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動態(tài)地磅稱重傳感器埋設(shè)道路路面改造技術(shù)與質(zhì)量控制研究
目前,國內(nèi)公路治超普遍使用石英動態(tài)稱重傳感器 對行駛的貨車進行不停車動態(tài)稱重。因為石英傳感器是埋設(shè)在 路面之上,對道路的改造有著嚴(yán)格的工藝、技術(shù)要求。為確保 埋設(shè)在道路上的稱重傳感器能夠穩(wěn)定、可靠的正常工作,文章 著重闡述了路面改造方案、技術(shù)要求、施工質(zhì)量控制及驗收 標(biāo)準(zhǔn)。
動態(tài)稱重傳感器,主要應(yīng)用于貨車不停車稱重非現(xiàn)場執(zhí)法 系統(tǒng)、高低速超限檢測系統(tǒng)、計重收費系統(tǒng)等領(lǐng)域。因其技術(shù) 先進、性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠的優(yōu)點被越來越廣泛使用。目前國 內(nèi)關(guān)于動態(tài)稱重傳感器路面硬化改造施工的技術(shù)要求、施工工 藝、檢測方法等尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),主要還是靠施工方技術(shù)人 員憑經(jīng)驗來制定施工方案、控制施工過程質(zhì)量。因技術(shù)人員在 施工方面?zhèn)€體上的知識、現(xiàn)場工程經(jīng)驗工程方面的差異加上各 地的道路基礎(chǔ)條件不同,僅憑技術(shù)人員的經(jīng)驗是無法保證埋設(shè) 的動態(tài)稱重傳感器能夠經(jīng)受得住外場道路重載車輛成千上萬次 的反復(fù)碾壓后,仍能使其滿足應(yīng)有的稱重精度。從大量的現(xiàn)場 調(diào)查情況來看,因路面改造過程中施工方案不合理、施工工藝 存在缺陷、檢測手段不到位、現(xiàn)場的過程質(zhì)量把控缺失等問題 導(dǎo)致完工后的動態(tài)稱重系統(tǒng)在投入運行一段時間后短的不足1年、 長的不足3年就出現(xiàn)路面嚴(yán)重開裂、滲水、基礎(chǔ)塌陷、傳感器無 輸出信號等嚴(yán)重質(zhì)量問題,導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法正常運行。
為避免出現(xiàn)上述情況的發(fā)生,必須從理論和實際的角度出 發(fā),研究這些質(zhì)量問題的深層次原因,系統(tǒng)性的研究動態(tài)稱重 傳感器安裝及路面改造的施工方案、施工工藝、過程質(zhì)量控制 及工程驗收標(biāo)準(zhǔn),為指導(dǎo)動態(tài)稱重傳感器的施工提供技術(shù)支撐, 確保該系統(tǒng)的檢測精度和壽命符合預(yù)期。針對上述路面常見病 害問題,改造方案要遵循如下主要的原則:
接縫。由于涉及兩種不同類型的路面之間的銜接,連 續(xù)配筋水泥混凝土半剛性路面與瀝青混凝土柔性路面的沉降需 要在設(shè)計階段對兩者的沉降問題需引起高度重視,施工階段需 嚴(yán)格按設(shè)計圖紙施工,確保兩種路面銜接處長期運行不開裂, 過渡平整,沒有明顯的高差。
傳感器埋設(shè)工藝處理。目前大多數(shù)稱重傳感器都埋設(shè) 在水泥混凝土路面上,埋設(shè)的主要工藝是路面放線、切槽、修整、 灌膠(石英混合料)、定位、固化、打磨等工序,在整個工藝中 石英混合料的現(xiàn)場調(diào)配與灌注非常重要,它決定著填封料的粘 接強度和抗壓強度,關(guān)系到傳感器投入使用后能否承受住成千 上萬的重載車輛的碾壓,并同時保持著與地面的相對位置不發(fā) 生松動現(xiàn)象。
