灌漿技術(shù)處治舊水泥混凝土路面的應(yīng)用

2006-04-30 00:00  留言

摘要: 水泥混凝土路面在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諸多病害，通過(guò)對(duì)舊水泥混凝土路面板唧泥、脫空等混凝土路面主要病害的分析，提出了采用灌漿技術(shù)來(lái)解決此類病害。并對(duì)脫空的確定、灌漿加固機(jī)理、實(shí)施等進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹和分析，從經(jīng)濟(jì)的角度評(píng)價(jià)了灌漿技術(shù)的可行性。

關(guān)鍵詞: 道路工程；水泥混凝土路面；脫空分析；灌漿處治

0 引言

水泥混凝土路面是中國(guó)公路路面主要形式之一，在中國(guó)公路網(wǎng)構(gòu)成中占有較大比重，它具有強(qiáng)度高、剛度大、受溫度影響小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但水泥混凝土路面接縫較多，對(duì)超載較為敏感，易發(fā)生脫空、唧泥、裂縫等早期病害，從而導(dǎo)致路面的破損。如何治理與預(yù)防脫空、唧泥等病害，搞好水泥混凝土路面的養(yǎng)護(hù)，延長(zhǎng)公路的使用壽命，改善其通行能力具有十分重要的意義。筆者參加了上海市某公路水泥混凝土路面改建工程試驗(yàn)路段施工，采用灌漿技術(shù)處治原水泥混凝土路面，并對(duì)施工單位的各施工項(xiàng)目進(jìn)行了跟蹤檢測(cè)，在室內(nèi)對(duì)漿液的配合比進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。灌漿技術(shù)在該路段取得了良好的效果。

1 水泥混凝土面板唧泥、脫空形成主要原因

唧泥和脫空病害的產(chǎn)生有其內(nèi)在因素和外界因素：內(nèi)在因素是基層本身的質(zhì)量、組成以及混凝土面板接縫狀況；外界因素則是汽車荷載和氣候變化。中國(guó)路面基(墊)層材料一般都選用穩(wěn)定類集料，其模量遠(yuǎn)小于混凝土面層的模量。水泥混凝土路面在重車荷載的反復(fù)作用下，板下基(墊)層將產(chǎn)生累積塑性變形，使混凝土板的局部范圍不再與基層保持連續(xù)接觸，于是水泥混凝土路面板底與基(墊) 層之間將出現(xiàn)微小的空隙，即出現(xiàn)了板下局部脫空，或稱為原始脫空區(qū)。同時(shí)溫度、濕度的變化，以及板內(nèi)溫度的非線形分布，引起板向上或向下的翹曲，加速了板與基礎(chǔ)之間的分離，形成板底脫空。脫空的出現(xiàn)又為水的浸入創(chuàng)造了條件，當(dāng)路面接縫或裂縫養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，雨水從破損處侵入基層，滲入的水將在板下形成積水(自由水)。積水與基層材料中的細(xì)料形成泥漿并沿面板接縫縫隙處噴濺出來(lái)，形成唧泥，唧泥的出現(xiàn)進(jìn)一步加劇了板底的脫空。這樣周而復(fù)始、惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致路面的損壞。

2 脫空板確定

2.1 脫空板確定方法

確定脫空板可采用人工觀察、彎沉測(cè)定等方法。人工觀察法是通過(guò)肉眼觀察接縫、裂縫、唧泥等情況初步判定脫空。當(dāng)重車行過(guò)，能感到混凝土板有豎直位移時(shí)；或下雨之后，有明顯唧泥現(xiàn)象的板塊，認(rèn)為是脫空。這種方法的缺點(diǎn)是主觀性強(qiáng)，即便是有經(jīng)驗(yàn)的工程師也不能避免錯(cuò)判、漏判。彎沉測(cè)定法是測(cè)試板角彎沉，如果超過(guò)某一限值，即認(rèn)為存在脫空。中國(guó)交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTJ 073.1-2001)(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)中也明確規(guī)定水泥混凝土面板脫空位置的確定可采用彎沉測(cè)定法。

