关于混凝土道 (路) 面是否需要设胀缝, 国外有的主张, 为了减少胀缝给连续施工和维护上带来的麻烦, 应力求把胀缝减到最少, 提出对厚道板 (厚度在25cm以上的) , 如果在温和天气施工的, 可全部取消。还有主张, 混凝土板是在平常气温季节施工的, 不必设胀缝。对胀缝问题如何看呢?从了解到的一些资料来看, 由于不设胀缝和伸缩过窄的, 都出现了不少问题。例如, 某道板是在旧道面上盖了厚11~12cm混凝土, 道面是4×4m矩形板, 设置平缝, 没有胀缝, 只是在每块板的接缝外刷了一层沥青, 到现在已经发生过多次热胀挤坏道面, 最严重的一次, 道面热胀拱起40多cm高。通常夏季, 道面热胀也拱起10~14cm高, 道板被折断, 局部道面热胀错台3~5cm。又如某道板厚16cm, 4×5m矩形板, 没有设胀缝, 道面是企口缝, 其上部1/3厚度设有厚0.8~1cm木条板, 企口中间和下部只刷了一层沥青, 有一处道面, 由于夏季热胀拱起30cm高, 将道面板挤碎, 另一处道面断裂, 纵向有六块板长的道面, 平面错缝位移6~7.5cm。再如某路面厚20~22cm, 路面宽7m, 纵向缩缝间距为6m, 宽0.8~1cm。每30m设一条胀缝, 宽2~2.5cm, 缝内设沥青木丝板, 上填灌沥青玛蹄脂, 基层为天然砾石, 混凝土板底有5cm砂垫层。该地区夏季最高温度达40.9℃, 混凝土表面温度最高达73℃。该道面建成后, 就发现天热时, 有轻微拱起现象, 以后逐年发展, 每年夏季均有路面拱起、断裂现象, 严重影响行车。除此以外, 就全国来讲, 还有许多道面、路面都发生过热胀损坏的现象, 不一一列举。
由上述可见, 从道面 (路面) 缝设置的情况来看, 没有设胀缝或伸缩缝过窄的以及胀缝间距不能适应道面伸胀需要的都出现了问题;从损坏现象来看, 有拱起、断裂、挤碎、翘曲以及错台等;从道面厚度来看, 11~27cm的都有不同形式损坏 (30cm厚道面有热胀, 尚未造成道面损坏) 。从道面的接缝来看, 有平缝、企口缝、缩缝和胀缝。
混凝土道面 (路面) 是否需要设胀缝, 首先应弄清混凝土道面浇筑竣工后, 是否存在热膨胀问题。从理论上讲, 混凝土本身就具有热胀冷缩的特性, 混凝土线性膨胀系数一般是1×10-5/℃, 混凝土伸胀量随温度而变化, 就是在最热月施工的混凝土道面, 也存在热胀问题, 因为施工时不一定达到历史上最高温度, 纵然某一天达到, 也不可能天天达到, 更不可能每月都达到, 因此, 有温差就存在热胀。从实际看也是这样, 就是国外提出的厚道面不设胀缝, 也存在热胀问题, 虽然道面本身不设胀缝, 但规定与其他建筑物、道面路口相交处必须设胀缝, 这也说明道面有热胀问题。从我国道面热胀损坏的情况也说明了这个问题。
至于是否需设胀缝, 这就涉及到道面的厚度、温度、接缝的形式以及基础等因素, 只有弄清这些因素的影响和关系, 才能确定是否需设胀缝以及在哪种情况下设, 哪种情况下不设。
这是影响道面热胀的主要因素。施工时气温高, 竣工后道面热胀量小, 施工时气温低, 竣工后道面的热胀量就大, 如果是在较热时期, 月与月温差较小情况下完成的道面, 竣工后胀伸量就小, 同时, 道面块与块或是段与段之间的伸胀量也大致一样。如工程量大, 需要几个月, 甚至一年以上才能完成的道面, 这其中就有温度较高和较低的差别, 特别是最热月和最冷月竣工后势必热胀量不一样, 这样热胀量小的道面就成了热胀量大的道面的障碍, 限制其胀伸, 在这种情况下不设胀缝, 就容易出问题。为什么我国过去许多道面, 厚度相同、板的分仓一样、各种条件一样, 可是有的道面段出问题, 有的就不出问题, 其原因就在此。
由于道面接缝不同, 道面热胀时互相挤压造成板块损坏的情况也不同, 有如下3种:
(1) 道面是平缝, 板块间不能自由胀伸, 这种情况就可能出现每块道面板与板之间互相挤压, 如伸缩缝过窄, 就容易出现板边翘曲和挤压损坏的情况。
(2) 较薄道面的缩缝是切缝或当道面胀缝较密时, 各缩缝下部较薄或胀缝间形成类似于各独立板块, 各板块可以自由胀伸, 但当胀伸受阻时, 就可能出现块与块间的热挤坏的情况。