1.稱重系統(tǒng)檢測站點的路面性能技術(shù)要求
1.1稱重系統(tǒng)安裝站點的選擇
根據(jù)《江蘇省公路運輸車輛動態(tài)稱重檢測管理系統(tǒng)技術(shù) 規(guī)范》地方標(biāo)準(zhǔn),用于安裝稱重系統(tǒng)的路段位置應(yīng)按照以下
要求選擇 :
縱坡<1% (最優(yōu))或者縱坡<2% (其次),并且在該區(qū) 域內(nèi)保持縱坡不變。檢測手段有水準(zhǔn)儀,檢測標(biāo)準(zhǔn):公路工程 質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)(JTGF 80/1—2012)。
橫坡<3%。檢測手段有水準(zhǔn)儀,檢測標(biāo)準(zhǔn):公路工程 質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)(JTGF 80/1—2012)。
曲率半徑>1000m (直線段更優(yōu))。檢測手段有全站儀。
擬改造的瀝青混凝土路面的代表彎沉(每個車道沿汽 車行駛方向間隔2m)忘[(10±2)單位:0.01mm]。檢測手段有落 錘式彎沉儀,檢測標(biāo)準(zhǔn):JTG E60—2008公路路基路面現(xiàn)場測試 規(guī)程。
(5 )動態(tài)稱重區(qū)域的改造道路的路面平整度IRI指數(shù)需控制 在0~1.3(m/km)范圍內(nèi),橫斷面車轍控制在忘10±2mm。檢測 手段有激光斷面儀。
2.檢測站點路面改造方案
2.1改造道路的設(shè)計方案比選
道路的壽命及可靠性涉及設(shè)計、施工、過程質(zhì)量控制、運 營維護等全過程。為了能讓安裝稱重傳感器的改造道路至少具 有5年以上的無須大修周期,需要在設(shè)計、施工、維護各階段提 出有針對性的解決方案,方能實現(xiàn)五年期以上的道路使用壽命 及可靠性保證。
2.2 改造道路的設(shè)計方案
連續(xù)配筋混凝土路面設(shè)計
(1)設(shè)計軸載及路面設(shè)計參數(shù)。根據(jù)《江蘇省公路運輸車 輛動態(tài)稱重檢測管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》地方標(biāo)準(zhǔn),快速不停車超 限檢測系統(tǒng)需滿足使用壽命為3000萬軸次,因此,按照3000萬 類似軸載作為連續(xù)配筋混凝土路面的設(shè)計荷載。根據(jù)《公路水 泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》(JTG_D40—2015 ),本項目交通荷載 等級為特重交通,水泥混凝土的設(shè)計彎拉強度為5.0MPa,路面 設(shè)計參數(shù)如表1所示。
表1 連續(xù)配筋混凝土路面設(shè)計參數(shù)(MPa)
項目 | 參數(shù) |
抗壓強度 | 42 |
彎拉彈性模量Ec | 31000 |
彎拉強度fr | 5.0 |
鋼筋屈服強度 | 400 |
土基回彈模量E0 | 身80 |
本項目結(jié)合老路基層頂要求驗收彎沉為20 (單位:0.01mm) 根據(jù)公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范B.2.5.1換算水泥混凝土板底 部老路頂面綜合當(dāng)量回填模量為931MPa。
(2)連續(xù)配筋混凝土路面板塊尺寸。本次設(shè)計采用連續(xù)配 筋混凝土路面設(shè)計,原則上縱向29m范圍內(nèi)不設(shè)置橫縫和縱縫, 板塊寬度為單向三車道(四車道)+硬路肩,一般取10.5m(0.5m 路緣帶+2x3.75m行車道+2.5m硬路肩)或11m(0.5m路緣帶 +2x3.75m行車道+3.0m硬路肩),長度為29m、厚度28cm。
