公路混凝土护栏滑模施工技术研究

王文斌

摘要：格鲁吉亚E60高速公路SG18工程项目全长18.5公里，项目内除桥梁护栏混凝土采用模板现浇工艺外，其余全部护栏设计为混凝土护栏（又称新泽西护栏），施工工艺采用多功能滑模铺筑机一次成型，该施工工艺对混凝土的各项性能指标及现场施工要求都比较特殊，根据该项目为提高护栏滑模施工质量所做的研究，重点阐述了滑模混凝土配合比及施工技术控制要点。

关键词：混凝土护栏；滑模施工；控制要点

作者简介：王文斌(出生年月-1985年8月)性别 男，民族 汉，籍贯；甘肃省天水市，学历 大学本科，学位 工学学士，职位 部门负责人 ，职称 工程师，研究方向 工程试验检测。

前言：

混凝土护栏是一种矮墙式结构，建设高速公路时可以经常看到，在现在公路交通建设中，被越来越广泛的应用于公路、桥梁建设中，有效的解决了失控车辆碰撞防撞墙后爬高并转向带来的冲击力，减轻了事故发生的严重性。该种护栏防止车辆越出路外的效果好，并具有维修费用少的优点。在传统的防撞护栏施工中，均采用模板现浇工艺施工防撞护栏，其工序繁琐、工期较长、劳动力及模板等周转材料投入较大。随着科技的发展，路面机械不断创新升级，利用滑模技术进行防撞护栏滑模施工可有效克服上述缺点。混凝土防撞护栏滑模施工工艺是利用滑模摊铺机施工公路混凝土防撞护栏的一种新的施工方法，通过混凝土的连续供应，滑模摊铺机沿着导线连续行走，混凝土经模具内的振捣并经模具出口连续产出而成型，实现了混凝土护栏的快速成型及连续快速施工，且成品护栏质量优良。

一、护栏混凝土设计要求

滑模混凝土护栏设置在半刚性基层之上，并在护栏滑模施工前浇筑一层5cm厚的混凝土基座。护栏混凝土设计强度等级为B30（C30/37），欧洲标准以直径150mm高度300mm的圆柱体试件，经标准养护28天后的抗压强度值作为强度标准，其结果值要高于同强度等级的国标150mm×150mm的立方体试件；同时设计还要求护栏混凝土具有6.5±1.5%含气量。

二、滑模施工工艺流程及技术特性

混凝土防撞护栏滑模施工主要工艺流程包括：1）测量放样、导线设置、2）钢筋绑扎、孔洞预留、3）滑模机就位调试、4）混凝土拌制、运输、上料、5）护栏滑模施工、6）伸缩缝设置、7）成品护栏养护等。

该工艺的核心技术在于：1）混凝土配合比的设计、2）施工过程中配合比的控制、3）模具的设计加工、4）滑模机工作参数的设定。

使用混凝土滑模摊铺机滑模防撞护栏的优点：1）机械化程度高，不需要重复支模，结构一次成型，施工速度快；节省劳动力和周转材料，规模化施工中成本优势尤为明显。2）可连续施工完成条带状结构，平整度好，通过程序控制标高和线形，使工程质量得到显著提高。3）采用柴油动力、履带自行式滑模机，便于各施工点之间转场。

三、混凝土配合比试验

（一）原材料的要求及选用

1.水泥

    因为水泥作为混凝土建筑中基本的材料之一，在选择水泥时，考虑到水泥品种的繁多性，包含矿物成分性质的不同、水泥和外加剂相容性、混凝土强度、体积稳定性等各方面问题，选择普通硅酸盐水泥以及需水量较小的水泥，在本项目中采用海德堡Portland cement (CEM I)42.5水泥，水泥的各项物理及化学指标基本与国内普通硅酸盐水泥相同。