(3) 较厚道面没有胀缝, 只有缩缝 (切缝) 。由于缩缝下部实体较厚, 这样整个道面可以看成一个整体, 胀伸是从中间引向两端, 胀伸量也累计到两端。因此, 国外之所以提出厚道面可以取消胀缝, 除了道面厚, 结构强度大、不易损坏外, 不设胀缝的原理也许就在这里。
道面结构强度与热胀损坏的关系。道面厚度的结构强烈度大, 温度应力大, 热胀时不易损坏。根据有关经验, 厚度大于或等于25cm在温和季节施工的道面, 热胀应力不足以损坏道面。薄的道面结构强度小, 热胀时容易损坏。从前述实例中看出, 厚度在11~22cm的道面都出现过热胀损坏的情况。
道面在日照作用下, 表面温度高, 底面温度低, 随厚度的增加, 越往下温度越低, 因此, 厚道面的温度梯度小, 薄道面的温度梯度大。例如, 据有关资料表明, 在同样的温度条件下, 34cm厚的道面温度梯度为0.43℃/cm;18cm厚的道面温度梯度为0.74℃/cm。再从沿道面深度的温度变化来看, 道面上部18cm内的温度都比较高, 薄的道面正处在道面内辐射热高的部分, 因此, 在同样气温的条件下, 薄的道面较厚的道面容易热胀损坏。
综合上述分析, 对锯缝形式的缩缝道面, 其胀缝的设置看法如下:
(1) 道面厚度为25cm或大于25cm, 在较热的天气施工时由于具备整体性好, 胀伸量小, 温度梯度较小及抵抗温度应力大的优点, 施工时可不设胀缝。
(2) 道面厚度为25cm或大于25cm, 如在冬季施工, 由于在夏天道板会出现较大的胀伸量, 应设胀缝, 以满足夏季过大的胀伸量需要。
(3) 道面厚度小于25cm, 道板较薄 (在18cm以下) , 切缝后整体道板形成一类似于各独立板块, 由于板块间的自由胀伸需设置胀缝。缝的宽度、位置应根据计算确定, 不能过窄、过稀。
(4) 跨冬夏季施工时, 由于温差较大, 同一道面内的胀缝间距, 温度高的和温度低的应分别计算设置。
(5) 不同厚度的道面相接处、道面交叉处及与旧道面相交处都应设置胀缝。
关于混凝土道面板缝的设置通常有缩缝、胀缝、施工缝、纵缝。本文仅就缩缝及胀缝的施工方法与同行探讨。
缩缝是为防止混凝土道板在收缩过程中出现不规则断裂而人工设置不贯通整个板厚的导向缝。缩缝的设置方法现在一般都采用切缝法, 切缝时间的掌握是缩缝成型质量的关键。因为切缝早了, 混凝土强度不足, 缝口容易出现烂边, 严重时会对缝口周围的混凝土造成暗伤, 道面在使用过程中缝口周边混凝土很容易损坏;但是切缝晚了, 由于混凝土的收缩, 混凝土板面会出现不规则断裂, 既严重影响混凝土道面的使用寿命, 又对道板的观感质量造成极大的损害, 同时加大切缝时刀片的磨耗。人们只要在城市里的混凝土路面上观察, 就不难发现有的缩缝边存在轻重不一的烂边及板面有不规则裂缝现象。
国标GBJ97-87水泥混凝土施工规范, 第4.6.2条, 规定了切缝法设置缩缝的切缝时间为“当混凝土强度达到设计强度的25%~30%时应采用切缝机进行切割”。问题在于混凝土达到设计强度的25%~30%受到环境因素如气温, 混凝土配合比的影响, 在施工中以强度指标来控制切缝时间, 可操作性不现实。根据多年的施工经验, 本文认为切缝时间应在混凝土终凝后的一段时间里, 当用手指甲刻划混凝土板面, 开始出现“白痕”时便是切缝的较佳时间, 也能满足切缝强度的要求。经过多年的实践, 用“划痕见白”的方法确定切缝时间容易掌握, 切缝质量也容易保证。此外, 如果当切缝的混凝土面积过大, 而切缝机数量不够时, 就应每隔20~30m先切一条缩缝, 再补切中间缝。
胀缝的功能是当混凝土板块热膨胀时, 不仅能让混凝土板块自由的胀伸, 而且能依靠胀缝传力杆将相邻两分离的板块连接成整体, 共同承受路面荷载。如果传力杆在固定中发生竖向位移或横向位移, 则传力杆在夏季混凝土板块热膨胀时其自由端将对混凝土板体形成向上、向左或向右的抵压作用, 易造成板体的翘曲, 甚至断裂。因此, 国标GBJ97-87水泥混凝土路面施工及验收规范第4.6.1条对胀缝传力杆的设置作了极其严格的规定:“……固定后的传力杆必须平行于板面及路面中心线, 其误差不得大于5mm”。第4.6.3条规定“……施工缝传力杆必须与缝壁垂直”, 从如此高的要求足见传力杆质量保证的重要性, 而道面混凝土板在实际使用中由于传力杆设置不当所引发的混凝土板损坏的事例也不少。