(3)連續(xù)配筋混凝土路面配筋設(shè)計。本項目為特重交通, 一般位于一級公路上,根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》 (JTG_D40—2015)中表4-3,連續(xù)配筋混凝土面層厚度取28cm, 混凝土的強度等級為C40,縱向鋼筋采用HRB400螺紋鋼筋,縱 向配筋率初步擬定為0.9%。
按照允許裂縫間距(忘1.m)、縫隙寬度(忘0.5mm)和 鋼筋屈服強度400MP進行驗算,本項目縱向鋼筋采用為018的 HRB400螺紋
鋼筋,間距10cm,橫向鋼筋采用014的HRB400級螺紋鋼 筋,放在縱向鋼筋下方,布置間距為0.40m。縱向鋼筋埋置深度 為9cm。縱向鋼筋現(xiàn)場長度不夠時,進行錯縫布置焊接,方式如 圖1所示,避免焊縫在同一條線上。圖中寬度僅為示意,現(xiàn)場按 照路幅寬度確定
(4)連續(xù)配筋混凝土路面與原有老路面的接縫處理。該方 案在2種不同的路面間增加了銜接段,較好地處理了不同板塊間 的熱脹冷縮應(yīng)力作用及地基沉降問題,但在實施中會帶來因是 在原老路上改造,用于攤鋪銜接段的熱拌瀝青混合料用料較少, 現(xiàn)場取材有難度的問題。
連續(xù)配筋水泥獅土路面
瀝青上面) 瀝青下面)
施工前下承層檢查。施工前需進行相應(yīng)的測量,首先 需對所有基層的彎沉值進行測定,確保不超過0.2mm,從而保 障基礎(chǔ)層的模量驗算數(shù)值滿足設(shè)計需求。若不滿足要求,應(yīng)至 少換填20cm的5%水泥穩(wěn)定碎石。
施工組織。連續(xù)配筋混凝土路面原則上整幅施工,除 兩端外不設(shè)置橫縫和縱縫,即橫向整幅路面,縱向29m—次澆 筑到位。
立模。連續(xù)配筋混凝土路面板厚為0.28m,施工時采用 0.28m模板。模板要求用水準(zhǔn)儀超平,高差不大于2mm,模板 之間不得有離縫,模板與基層接觸處不得漏漿,內(nèi)側(cè)應(yīng)涂刷隔 離劑。
鋼筋的連接與定位??v向鋼筋采用018的螺紋鋼筋。 雙面焊,焊接長度0.12m。要求經(jīng)拉伸試驗檢驗,焊接強度合格。 橫向鋼筋采用014的螺紋鋼筋,間距0.4m,放置在縱向鋼筋下 方,起支撐縱向鋼筋至設(shè)計位置的作用??v、橫向鋼筋在基層 上焊接綁扎完畢后,用預(yù)制的小鋼筋支架墊起至設(shè)計標(biāo)高,誤 差0.01m。
鋼筋網(wǎng)應(yīng)提前一天綁扎完畢,綁扎長度不小于第二天的混 凝土澆筑長度。
(5 )澆筑混凝土面板??紤]到每個承重點的澆筑量不是很 大,建議整段一次澆澆注。混凝土的施工應(yīng)滿足《公路水泥混 凝土路面施工技術(shù)細則》(JTG F30—2014 )中的有關(guān)要求水泥 混凝土的拌和、運輸和攤鋪過程中具體要求如下:
混凝土混合料的級配應(yīng)符合目標(biāo)配合比及生產(chǎn)配合比的要 求。水泥的用量不應(yīng)超過±1%,粗細骨料用量控制在±3%,水 的用量控制在±1%。
每臺拌和樓在投入生產(chǎn)前,必須進行標(biāo)定,并試拌正常。 在攪拌過程中,投入攪拌機每盤的拌合物的數(shù)量,應(yīng)按混凝土 施工配合比和攪拌機的容量計算確定,低溫或高溫天氣施工, 拌合物出料溫度宜控制在10~35t。混凝土拌和物每盤的攪拌時 間,應(yīng)根據(jù)攪拌機的性能和拌和物的和易性確定。
混凝土拌合物的運輸宜采用自卸機動車運輸,當(dāng)運距較遠 時,宜采用攪拌運輸。裝運混凝土拌和物不應(yīng)漏漿,并防止離 析。夏季和冬季施工,必要時應(yīng)有遮蓋或保溫措施。出料及鋪 筑時的卸料高度不應(yīng)超過1.5m。混凝土拌合物從攪拌機里出料 后,直至澆注完畢允許最長時間,由試驗室根據(jù)水泥初凝時間 及施工氣溫確定,需要符合的規(guī)定如表2所示。
