1、高填方路段砌块路面的应用研究与探讨2003 年增刊广东公路交通 GuangDongGongLuJiaoTong 总第 8l 期文章编号:16717619(2003)05 0031 一 o4高填方路段砌块路面的应用研究与探讨彭少青,朱辉,张文正(1.梅州市公路局,广东梅州 514021;2.梅州市公路建设工程公司 ,广东梅州 514021)摘要:总结介绍了在省道$333 线坑口至大麻段(K49+859 一 K56+114)高填方路段所进行的砌块路面试验,以评价用砼块体作为路面的适用性.试验结果表明,在处于非稳定沉降期的高填方路段应用砌块路面具有不少优点.关键词:砌块路面;施工工艺;高填方中图分类
2、号:U416.215 文献标识码:B1 概述在当前公路建设中,特别是重丘区公路,在一些非稳定的软基路段,填挖交界,高填方路段和桥头过渡段等,随着时间的推移,或多或少会出现路基沉降.这些路段因为路基沉降而引起路面损坏,如何及时铺筑路面及在损坏时又容易恢复,使之少受沉降的影响,并尽可能地降低工程造价和养护费用,是公路建设和养护中所关心的问题之一.砌块路面技术具有投入使用快,养护,维修简单方便,砌块重复使用率高等特点,施工结束后,即可开放交通,无须养护期,特别适合边施工边通车的地段,能缓解施工期间的交通压力.且当砌块出现较明显的下沉而影响路面的正常使用时,只需少量的人工用简易的设备即可完成修复工作,
3、经济效益及社会效益较为明显.通过查阅国内外有关砼砌块路面的资料,我们发现国内已有砼连锁铺路块制备,应用等方面的文献报道,也有将砼连锁铺路块用于人行道,步行街,停车场,高速公路至停车场过渡带,码头等地方,但未发现有为解决公路沉降而将预制块铺砌路面用于公路及翻修工程的文献报道.为此结合正在施工的省道 S333 线作为项目研究试验段 .试验段属公路改线的高填方路段,当时考虑到使用沥青路面对维护通车比较困难,且造价较高,使用一段时间后沥青路面因下沉要重新铺筑,费用高,且直接影响通车.根据以上情况,我们参照国内有关砌块路面的应用情况,采用砼砌块铺筑该路段作为试验.在省局的大力支持下,选定省道$333 线
4、坑口至大麻段高填方路段为试验路段,试验方式为利用砼砌块路面本身的特点加以改进,为该项技术的应用推广积累工程实践经验.2 工程概况省道 s333 线坑口至大麻段改建工程,于 2001年 8 月开工,其问有 6 段填方高度大于 30m.典型的横断面如图 l.图 1K51+080 横断面图根据各段实际情况,将 A,B,E 段用摊铺机直接象其它路面一样施工砼路面,待其强度达到设计强度的 70%时用切缝机切成 1100ramXl100ram(边块为 l100raml200ram)的方块,缝中填人填缝砂,上面加灌沥青.C,D 段分别用 230mm 和180mm 厚,平面尺寸为 200ram 的正六边形水泥
5、预制块铺砌路面.各段里程桩号,处理方案见表 l.表 1 处理方案表?3l?2003 年增刊广东公路交通总第 81 期对于表 1 中 A,B,E 三段的处理方案,其施工工艺与其它机铺水泥砼路面基本相同,不同的是将板块切开,简称为切开型路面.从已完成的三段来看,A 段属半填半挖,完工后未出现沉降;B,E段均属高填方,完工后出现了较大沉降,半年内其最大沉降达 24cm,平均为 11.6cm,最大裂缝宽10cm.从这种路面结构类型的试验情况来看,由于其板块较大(1100mm1100mm),单块重量达600kg,仅靠人工较难修复,用机械设备则费用太高,且板块重复利用率差.这种切开型路面从经济,使用及维修