(1) 传统及规范中所推荐的胀缝传力杆的安装方法基本为支架法, 如图所示。
采用支架法安装传力杆有如下缺点:
(1) 各传力杆的水平位置不易控制。由于铁支架是安放在基层上, 假如铁支架加工的尺寸是百分之百的准确, 那么传力杆的水平位置就受到基层标高误差及平整度的控制。由于规范要求传力杆安装要平行于板面, 偏差仅为5mm, 这就要求相应的基层标高及平整度尺寸的要求精度就不能大于5mm。这一要求显然大大超出了基层的一般验收标准, 如深圳地区水泥稳定石粉渣道路施工暂行规定为:高程±10mm, 平整度10mm, 在实际操作中, 采用支架法难以保证传力杆与板面平行误差达到5mm内的调平要求。 (2) 各传力杆的左右位置不易控制。由于传力杆架立在铁支架上的横向托筋上, 因其整体稳定性较差, 在摊铺混凝土及振捣混凝土过程中, 传力杆难免要被振动器碰撞和受混凝土的挤压而发生两端左右偏移, 采用支架法要保证固定后的传力杆与路中线平行误差偏移在5mm以内, 显然是极难保证的。
(2) 下面推荐另一种传力杆的安装方法——梁式安装法, 该法同样适用于施工缝传力杆安装。由于用该法安装传力杆与路面基层误差不发生关系, 传力杆被固定梁的立杆固定, 容易达到传力杆安装的质量要求, 不仅安装简单快速, 而且由于固定梁可反复使用, 可省掉支架法的铁支架用料。经过在多条道路上采用, 效果良好。
(1) 固定梁构造:固定梁采用45mm的钢管制作, 其构成由横杆、立杆、撑杆、提手及卡管焊接而成, 其构造见图示。
a.横杆作用:将固定梁架立于道面两侧钢模上;
b.卡管作用:将固定梁嵌固于钢模外侧, 使之不能晃动;
c.撑杆作用:将固定梁连成整体, 并用来固定传力杆;
d.立杆作用:其长度比传力杆设计埋深短1~2cm (考虑到拆除固定梁后传力杆的预留沉降量) , 横向间距为传力杆设计间距, 纵向间距小于传力杆15cm左右。立杆下端为圆弧形, 用于安放传力杆, 并控制传力杆不能上下、左右移动。
e.14号铁丝作用:连接撑杆和传力杆, 固定传力杆不能上下前后移动;
f.提手作用:用于安放和提取固定梁。
(2) 固定梁设置胀缝的施工工艺流程:
a.安装固定梁:在设置胀缝 (施工缝) 处用人工将固定梁抬放在钢模上;
b.设置嵌缝板 (泡沫板) 和端头挡板:在胀缝处用线条将泡沫板和端头挡板捆为一体, 立于胀缝处 (端头挡板样图见支架法图示) ;
c.安装传力杆:将传力杆按计算好的位置穿过泡沫板和端头挡板, 用14号铁丝通过固定梁的撑杆将传力杆固定在立杆的下端弧形口内, 并安装好传力杆套筒;
d.摊铺混凝土并振捣密实:混凝土摊铺和振捣先从端头挡板两侧对称进行, 施工时要保证端头挡板的直立;
e.拆除固定梁:混凝土压光整平前, 剪断固定传力杆的14号铁丝, 用提手抬起固定梁, 传力杆便被准确置于混凝土中;
f.拆除端头挡板:在混凝土初凝前, 剪断捆绑泡沫板和端头挡板的线条, 取出端头挡板, 在提取固定梁及其端头挡板后其留下的混凝土孔隙, 用混凝土原浆填铺密实;
g.在混凝土面压光整平前, 用木抹子沿缝口两测压实混凝土面;
h.清缝填料:混凝土终凝后一至两天, 用铁钩将泡沫板全部捣烂钩出, 用压力水清洗缝内沉渣后, 填设弹性嵌缝材料。
以上是混凝土道面胀缝设置条件及胀、缩的设置的一点体会, 作为各同行设计和施工中的参考、有不对之处请各位同行提出宝贵意见。
摘要：本文主要对混凝土道面胀缝设置条件及胀、缩缝的设置进行了探讨分析, 仅供同行参考。
关键词：混凝土道 (路) 面,胀缝,质量
[1] 邓学钧.路基路面工程.人民交通出版社, 2000.
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[3] 中华人民共和国行业标准.水泥混凝土路面施工及验收规范 (GBJ97-87) .中国计划出版社, 1987.
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