李 旭，楊 群

（同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海201804）

公路隧道是一個(gè)半封閉管狀結(jié)構(gòu)，具有交通噪聲大、空氣污染嚴(yán)重、濕度大等環(huán)境特點(diǎn)[1]。而多孔水泥混凝土具有降噪、排水防眩、抗滑耐久和耐磨穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)[2-4]，可應(yīng)用于隧道鋪面。由于多孔混凝土強(qiáng)度較低，單獨(dú)作為面層一般不能達(dá)到普通混凝土路面所要求的抗壓強(qiáng)度[5]，而普通混凝土強(qiáng)度較高，且應(yīng)用較為廣泛[6]，因此，隧道面層結(jié)構(gòu)可采用下層普通混凝土加上層多孔混凝土的組合方式，這樣既能保證路表使用功能，又能提升面層整體強(qiáng)度。

由于多孔混凝土為蜂窩狀結(jié)構(gòu)，與下層普通混凝土構(gòu)造差異較大，在結(jié)構(gòu)層模量上也存在差異，從而使得拼接結(jié)構(gòu)在拼接部位的受力極為不利[7]，因此鋪筑雙層路面的關(guān)鍵問(wèn)題是如何控制多孔層加鋪的時(shí)機(jī)，使其形成一個(gè)整體：多孔層材料不能過(guò)早攤鋪，否則下層普通混凝土強(qiáng)度不足，上層的施工會(huì)對(duì)其性能造成影響；多孔層材料也不能太晚加鋪，否則層間粘結(jié)力不足。以往關(guān)于多孔層加鋪的研究多考慮層間粘結(jié)，提出宜采用濕接法進(jìn)行施工[8]。本文從雙層路面不同受力的角度出發(fā)，采用室內(nèi)足尺試驗(yàn)和實(shí)體工程研究多孔層加鋪時(shí)機(jī)對(duì)面層抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度以及劈裂抗拉強(qiáng)度的影響規(guī)律，以期得出多孔層加鋪的最佳時(shí)機(jī)。

1 原材料與配比

1.1 集料

普通混凝土層石料選用石灰?guī)r，多孔層石料選用玄武巖。玄武巖和石灰?guī)r的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1，篩分結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 玄武巖與石灰?guī)r試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.1 Test data of basalt and limeston

表2 玄武巖與石灰?guī)r篩分結(jié)果Tab.2 Screening results of basalt and limeston

細(xì)集料采用機(jī)制砂，平均粒徑為0.3～1.18 mm，細(xì)度模數(shù)為1.9，平均密度為2.601 g·cm-3。

1.2 水泥

水泥采用重慶“地維”P(pán)O42.5R普通硅酸鹽水泥，各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 水泥試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.3 Test data of cement

1.3 配合比

混合料配比參考以往相關(guān)研究[3，9]，每立方米的材料用量比例見(jiàn)表4。

表4 雙層結(jié)構(gòu)試驗(yàn)配合比Tab.4 Mixture ratio of double-layer structure test

2 室內(nèi)足尺試驗(yàn)

2.1 成型方法

足尺試驗(yàn)試模采用自制木質(zhì)試模，可同時(shí)制備兩塊75 cm×100 cm的水泥板，試模厚4 cm，高15 cm，其中兩塊側(cè)板用折頁(yè)作成可折疊形式，當(dāng)鋪下層普通混凝土?xí)r折起上部，在鋪筑上層多孔層時(shí)放開(kāi)折疊的上部。先將制備好的普通混凝土下層板在室溫下養(yǎng)護(hù)，再將制備好的多孔混凝土料在普通混凝土上均勻地撒布，鐵鍬整平至微高于試模，采用室內(nèi)小型壓路機(jī)碾壓整平振搗，邊角處用振動(dòng)器補(bǔ)振。鋪筑的足尺板見(jiàn)圖1。

圖1 室內(nèi)足尺試驗(yàn)Fig.1 Full scale test

2.2 檢測(cè)方法

足尺試驗(yàn)板制備好后，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)28 d（時(shí)間以上層多孔混凝土為準(zhǔn)）后檢測(cè)力學(xué)性能。對(duì)足尺板鉆孔取芯進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的測(cè)試，試件的尺寸為高h(yuǎn)＝150mm，直徑Ф=100mm。對(duì)室內(nèi)足尺板進(jìn)行切割，試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，在自制的試模中進(jìn)行抗剪試驗(yàn)，剪切角度40°，中心受剪。再次對(duì)足尺板進(jìn)行切割進(jìn)行抗彎拉試驗(yàn)，試件尺寸為550 mm×100 mm×100 mm。

2.3 測(cè)試結(jié)果分析

按上下層混凝土不同施工時(shí)間間隔成型試件，成型溫度為35℃。下層普通混凝土制備好后，分別在成型溫度下養(yǎng)護(hù)1 h，2.5 h（35℃普通混凝土初凝時(shí)間），3.5 h（35℃普通混凝土終凝時(shí)間）以及2 d，7 d，14 d后再鋪筑上層的多孔混凝土。不同時(shí)間間隔試件的強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5和圖2。

表5 不同間隔時(shí)間的雙層結(jié)構(gòu)試驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.5 Double-layer structure test data of different time interval

