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高速公路混凝土路面灌浆技术的应用与推广

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    [摘要]本文通过对重庆成渝高速公路水泥混凝土路面断板、唧泥、脱空、破碎及桥头跳车、路基沉降等病害的分析,提出采用灌浆技术来解决此类病害。并对各种病害的确定、灌浆加固机理与具体实施方案进行了全面的介绍和分析。从实用性和经济性的角度评价了灌 浆技术在高速公路上应用的可行性。 
    [关键词]高速公路  混凝土路面  脱空分析 灌浆处理  评定 
    Application and spread of technique for pouring past on concrete pavement of highway YANG Hua 
   ( southeast division of 7th Bureau of engineering,China construction general company,Chongchen) 
    Abstract This paper proposed using the technique of pouring past to solve the problems of crack,mud,spaRering,gap,break,car bumping at the end of bridge and subside of foundation occurred in concrete pavement of chen—yu highway after analysis of the problem.Moreover,the paper thoroughly introduced and an alyzed the identification of problem,mechan ism of consolidation with past pouring and detailed scheme of practice.Th e feasibility of technique for pouring past applied in highway was evaluated in view of practice and economy. 
    Keywords highway,pavement of concrete,analysis of gap,treatment with pouring past
1 前 言 
    水泥混凝土路面是我国公路路面的主要形式之一 ,在我 国公路网构成中占有较大比重。这种路面具有强度高、刚度大、受温度影响小、使用寿命长等优点,但其缺点是接缝较多,对超载较为敏感,易发生脱空、唧泥、裂缝等先期病害,从而导致路面的破损。桥头出现跳车现象多,主要原因是施工时桥台填土碾压是一个死角,不易被压实,一旦路面出现微裂缝,基垫层就会受雨水的侵蚀,导致填料收缩而引起路面下沉。如何治理与预防混凝土路面板脱空、唧泥及桥头填土不密实出现的空洞等病害,对搞好高速公路的路面养护,延长其使用寿命,改善其通行能力,都具有十分重要的意义。笔者考察了成渝高速公路成都段水泥混凝土路面处理工程的施工过程,同时结合重庆段二郎和白市驿水泥混凝土路面改造工程试验路段的施工经验,运用灌浆技术处理原水泥混凝土路面脱空板和桥头跳车,并对各施工项目进行了检测,在室内外对灌浆液的配合比进行了对比实验,认为该技术已在成渝高速公路上取得了良好的应用效果。 
2 病害形成原因 
    水泥混凝土路面产生唧泥和脱空的内在因素,是基层本身的质量、组成以及混凝土面板的接缝状况;外界因素则是汽车荷载和气候的变化。我国路面基(垫 )层材料一般都选用稳定类集料,其模量远小于混凝土面层的模量。水泥混凝土路面在重车荷载的反复作用下,板下基(垫 )层将产生累积塑性变形,使混凝土板的局部范围不再与基层保持连续接触,于是水泥混凝土路面板底与基(垫 )层之间将出现微小的空隙,即出现了板下局部脱空,或称为原始脱空区。同时温度、湿度的变化,以及板内温度的非线性分布,引起板向上或向下的翘曲,加速了板与基础之间的分离,形成板底脱空。脱空的出现又为水的侵入创造了条件,当路面接缝或裂缝养护不及时,雨水从破损处侵入基层 ,将在板下形成积水(自由水 )。积水与基层材料中的细料形成泥浆,并沿面板接缝缝隙处喷溅出来,形成唧泥:唧泥的出现又进一步加剧了板底的脱空。这样周而复始,恶性循环,最终导致路面的损坏。  
 