2.2 檢測(cè)方法

上海某公路試驗(yàn)段為一級(jí)公路，建于1997年，設(shè)計(jì)板厚24 cm，主要采用彎沉指標(biāo)來(lái)確定脫空板。首先選取水泥混凝土面板荷載最不利作用位置作為檢測(cè)點(diǎn)，宜選取橫縫及縱縫附近的點(diǎn)。采用2臺(tái)5.4 m長(zhǎng)桿彎沉儀及BZZ- 100標(biāo)準(zhǔn)軸載(后軸軸載為10 t)測(cè)定車。檢測(cè)點(diǎn)分主點(diǎn)、副點(diǎn)，主點(diǎn)位于板橫縫前10 cm，加荷載；副點(diǎn)在橫縫后10 cm，無(wú)荷載(正常行車方向?yàn)榍?。將1臺(tái)彎沉儀置于主點(diǎn)，即測(cè)定車的輪隙中間；另1臺(tái)彎沉儀置于副點(diǎn)處，分別測(cè)定主、副點(diǎn)彎沉(按前進(jìn)方向右輪測(cè)試)。在《美國(guó)路面修復(fù)手冊(cè)》中規(guī)定，凡彎沉值超過(guò)0.635 mm的，應(yīng)確定為板塊脫空。根據(jù)中國(guó)公路修建狀況和檢測(cè)儀器的實(shí)際情況，有關(guān)專家推薦凡彎沉值超過(guò)0.2 mm的，應(yīng)確定為面板脫空(詳見(jiàn)規(guī)范)。在本實(shí)驗(yàn)路段，采用雙指標(biāo)控制，即主點(diǎn)彎沉大于0.2 mm或差異彎沉(主點(diǎn)- 副點(diǎn))大于0.06 mm的均認(rèn)為板底可能出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。

3 加固機(jī)理

在現(xiàn)有混凝土路面設(shè)計(jì)理論中，我們把混凝土板看作是小撓度彈性薄板，其假定條件是面板與地基間完全接觸(不脫空)。同時(shí)混凝土板是一種準(zhǔn)脆性材料，抗壓強(qiáng)度高、抗彎拉性能差。在正常情況下，面板均勻支承時(shí)，無(wú)論荷載作用位置，應(yīng)力都較小。而一旦脫空，板角處由于基礎(chǔ)支撐的喪失處于懸臂狀態(tài)，板內(nèi)將產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力、剪力，混凝土板很快達(dá)到極限壽命。水泥混凝土面板灌漿是通過(guò)注漿管施加一定壓力將漿液均勻注入板底空隙、板下基(墊)層中，以充填、滲透、擠密等方式去除板底、基層裂隙中的積水、空氣后占據(jù)其位置，經(jīng)人工控制一段時(shí)間后，漿液將原來(lái)的松散顆?；蛄严赌z結(jié)為整體，形成一個(gè)良好的“結(jié)石體”。灌漿改善了板底原有受力狀態(tài)，恢復(fù)板體與地基的連續(xù)性，達(dá)到加固基礎(chǔ)、治理病害的目的。

3.1 漿液材料基本要求

常用的水泥漿材料包括：水泥、粉煤灰、水、外加劑等。將漿體制成7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm的立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d，其抗壓強(qiáng)度應(yīng)到5 MPa以上。漿體應(yīng)具有良好的可泵性、和易性、保水性，漿體過(guò)稠不能均勻布滿板底空隙，漿體過(guò)稀則干縮性大。在施工中，筆者認(rèn)為為防止?jié){體的干縮，漿液中宜摻加一定量膨脹劑。流動(dòng)度是影響可灌性的主要因素，一般流動(dòng)度越高，可灌性就越好。由于在現(xiàn)行規(guī)范中未對(duì)此做明確規(guī)定，參照預(yù)制梁板壓漿施工經(jīng)驗(yàn)，采用水泥漿稠度試驗(yàn)漏斗(體積1 725 mL±5 mL)，以漿體自由全部流完的時(shí)間作為流動(dòng)度來(lái)控制(詳見(jiàn)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ 041- 2000附錄G- 11)。其中，在室溫條件下，純水的流出時(shí)間為8 s(室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果)。表1列出了在標(biāo)準(zhǔn)條件下，不同水灰比、不同材料配比之間的流動(dòng)度結(jié)果及試件強(qiáng)度。從中可發(fā)現(xiàn)水泥凈漿不管摻或不摻減水劑，其流動(dòng)性都比相同條件下水泥粉煤灰漿體的流動(dòng)性要好。因此可以看出，二級(jí)粉煤灰單位體積的需水量要大于水泥。文獻(xiàn)1中提出：對(duì)于不摻減水劑的水泥凈漿，其流動(dòng)度不應(yīng)小于16 s；摻減水劑的漿體可減小到12 s；流動(dòng)度最大應(yīng)不大于26 s^［¹^］。在施工中，筆者認(rèn)為漿體流動(dòng)度不宜過(guò)小，控制在20~30 s之間較好，否則會(huì)產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。