表2混凝土從攪拌機出料至澆注完畢的允許最長時間
施工氣溫(t) | 允許最長時間(h) |
5?10 | 2 |
10?20 | 1.5 |
20?30 | 1 |
30?35 | 0.75 |
圖2接縫處理 2.3連續(xù)配筋混凝土路面材料要求及施工
依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JTG / T F30-2014公路水泥混凝土路面施工技術(shù) 細則進行施工。
2.3.1原材料的技術(shù)要求
水泥。水泥應(yīng)采用旋窖道路硅酸鹽水泥,3d齡期的抗 壓強度不小于17.0MPa,抗折強度不小于4.5MPac28d齡期的抗 壓強度不小于42.5MPa,抗折強度不小于7.5MPa。
集料。水泥混凝土集料公稱最大粒徑不應(yīng)大于31.5mm (碎石)或1mm (卵石)。砂的細度模數(shù)不宜小于2.5。
2.3.2施工技術(shù)要求
支立模板做到線型順直,與設(shè)計平面成垂直角度,并且需 求模板支立的穩(wěn)固性,以防砼施工時砼跑模。在立模過程中用 經(jīng)緯儀進行二次定測校核,首先按10m樁測放立?;€,模板 立好后對模板進行二次檢測調(diào)整,完成后進行加固,并逐一檢 查支撐處,不能漏檢,同時對模板底縫接縫處進行封堵,防止 砼施工中漏漿。
攤鋪宜選配多功能滑模攤鋪機。滑模攤鋪過程中應(yīng)采用自 動抹平板裝置進行抹面。對少量局部麻面或明顯缺料部位,應(yīng) 在擠壓板后或搓平梁前補充適量拌合物,有搓平梁或抹平板機 械修整?;備伒幕炷猎谙铝星闆r下,可用人工進行局部 修整。
①用人工操作抹面抄平器,修整攤鋪機后表面的小缺陷
但不得在整個表面加薄砂漿層修補路面標(biāo)高。
②對縱縫邊緣出現(xiàn)的倒邊、塌邊、溜肩現(xiàn)象,應(yīng)頂側(cè)?;?在上部支方鋁管進行邊緣補料修整。
③對起步和縱向施工接頭處,應(yīng)采用水準(zhǔn)儀抄平并采用大 于3m的靠邊尺邊測邊修整。
接縫的施工。原則上不應(yīng)設(shè)縫,當(dāng)由于不可抗力因素 必須設(shè)縫時,橫向施工縫采用平縫,并以每延米增加3根1.2m的 018螺紋鋼筋(約是縱向鋼筋數(shù)量的50%),在原配縱筋中間每 隔兩根增加一根加強鋼筋,要求施工縫處鋼筋在縫隙兩側(cè)涂上 總長不小于0.6m的防銹涂料。第二天開工時要求將施工縫鑿毛 以增加新老混凝土間的粘結(jié)。若施工縫處的混凝土振搗不足或 質(zhì)量較差,要求用鋸縫機切除20cm左右,鋼筋下方的老混凝土 也要求清除干凈。
縱向施工縫采用平縫,接縫處鋼筋用量增力卩1倍,即在原兩 橫向鋼筋之間加入加強鋼筋,為鋼筋長度1.2m,014的螺紋鋼 筋,要求施工縫處鋼筋在縫隙兩側(cè)涂總長不小于0.6m的防銹涂 料,另一幅路面施工時要求將施工縫鑿毛以增加新老混凝土間 的粘結(jié)。若施工縫處的混凝土振搗不足或質(zhì)量較差,要求用鋸 縫機切除20cm左右,鋼筋下方的老混凝土也要求清除干凈。
混凝土板的養(yǎng)護。混凝土板在施工完畢后,應(yīng)及時 養(yǎng)護。養(yǎng)護應(yīng)根據(jù)施工工地情況及條件,選用濕紙養(yǎng)護和塑料 薄膜養(yǎng)護等方法。養(yǎng)護的時間應(yīng)根據(jù)混凝土強度增長情況而 定,一般為14~21d。養(yǎng)護期滿方可將覆蓋物清除,板面不得 留有痕跡。
開放交通及其他。①當(dāng)攤鋪時遇雨或下層潮濕時,嚴(yán) 禁進行攤鋪工作,對未經(jīng)壓實即遭雨淋的混合料(已攤鋪)應(yīng) 全部清除更換新料。②混凝土板在養(yǎng)護期間和填縫前,應(yīng)禁止 車輛通行。在達到設(shè)計強度的40%以后,方可允許行人通行。