6、方面均不理想,表明它不适宜作为高填方路段的结构类型.鉴于此,以下主要对水泥砼预制块铺砌路面砌块路面进行详述,而对于切开型路面只作一些简述.3 砌块路面的设计根据交通部公路科学研究所有关资料,结合本项目实际情况,设计采用回弹值为 2mm,砌块路面 10.5m.拟定砌块路面结构图见图 2.3.1C,D 段路基填筑路基填筑材料为附近挖方纵向调配,主要为粘土质砂,其最大干容重 1.91g/cm3,液限 43.0%,塑限 25.3%,塑性指数 17.7.80cm 以下路基实测压实度代表值 92.5%,实测弯沉代表值 f,=172(1/100mm).3.2 基层材料用 5%水泥碎石稳定基层,厚度 18cm
7、,实测平均无侧限抗压强度 5.5MPa,平整度 10mm,压实度代表值=97.2%,弯沉代表值 f,=74(1/100mm).3.3 接缝及垫层砂均用坚硬干净的大河砂,其淤泥和粘土的含量不大于 3%,接缝砂在 2.36mm 方孑 L 筛上的筛余量不大于 5%,垫层砂在 4.75mm 方孑 L 筛上的筛余量不大于 5%,厚度为 40mm.3.4 面层预制块平面采用边长为 200mm 的正六边形,厚度分别为 180mm 和 230mm.原设计分别为 120mm 和?32?150mm 两种,因为一些因素在实施时适当增加了厚度.设计抗压强度 4oMPa,抗弯拉强度 5.0MPa,经检测,各项指标均达到
8、一等品要求.3.5 边缘约束设计有预制与现浇两种,现场采用后者.根据现场检测,未出现任何横向位移现象,约束效果良好.3.6 摊铺切开型与其它路面一样施工,待达到设计强度的70%后 ,按设计的形状和尺寸划线,用切缝机完全切透切开,缝中填充粒径2.36mm 的填缝砂.4 砌块路面的施工4.1 前期准备工作4.1,1 严格控制预制块的规格砌块厚度为 230mm,180mm 两种规格.严格控制块体长度,厚度,平整度,垂直度偏差,正面粘皮或缺损,缺棱掉角的最大投影尺寸及物理性能均须达到一等品的要求.4.1.2 做好路基检测工作和普通水泥混凝土路面一样,在进行砌块路面施工前,必须检测水泥稳定基层的压实度和
9、弯沉指标,经检测计算,均达到设计要求.4.1.3 铺设前彻底清扫水泥稳定基层面在铺设砌块路面前必须把水泥稳定基层面清扫干净,这对控制预制块的路面标高起重要作用,同时也保证了施工质量.4.2 施工工艺控制4.2.1 测量放样在铺设前,应用仪器定出路面中线和边线,桩的密度要密一些,以便施工.施工时由现场人员用工程线加密控制每块预制块的横向方向,保证线形美观.4.2.2 隔水土工布的铺设铺设无纺隔水土工布的主要目的是为了防止路面水直接渗入基层,同时提高砌块的整体性.4.2.3 垫层砂的铺设垫层砂按设计要求控制在 4cm 厚左右,摊铺长度可根据现场情况来控制.摊铺时砂用人工压实,抹平,并且用卷尺量四边
10、的高度,以便控制路面标高.砂和砌块的摊铺交叉进行,这样既可保证质量又可保证进度.4.2.4 预制块的铺设预制块的铺设,用人工把预制块按线位和表2003 年增刊彭少青,朱辉,张文正公路高填方路段砌块路面的应用研究与探讨总第 81 期面的压纹方向(与前进方向垂直)铺设,有时可能要放多次才能成功.由于多次的重放,预制块的边角容易破碎,每块路面都用 3m 直尺控制平整度.横坡的控制与底层砂面的控制有密切关系.4.2.5 路边排水设施的布置路边的排水设施主要用 PVC 管.PVC 管埋进预制块底面的砂垫层上,进水口用渗水土工布包扎好,靠近路缘部分伸出约 10cm 左右,排水口设在路面设计标高较低的地方.