2007-8-13 09:08

3 脱空判定方法 
        (1)脱空板确定方法 
    脱空板可采用人工观察法、弯沉测定法等方法来确定。人工观察法是通过肉眼观察接 缝、裂缝、唧泥等情况初步判定脱空。比如 ,当重车行过,能感到混凝土板有竖直位移时 ,或下雨之后,有明显唧泥现象的板块,即认为是脱空。这种方法的缺点是主观性强,即便是有经验的工程师也不能避免错判、漏判。弯沉测定法是测试板角弯沉,如果超过某一限值 ,即认为存在脱空。我国交通部行业标准《公路水泥混凝土路面养护技术规范》(JTJ073.1-2001) (以下简称《规范》)中也明确规定,水泥混凝土面板的脱空位置可采用弯沉测定法来确定。 
       (2)检测方法 
    成渝高速公路全线建成通车于1994年,设计板厚24cm。主要采用弯沉指标来确定脱空板。首先选取水泥混凝土面板荷载最不利作用位置作为检测点,宜选取横缝及纵缝附近的点。采用两台5.4m长杆弯沉仪及 BZZ—100标准轴载(后轴轴载为10t)测定车。检测点分主点、副点。其中主点位于板横缝前10cm,加卸载 ;副点在横缝后 10cm,无荷载(正常行车 方向为前 )。将一台弯沉仪置于主点,即测定车的轮隙中间:另一台弯沉仪置于副点处,分别测定主、副点的弯沉(按前进方向右轮测试 )。右轮处于纵缝 30cm左右。在 《美国路面修复手册》中规定,凡弯沉值超过0.635mm的,应确定为板块脱空。根据我国公路修建状况和检测仪器的实际情况,有关专家推荐凡弯沉值超过0.2mm的,应确定为面板脱空。在本试验路段,采用双指标控制,即主点弯沉大于0.2mm或主、副点之间的差异弯沉大于 0。06mm的,均认为板底可能出现脱空现象。 
4 灌浆加固原理 
    在现有混凝土路面设计理论中,我们把混凝土板看作是小挠度弹性薄板,其假定条件是面板与地基间完全接触 (不脱空)。同时混凝土板是一种准脆性材料,抗压强度高、抗弯拉性能差。在正常情况下,面板均匀支承时,无论荷载作用在何位置,其应力都较小:而一旦脱空,板角处由于基础支撑的丧失而处于悬臂状态,板内将产生过大的应力和剪力,混凝土板很快达到极限寿命。水泥混凝土面板灌浆是通过注浆管,施加一定压力将浆液均匀注入板底空隙、板下基(垫 )层中,以充填、渗透、挤密等方式,赶走板底及基层裂隙中的积水、空气后占据其位置 ,经人工控制一段时间后,浆液将原来的松散颗粒或裂隙胶 结为整体 ,形成一个良好的“结石体”。灌浆改善了板底原有受力状态,恢复板体与地基的连续性,从而达到加固基础、治理病害的目的。 
(1)浆液材料的基本要求 
    常用的水泥浆材料包括水泥、粉煤灰、水、外加剂等。将浆体制成 7.07cm×7.07crux 7.07cm立方体试件,标准养护 7d,其抗压强度应到 5MPa以上。浆体应具有良好的可泵性、和易性、保水性,浆体过稠不能均匀布满板底空隙,浆体过稀则干缩性大。在施工中,为防止浆体的干缩,在浆液中宜掺加一定量的膨胀剂。流动度是影响可灌性的主要因素,一般流动度越高,可灌性就越好。由于在现行规范中未对 此做出明确规定,参照预制梁板压浆施工经验,采用水泥浆稠度试验漏斗 (体积 1725ml±5m1),以浆体自由全部流完的时间作为流动度来控制(详见《公路桥涵施工技术规范》JTJ041—2000附录 G一11)。其中,在室温条件下,纯水的流出时间为8s(室内试验结果 )。表1列出了在标准条件下,不同水灰比、不同材料配比之间的流动度结果及试件强度。从表中可发现,水泥净浆不管掺或不掺减水剂,其流动性都比相同条件下水泥粉煤灰浆体的流动性要好。因此,可以看出,二级粉煤灰单位体积的需水量要大于水泥。文献[1]中提出,对于不掺减水剂的水泥净浆,其流动度不应小于16s;掺减水剂的浆体可减小到12s;流动度最大应不大于26s。在施工中,笔者认为浆体流动度不宜过小,以控制在 20~30s之间为宜,否则会产生泌水现象。 
(2)试验资料 
    从表1中可看出,在相同水灰比的情况下,流动性随着水泥与粉煤灰的比例产生变化。同时,粉煤灰比例也影响水泥浆的后期强度。在相同条件下,水灰比越大,则浆体的强度会逐渐降低,因此,不宜采用过大的水灰比。根据上述试验结果,在施工中采用的浆液配比为:水泥:粉煤灰:水:早强剂=1:0.5:0.7+0.5%。在取得大流动性的前提下,保证了浆液的强度。
            表 1                                  浆液流动度及力学实验指标
浆液配合比(水泥:粉煤灰:水)
水灰比
流动度
(s)
7d强度
(Mpa)
28d强度
(Mpa)

