高昂价格及其剧烈波动，建设好平原区乃至山岭重丘区的高速公路经久耐用的水泥混凝土路面，而且在将来国际上原油产量下滑或枯竭的条件下，能够利用我国丰富的水泥与砂石材料资源，建设更多、更好的高速公路和一般公路水泥路面、砌块路面、石块路面。