2.集料

首先就是粗骨料的选择，粗骨料具备着支撑骨架的作用，其强度较硬、耐磨耗与抗冲击性能高，结合项目所需由于当地的料源情况保证粗集料具备良好的级配且吸水率较小、颗粒坚实且干净。粗骨料的粒径不宜超过20mm，以连续级配为佳，含泥量不大于1%，压碎值不大于25%，针片状颗粒含量不大于30%。因此选用5－10mm、10－20mm两种粒径的骨料掺配。至于细骨料，要求采用中粗砂且砂的含泥量不大于3%，然而在实际施工期间发现细砂配制的混凝土工作性较采用中粗砂配制的混凝土好，而且护栏成型后表面的蜂窝麻面也较少[3]。在当地河滩有一特细砂，细度模数在1.1－1.4之间，将该特细砂和普通的中砂按15:85的比例掺配，得到细度模数在2.0－2.4之间较细的中砂，配制的混凝土工作性良好，满足施工要求，所以经过比较采用了细度模数在2.3－2.6之间的中砂。

3.外加剂

外加剂作为混凝土配置中不可缺少的材料，可以明显提高混凝土的工作质量，甚至提高早期强度，减少凝结所需时间。选用减水剂时，当减水率超过百分之二十五坍落度损失值就会小于十五毫米；当流动大于百分之二十五时，就需要在评估相容性的基础上对水量进行适当的调整。滑模混凝土要求含气量在6.5±1.5%，需选用引气效果好的引气剂，对于选用的减水剂和引气剂，还要对外加剂和水泥、粗骨料、细骨料之间的相容性有更多的试验，并且将混凝土中的含气量控制在规定范围内，最好是以存在均匀气泡为止，检测的含气量值也要小于3%。市面上混凝土外加剂有多种品种，因此还是需要结合项目的实际情况，添加多种外加剂进行复配试验操作，寻找最贴切的外加剂品种。选择滑膜护栏专用外加剂可以优化滑膜护栏施工状况以及表面的光滑度，通过多次试验与寻找，采用瑞士sika公司生产的sika1063型缓凝高效减水剂和ARG2784型引气剂，配制的混凝土各项性能能够满足施工要求。

（二）混凝土配合比试验

当施工人员、材料、设备准备齐全完毕，开始滑模施工之前还要进行相关的混凝土配合比试验，主要就是为了对比不同配合比的混凝土性能，选出最佳的混凝土配合比方案。主要就是混凝土配合比室内设计试验阶段与现场试拌混凝土配合比阶段。首先，设计阶段，根据《BS EN 2061》和《BS 85001》规范要求，开始室内试验，为了保证试验结果的准确性及现场适用性，在室内制作了和现场一样的钢模和钢筋骨架，根据配合比计算结果，选用不同水灰比和砂率配置混凝土，同时采用不同用水量拌制多个坍落度等级的混凝土，同时对其指标进行测试[1]。对拌和好的混凝土进行坍塌度的测试，随后将其装入钢模中，同时插入式振捣将混凝土振实，立即抽掉模板，仔细观察脱模之后混凝土的成型情况，对照成型之后的混凝土不出现塌边、麻面、侧面鼓肚、流挂为参考依据。通过试验之后，可以确定水泥用量为350－400kg，砂率为40%－47%。坍落度在不大于50mm的情况下，能保证成型后的混凝土不出现变形，坍边，侧面流挂；当坍落度大于70mm时，成型的混凝土易出现站立不稳，截面形状易变化，从而导致高度降低等情况。