2.4過程檢驗
對于施工過程中的水泥、鋼筋等材料進行現(xiàn)場取樣按批次 抽檢,
項次 | 檢查項目 | 規(guī)定值或允許偏差 一級公路 | 檢查方法和頻率 |
1 | 彎拉強度(MPa) | 芎5 | 取5組,每組3個試件 |
2 | 板厚度代表值 | 芎-5 | 雷達測厚儀 |
(mm) 合格值 | 芎-10 | ||
3 | 平整度IRI(m/km) | 蕓1.3 | 激光斷面儀 |
4 | 路面寬度(mm) | 路面寬度(mm) | 抽量:每5m測4處 |
5 | 縱斷高程(mm) | 縱斷高程(mm) | 水準(zhǔn)儀:每5m測5斷面 |
6 | 橫坡(%) | 橫坡(%) | 水準(zhǔn)儀:每5m測5斷面 |
(2)鋼筋網(wǎng)質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)。①鋼筋、機械連接器、焊條等 的品種、規(guī)格和技術(shù)性能應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和設(shè)計要求。
②冷拉鋼筋的機械性能必須符合規(guī)范要求,鋼筋平直,表 面不應(yīng)有裂皮和油污。
③受力鋼筋同一截面的接頭數(shù)量、搭接長度、焊接和機械 接頭質(zhì)量應(yīng)符合施工技術(shù)規(guī)范要求。
④鋼筋安裝時,必須保證設(shè)計要求的鋼筋根數(shù)。
⑤受力鋼筋應(yīng)平直,表面不得有裂紋及其他損傷。
鋼筋位置允許偏差如表4所示。
檢驗指標(biāo)有水泥的抗壓強度、抗折、抗彎拉強度,鋼筋 的直徑、抗拉強度、屈服強度等。具體的試驗標(biāo)準(zhǔn)和方法參照 《水泥膠砂強度試驗》(GB/T 17671—1999)、鋼筋焊接接頭試驗 方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 27—2014)、《金屬材料拉伸試驗方法》(GB/ T 228.1—2010)。
(1)水泥混凝土板質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn),水泥混凝土的驗收標(biāo)準(zhǔn) 如表3所示。
表3 水泥混凝土的驗收標(biāo)準(zhǔn)
表4鋼筋位置允許偏差 | ||
項次 | 項目 | 允許偏差(mm) |
1 | 縱向鋼筋間距 | 10 |
2 | 橫向鋼筋間距 | 20 |
3 | 斷面位置 | 10 |
施工過程中的質(zhì)量控制可以采取以下措施:
①對擬it次的水泥商品混凝土、鋼材等供貨商要求提供原 料的場地、品牌、規(guī)格型號、產(chǎn)品許可證、合格證;并要求供 貨商留樣;
②送達現(xiàn)場的原料采取隨機抽樣送第三方檢測,任意一次 的抽檢不合格將終止供貨并相應(yīng)處罰。
3.路面驗收方案(參照歐洲公路動態(tài)稱重系統(tǒng)指導(dǎo)文件中一級 站點的路面標(biāo)準(zhǔn))
路面的承載能力檢測。使用落錘式彎沉儀沿各車道行 駛方向中心線每隔4m測點,代表彎沉忘[(10±2)單位:0.01mm] 判定合格。
路面平整度檢測。使用激光平整度分別對各車道進行 平整度檢測,要求指標(biāo)為國際平整度指數(shù)IRI忘1.3(km/m)判定 合格。
4.結(jié)語
在公路治超非現(xiàn)場執(zhí)法運輸車輛動態(tài)稱重方面各省市道路 運營、管理部門越來越多的使用埋設(shè)在道路之上的石英動態(tài)稱 重傳感器。文章對埋設(shè)傳感器的道路路面改造提供了全套解決 方案,為推廣使用高速不停車動態(tài)稱重系統(tǒng)的普及起到指導(dǎo)和 示范作用。