由以上圖表可以看出，上下兩層的施工時(shí)間間隔對(duì)雙層結(jié)構(gòu)路面的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)影響明顯。上下層時(shí)間施工時(shí)間間隔為1 h時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)最大，隨間隔時(shí)間增加，強(qiáng)度逐漸降低，且下降趨勢(shì)越來(lái)越緩，時(shí)間間隔大于7 d，強(qiáng)度則無(wú)明顯變化。

圖3為前三組加鋪時(shí)間對(duì)應(yīng)的上下兩層混凝土交界面。

圖2 不同時(shí)間間隔的雙層結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Double-layer structure test results of different time interval

圖3 不同時(shí)間間隔試件側(cè)面圖Fig.3 Specimen profile of different time intervals

在養(yǎng)生結(jié)束后，拆除模板可以發(fā)現(xiàn)在普通水泥混凝土攤鋪結(jié)束后1 h所加鋪的多孔材料孔隙幾乎被下層的水泥漿填滿，多孔層失去功效；而對(duì)于間隔時(shí)間為初凝的試驗(yàn)板而言，逐漸出現(xiàn)分層界面，上下兩層之間形成了約1 cm的過(guò)渡區(qū)，從上表面灑水可以發(fā)現(xiàn)，水分很快沿孔隙流走，無(wú)積水現(xiàn)象；終凝試件的側(cè)視圖證明上下兩層界面清晰，接觸面無(wú)返漿現(xiàn)象。

3 實(shí)體工程

3.1 試驗(yàn)段施工

試驗(yàn)段選取的金竹窩隧道位于崇遵高速公路，為兩金隧道群的第二座隧道。參考室內(nèi)足尺試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)段路面結(jié)構(gòu)采用下層10 cm普通水泥混凝土，上層5 cm多孔水泥混凝，配合比與室內(nèi)足尺試驗(yàn)一致。依據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)分析結(jié)果，選取下層普通混凝土完成初凝且未形成終凝的時(shí)間點(diǎn)3 h，以及下層混凝土養(yǎng)生7 d形成強(qiáng)度后分別進(jìn)行上層多孔混凝土施工，現(xiàn)場(chǎng)采用三輥軸的施工工藝進(jìn)行碾壓整平。

3.2 試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果分析

對(duì)兩種不同加鋪時(shí)間的試驗(yàn)段面層分別進(jìn)行鉆孔取芯，對(duì)力學(xué)指標(biāo)的檢測(cè)方法與上節(jié)室內(nèi)測(cè)試方法一致。試驗(yàn)結(jié)果平均值見(jiàn)表7。

表7 試驗(yàn)段路面強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果Tab.7 Test results of pavement strength

從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，在相同施工間隔下，多孔層加鋪時(shí)間為3 h的試驗(yàn)段路面整體強(qiáng)度要好于加鋪時(shí)間為7 d的試驗(yàn)段，與室內(nèi)足尺試驗(yàn)結(jié)果一致。

對(duì)兩種不同時(shí)間間隔的試件抗壓破壞形式進(jìn)行比較（7 d和3 h），見(jiàn)圖4所示。

從圖4中可以看出，對(duì)于加鋪時(shí)間間隔短的試件（3 h），試件受壓時(shí)裂縫從多孔層一直貫通到下層的普通混凝土層；而對(duì)于加鋪間隔時(shí)間長(zhǎng)的試件（7 d），在受壓情況下僅僅是上部的多孔層碎裂，下部的普通混凝土只有一些微裂縫。破壞形式的不同說(shuō)明，加鋪間隔時(shí)間短的試件在多孔層和普通混凝土層之間能形成明顯的過(guò)渡區(qū)，能形成整體強(qiáng)度。該過(guò)渡區(qū)形成的原因是在振動(dòng)的過(guò)程中，下層的普通混凝土在上層多孔混合料漿體作用下水泥漿上溢，重新分布，這樣使得外力從上部的多孔層逐漸傳遞到下部的普通層，從而多孔層與普通層共同承擔(dān)上部的荷載。但加鋪間隔時(shí)間如果較長(zhǎng)，由于多孔混凝土施工時(shí)下層普通混凝土的強(qiáng)度已經(jīng)形成，兩層之間交界明顯，外力傳遞是間斷的，因而在下部的普通混凝土層發(fā)揮作用之前，多孔混凝土層就已經(jīng)開(kāi)始碎裂。

圖4 不同時(shí)間間隔的試件抗壓破壞形式Fig.4 Compressive failure form of different time intervals

4 結(jié)論

1）通過(guò)室內(nèi)外試驗(yàn)研究了多孔混凝土加鋪時(shí)機(jī)對(duì)雙層路面的抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度及抗彎拉強(qiáng)度的影響規(guī)律。

2）室內(nèi)足尺試驗(yàn)表明，雙層路面的整體強(qiáng)度隨加鋪間隔時(shí)間增加而降低，且下降趨勢(shì)越來(lái)越緩?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)體工程檢測(cè)對(duì)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，加鋪時(shí)間為3 h的路面強(qiáng)度能達(dá)到加鋪時(shí)間為7 d的路面強(qiáng)度的2倍。

3）從路面的整體強(qiáng)度看，在多孔混凝土施工過(guò)程中應(yīng)盡量減小上下層施工時(shí)間間隔，但過(guò)短的時(shí)間會(huì)導(dǎo)致多孔層施工時(shí)孔隙被下層的水泥漿填滿，從而喪失使用效果。因此，為了使隧道路面的整體使用效果達(dá)到最優(yōu)化，多孔層的加鋪時(shí)間應(yīng)控制在下層普通混凝土初凝之后終凝之前。

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