现场配合比试验：按照室内试验的配合比成果，在室外进行实操发现混凝土运输之前的坍落度在80mm，运输时间为20分钟，装配混凝土罐车每次运输量为6m3，运输车辆达到现场之后测试坍落度为50mm。导致初始阶段混凝土护栏出现轻微的变形，侧面有少许流挂，同时在铺筑至罐车内混凝土量的2/3时，出现混凝土出罐困难、护栏外观虽然已无变形，但是在滑模铺筑机滑动过程中，已成形的护栏被拉裂等现象。后来将混凝土坍落度调整到1.5cm，又过于干硬，干硬的混凝土导致在滑模铺筑机行进过程中，模板与混凝土的摩擦力增大，当模板与混凝土的摩阻力大于混凝土内部的粘聚力时，混凝土就被拉裂了[2]。鉴于三次试验的结果，为了保证混凝土强度满足设计要求的前提下提高砂率，以提高混凝土中的砂浆含量，保证混凝土在铺筑过程中经过振动易于提浆，从而减少模板与混凝土的摩阻力，同时改善蜂窝麻面等外观缺陷，通过深入研究和多次调整，得出最佳的施工配合比，如表1所示。

表1  滑模混凝土施工配合比

水泥	水	河砂	碎石	减水剂	引气剂
355kg	168kg	822kg	987kg	3.55kg	0.07kg

四、混凝土护栏滑模施工中应注意的问题

（一）混凝土运输

    受滑模施工选用的混凝土自身流动性小的影响，其性状已经与干硬性混凝土相似，因此需要用强制搅拌机设备，选择搅拌设备时需要选择生产能力大于滑模机生产能力百分之十的设备。并且在搅拌混凝土之前，需要对砂石材料的含水量进行检测，按照含水量的情况调整混凝土配合比，若施工时遇到降水，需要重新检测砂石的含水量来调整配合比[2]。应减少罐车每次的运输量，每车运量不超过4m3，尽量缩短第一盘和最后一盘混凝土的时间差，以避免造成混凝土等待时间过长，出现坍落度损失过大，出罐困难等问题。另外开盘出料之后还要对坍落度和含气量进行检测，一旦发现存在不合格的问题必须及时停止操作寻找原因。用混凝土搅拌车运输混凝土材料，还要提前考查施工现场与混凝土工厂之间的距离，计算路途中运输车搅拌的频率。

（二）滑模机摊铺

在开始放样作业时就要安排滑模机的位置，就是为了保证钢桩的位置与滑模机可以相符，在调节滑模机方向、高度时保证定型配套钢模的起始位置，并且坚持两横一竖的原则调整金属导向杆。根据滑模施工摊铺作业规章制度，混凝土棱面和理论定位之间的偏差控制在1公分左右。混凝土护栏内部有两道通常直径为12毫米的Ⅱ级螺纹钢筋，在滑模开始之前就安排钢筋从模具的前端孔穿入，其他的钢筋沿着滑进方向摆放好，在钢筋接头还要在滑模机滑到位之前用铅丝绑扎，预留一米的长度，为了与施工缝中钢筋衔接。滑模机自带螺旋输料设备、振捣系统，因此混凝土贯彻将混凝土送入喂料口以后滑模机自动倒入模板内然后开始振捣作业，一次挤压成型。

在项目中应用德国WIRTGEN生产的SP15型滑模铺筑机，该机能铺筑护栏的最大高度为1.30m，最大宽度是1.80m，模具横向调整700mm，机械配备内置式振动器，日生产护栏量为600m。三根金属导向杆必须与钢丝导向线紧贴在一起，不得出现偏离或者挤压，还要安排专业人员观察作业过程是否正确[3]。当混凝土运输到施工现场之后，先用目测的方式观察其和易性，若发现混凝土性状存在异常，需要复测坍落度情况，若坍落度结果不在20-40mm范围内时，该混凝土不能直接投入使用。严格要求混凝土现场的坍落度至关重要，混凝土坍落度过小时无法顺利从罐车中倾倒出来，甚至在滑模施工期间也无法振捣紧实甚至会出现裂缝；坍落度过大时的混凝土可能会导致护栏顶部塌陷无法成型。