3.2 試驗(yàn)資料

從表1可看出，在相同水灰比情況下，流動(dòng)性隨著水泥與粉煤灰的比例產(chǎn)生變化，同時(shí)粉煤灰比例也影響水泥漿的后期強(qiáng)度。在相同條件下水灰比越大，則漿體的強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，因此不宜采用過(guò)大的水灰比。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，在施工中采用的漿液配比為水泥∶粉煤灰∶水+早強(qiáng)劑=1∶0.5∶0.7+0.5%。在取得大流動(dòng)性的前提下，保證了漿液的強(qiáng)度。

4 灌漿技術(shù)的實(shí)施

孔位布設(shè)一般為3～5孔，應(yīng)根據(jù)混凝土面板尺寸、裂縫狀況以及灌漿機(jī)械等確定。灌漿孔大小應(yīng)和灌注嘴大小一致，一般為5 cm左右。灌漿順序從沉降量大的地方開始，由遠(yuǎn)到近、由大到小。灌漿壓力的控制應(yīng)視混凝土板的損壞及脫空情況具體確定。當(dāng)漿液從接縫處或另一注漿孔冒出，就可認(rèn)為完成該孔注漿，即停止注漿，迅速移至另一注孔繼續(xù)作業(yè)。壓力一般控制在1~4 MPa之間，并停留3~5 min，效果較好。

5 灌漿效果評(píng)定

灌漿后，應(yīng)在7 d齡期后，再次測(cè)量主點(diǎn)彎沉值和副點(diǎn)彎沉值。當(dāng)主點(diǎn)或差異彎沉值均低于設(shè)計(jì)要求值時(shí)，可認(rèn)為灌漿效果已經(jīng)達(dá)到。試驗(yàn)段灌漿前后彎沉資料見(jiàn)表2 (單位：mm)。表2中灌漿前數(shù)值均大于控制指標(biāo)，認(rèn)為板底出現(xiàn)脫空，需灌漿處治。從檢測(cè)資料可看出，原混凝土面板通過(guò)灌漿提高了板底承載力。

6 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

灌漿處治舊水泥混凝土路面早中期破壞與“換板”相比最大的優(yōu)點(diǎn)就是利用原路面板。其直接成本隨脫空情況及處治目的不同而不同，一般介于10~30元/m²之間?！皳Q板”翻修混凝土路面成本一般需120~140元/m²。與后者相比，前者的直接成本明顯低。灌漿作為一種治理混凝土路面病害及時(shí)可行的科學(xué)養(yǎng)護(hù)技術(shù)，具有成本低、見(jiàn)效快、操作簡(jiǎn)便、對(duì)車輛行駛影響小、受自然因素影響小等優(yōu)點(diǎn)，在公路施工和養(yǎng)護(hù)工程中具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

7 結(jié)語(yǔ)

(1) 灌漿技術(shù)作為一種新型的加固技術(shù)，可廣泛地使用到公路施工的其他方面，如高速公路橋頭跳車、軟土地基處理、機(jī)場(chǎng)路加固等。而且由于其處治質(zhì)量主要控制指標(biāo)———彎沉與舊板加鋪瀝青混凝土面層的設(shè)計(jì)指標(biāo)相吻合，具有一定科學(xué)性，所以也適用于舊板加罩瀝青面層的舊板加固中。

(2) 大多數(shù)破損板本身的質(zhì)量良好，病害主要是由于下承層造成的。有關(guān)資料建議灌漿鉆孔深度一般為混凝土板底3~5 cm，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，鉆孔深度應(yīng)穿透基層達(dá)到墊層中。傳統(tǒng)的“換板”只能改善板本身狀態(tài)，而板下灌漿通過(guò)灌漿壓力可把漿液滲透到相鄰混凝土板下，起到灌漿一塊板加固幾塊板的作用。

(3) 產(chǎn)生脫空板的原因有填縫料的失效，水的浸入，基層材料中的細(xì)集料。因此，必須加強(qiáng)接縫的養(yǎng)護(hù)，及時(shí)疏導(dǎo)路面積水，從而預(yù)防路面先期病害。在基(墊)層施工中，應(yīng)嚴(yán)格控制混合料中的細(xì)集料含量。

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