11、4.2.6 路缘基座的浇筑采用 C25 混凝土现浇.施工时除了注意混凝土的振捣之外,还要把砌块表面粘上的水泥灰清扫干净,控制好与砌块接口处的平整度.4.2.7 砌块的填缝与压实当砌块路面铺设完后,按照设计要求对接缝砂进行筛分,把砂填在缝中.并且用人工把砂均匀撒在砌块整体表面,厚度控制在 3cm 左右,用 lOt以上的振动压路机辗压,辗压时要保持砂的厚度在 3cm 左右,这样可防止压路机压碎砌块,同时也起到更好的填缝作用.4.2.8 砌块路面的清扫与养护压实后把路面的砂清扫干净,当填缝出现空隙的时候,用砂填满,保证路基的稳定和行车安全.4,3 施工注意事项(1)施工时注意边施工边通车的安全.半幅
12、通车路段在施工路段两端设置指示方向和减速的标志牌.(2)铺设砌块路面时应注意弯道部分的施工,防止出现一端接缝过大或过小的现象.(3)铺设砌块路面时应注意砌块路面填缝的养护,当雨水冲刷后应及时用砂填满空隙.(4)铺砌时应注意砌块的压纹与行车方向垂直并且对齐,使路面有足够的粗糙度,保证行车安全.5 检测分析5.1 沉降由于本项目属改建工程,必须保证车辆畅通,故施工分左右幅进行.左幅中线及边线(4.5In 处)碾压后 ,通车 15d 及通车 224d 后沉降数值见表 2.表 2 中线沉降值(单位:him)从表 2 可看出,最大沉降在 K51+015+030之间.最大沉降的连线与公路中线成 60.的夹
13、角,而此处正好是填挖交界处的山形线,在本段砌块路面的另一端却没有如此明显的沉降,考虑到中线与边线的沉降基本一致,故在通车 224d(2003 年3 月 25 日)后只对中线沉降进行观测.从表中还可以看出,最大沉降仍在填挖交界处,且数值已大大提高.由于该处出现突变,已影响行车安全,因此在 4 月初决定将路面进行翻修,即将砌块翻起,在原基层上加铺一层基层,再将块体重新铺砌.5.2 弯沉为了便于比较,我们将两段砌块路面中间的摊铺砼路面以及切缝块路面分段进行了弯沉测定,并根据测定的数据计算出各自的代表值,数值如表 3.表 3 弯沉代表值一览表从表中可以看出,砌块路面所处地段的路基,基层均达到设计要求,
14、砌块路面的弯沉值远小于设计值,但大于切开路面和普通的机铺砼路面.?33?2003 年增刊广东公路交通总第 81 期还有一个现象是砌块路面的弯沉代表值比基层要大,经分析认为是由于砂垫层引起的缘故.6 经济分析滑模摊铺机铺筑 Ce40,Cf5.0 的水泥砼面层与砌块路面的经济比较见表 4.表 4 经济比较表为简化计算,表中单价均采用定额基价.从表 4 可见,单从一次的机铺与砌块路面的费用相比较,后者大于前者,但由于工程所处的特殊性,即仍有工后沉降的存在,故单从一次性的费用比较是不合理的,应设定都有较大沉降产生,导致路面二次翻修乃至 3 次翻修的可能,这样砌块路面的经济效益就体现出来了.7 现象与探
15、讨(1)值得注意的是,本试验采用了两种不同的厚度,但均未出现任何块体断裂的情况,说明块体的厚度已经足够.由于独立块体的平面尺寸很小,它的刚度很大,在荷载作用下挠曲变形极为微小,对于地基来说,独立块体可视为刚体.因此完全可以把厚度降下来,即为原设计的 120ram150ram.若采用 120mm 厚的块体,其造价已与机铺砼的造价相当(表 4),经济效益更加明显.(2)荷载一定时,块体的厚度随平面尺寸的加大而变厚,但对地基强度的要求随之变小.因此,地基强度较高时,选用小尺寸的块体较为经济.而地基强度较低或为了提高地基强度费用较大时,则选用大尺寸的块体(适当增加厚度)较为经济.(3)砌块路面观测到的
16、主要破坏形式有块体?34?边缘的啃边和剥落,车辙和沉陷,基层因路基下沉引起开裂.现场在同一厚度的块体上分别预制了有倒角和无倒角两种形式,试验结果表明:两者出现啃边和剥落的百分比分别为 1.104%和 5.731%.也就是说,无倒角的块体出现啃边和剥落的病害是有倒角块体的 5 倍.同时,有倒角的块体能够迅速排除地面水,观察证明在浸湿后砌块路面比砼路面干燥得更快.车辙是由铺面横向的不均匀永久变形累积所致.永久变形由两部分组成:一是非进展性的,由砂垫层的压密所引起,产生于使用初期;另一种是重复荷载作用下的塑性变形累积,它将随荷载作用次数的增加而增加.影响永久变形的主要因素有荷载的大小,弯沉的大小,块
17、体的厚度.(4)砌块路面上有许多接缝,无法像砼板那样靠板体的挠曲来扩散荷载,也无法像沥青路面那样靠自身的连续性扩散荷载.接缝是砌块中的不连续部位,块体间不能传递弯拉应力,荷载扩散只能靠接缝的竖向抗剪强度.(5)砌块路面层形成稳定的结构层以后,铺面在荷载作用下发生弯沉时,块体将发生微小转动.这个微小转动将受到邻块的限制,从而产生水平挤压力,当铺面表面具有一定拱度时,块体间的侧向挤压现象将更显着,这种变竖向压力为水平向挤压力的现象,从力学上可描述为“拱“ 效应.8 结语综上所述,砌块路面具有原材料资源丰富,预制工艺简单,现场施工方便,进度快,投产早等优点,能适应地基变形及造价较低的特点.其缺点是平整度较差,尤其是通车一段时间之后.因此,对高等级路面,建议只能作为过渡性的路面,对于二级及以下公路或旅游公路,则可考虑作为永久性路面使用.(收稿日期:20030610)