滑模摊铺机转向与传感器                 混凝土摊铺现场

（三）护栏滑模钢筋加固

    参考设计图纸内容，开始钢筋加工与绑扎安装作业，在安装钢筋之前，需要用全站仪对护栏内边线、外边线进行精准定位放线操作，保证护栏线条的顺畅与美观，其次电焊预埋筋，在顶部位置和侧边位置每隔20cm-30cm电焊保证滑模钢筋的稳定性，防止在滑模之后钢筋出现位移有裂缝出现。在安装钢筋时考虑将PVC预埋管固定在钢筋骨架内部，同时用土工布将端头封堵。

护栏钢筋图示

（四）混凝土拌和中应注意的问题

拌和楼采用PLC系统控制混凝土材料的比例，该系统有两种操作方式，即手动与自动，硬件设备满足骨料精确度小于2%、水泥与掺合料外加剂称量精准度小于1%。通过界面的操作工作人员即可掌握工作流程与出现问题的原因、位置。还有搅拌站配置的显示器，可以用于监视斜皮带机尾部和平皮带机接口处、混凝土料斗、混凝土输送车接口位置，为了达到实时监控砂石输送和混凝土输送车是否存在异常的情况。其次，在水泥混凝土进行拌和作业期间，要严格按照工地试验室做好的施工配料单进行掺配，还要控制水量的多少，按照天气的变化与实验室测得砂石、水、碎石比例调整拌和所需的用水量。不同天气状况混凝土从拌和楼出机口到施工现场的性能变化不同，控制混凝土搅拌质量，在正式施工期间，注重动态控制混凝土拌和物的性能情况（如表2所示）。

表2  滑模混凝土拌和物性能检测结果

检测时间	气温℃	水温℃	混凝土温度℃		混凝土坍落度mm		混凝土含气量%
			后场	前场	后场	前场	后场	前场
8:30	23	22	26	27	50	35	6.5	6.0
13:00	32	28	29	31	65	40	7.0	6.0

（五）混凝土摊铺与养护时应注意的问题

搅拌车卸料与前进时要保证和滑模摊铺机的速度相符，在摊铺的时候应用挂臂将摊铺机和搅拌车链接起来，用摊铺机的推力带动搅拌车前行，还要保证两者施工速度的同步性。在施工之前，需要准备三台运输车，第一辆运输车作业时，第二辆运输车要提前到位，经过坍落度检测之后开始卸料摊铺作业，以保证混凝土的连续供应，每台滑模铺筑机至少要配备三辆混凝土罐车，并且还要根据运输距离适当增加，防止摊铺机出现断料的情况。

滑模铺筑机停机再启动时要把钢模内的混凝土装满振实后再滑动，滑动速度要严格控制，当滑动速度偏快，大于3m/min时，易造成振捣不足，混凝土不密实，成型护栏开裂、坍塌等现象，滑动速度控制在1m/min左右较好。还有在摊铺期间要及时清理地面残留混凝土，保证路面的干净整洁。最后注意养生，应喷洒养护剂并尽快予以覆盖养护，防止混凝土表面出现收缩裂纹。由于养护剂属于水溶性材料，混凝土在水化反应过程中会释放热量产生水蒸汽，在养护剂没有形成保护粘膜之前，水份流淌会带走部分养护剂，使养护剂粘膜不能形成整体，从而减低了养护剂的作用，所以养护剂要控制好喷洒时间，应在混凝土初凝后开始喷洒。

结语：

    综上所述，通过对混凝土护栏滑模施工应注意的问题进行分析可以发现，将滑模技术应用在混凝土护栏施工过程中，可以在施工工期进度、经济效益、施工工序上带来积极影响。同时在应用滑模施工时要注意混凝土材料的选择、控制配合比、注意相关技术要点以及提高后期维护养护工作，不但可以使得混凝土护栏具备良好外观，还可以提高护栏结构质量来保证其安全性。

参考文献：

[1]陈昊 ，公路混凝土护栏设计与滑模施工技术，建筑知识，2016.

[2]吴海华，公路防撞护栏施工中滑模摊铺机的应用探讨，建筑工程技术与设计，2016.