1:0.0:0.4
0.4
96.79
21.58
51.25

1:0.5:0.7
0.47
85
10.41
23.65

1:0.5:0.75
0.5
32.53
6.97


1:0.7:0.8
0.47
79.21
7.96
19.13

1:0.7:0.9
0.53
21.75
8.08
17.18

1:1.0:1.0
0.5
47.51
5.93


1:0.5:0.4+0.5%SN—Ⅱ
0.4
16.4
18.42
42.1

1:0.5:0.65+0.5%SN—Ⅱ
0.43
42.96
17.10


1:0.5:0.7+0.5%SN—Ⅱ
0.47
21.99
11.85
27.27

1:0.5:0.8+0.5%SN—Ⅱ
0.47
32.16
10.55
24.51

1:0.5:0.8+0.75%SN—Ⅱ
0.47
29.5
10.55


5 具体操作程序 
    孔位布设一般为3~5孔,应根据混凝土面板尺寸、裂缝状况以及灌浆机械等确定。灌浆孔大小应和灌注嘴大小一致,一般为 5cm左右。灌浆顺序从沉降量大的地方开始,由远到近,由大到小。灌浆压力的控制应视混凝土板的损坏及脱空情况具体确定。当浆液从接缝处或另一注浆孔冒出,就可认为完成该孔注浆,即停止注浆,迅速移至另一注浆孔继续作业。压力一般控制在 1~4MPa之间,并停留3~5min,效果较好。 
6 质量效果评定 
    灌浆后,应在7d龄期后,再次测量主点弯沉值和副点弯沉值。当主点或差异弯沉值均低于设计要求值时,可认为灌浆效果已经达到。成都试验路段灌浆前后弯沉资料见表2。表 2中灌浆前数值均大于控制指标,认为板底出现脱空,需灌浆处治。从检测资料可看出,原混凝土面板通过灌浆提高了板底承载力。
                   表 2         2004年成都试验段 4km 处灌浆前后弯沉对照表 
                                                                                    (单位:mm)
桩号
灌浆前值
      灌浆后值
主点比较
前-后
副点比较
前-后

主点弯沉
差异弯沉
主点弯沉
差异弯沉

4km+478.7
0.34
0.12
0.24
0.04
0.1
0.08

4km+483.7
0.36
0.16
0.18
0.04
0.18
0.12

4km+488.7
0.34
0.08
0.18
0.04
0.16
0.04

4km+513.7
0.34
0.08
0.24
0.02
0.1
0.06

4km+518.7
0.32
0.16
0.2
0.04
0.12
0.12

4km+523.7
0.44
0.18
0.34
0.08
0.1
0.1

4km+583.6
0.42
0.22
0.22
0.02
0.2
0.2

4km+588.6
0.32
0.08
0.18
0.02
0.14
0.06

4km+593.6
0.28
0.06
0.24
0.02
0.04
0.04

4km+598.6
0.36
0.22
0.2
0.02
0.16
0.2

4km+603.6
0.3
0.1
0.2
0.04
0.1
0.06

4km+618.6
0.6
0.38
0.26
0.06
0.34
0.32

4km+623.6
0.3
0.08
0.22
0.08
0.08
0

4km+628.6
0.3
0.1
0.2
0.06
0.1
0.04

4km+633.6
0.22
0.02
0.16
0.02
0.06
0

4km+638.6
0.34
0.1
0.22
0.02
0.12
0.08

4km+643.6
0.48
0.16
0.34
0.08
0.14
0.08

7 经济效益评估 
    灌浆处理旧水泥混凝土路面早中期破坏 ,与“换板”相比,最大的优点就是利用原路面板,其直接成本随脱空情况及处理 目的不同而不同,一般介于10~30元/平方米之间;“换板”翻修混凝土路面每平方米成本一般需120~140元。两者对比,前者的直接成本明显低于后者。灌浆作为一种治理混凝土路面病害、及时可行的科学养护技术,具有成本低、见效快、操作简便、对车辆行驶影响小、受自然因素影响小等优点,在公路施工和养护工程中,具有可观的经济效益和社会效益。 
8 结束语 
        (1)灌浆技术作为一种新型的加固技术,可广泛地应用到公路施工的其他方面,如高速公路桥头跳车、软土地基处理、机场路面加固等。而且由于其处理质量主要控制指标——弯沉与旧板加铺沥青混凝土面层的设计指标相吻合,具有一定的科学性,所以也适用于旧板加罩沥青面层的加固处理。 
        (2)大多数破损板本身的质量良好,病害原因主要是由于下承层造成的。有关资料建议灌浆钻孔深度一般为混凝土板底 3~5cm,根据施工经验,钻孔深度应穿透基层达到垫层中。传统的“换板”处理,在破碎时由于操作人员的失误或连接杆的传递影响,可能造成相邻混凝土板块不同程度的松动或破损,从而导致处理一处病害又出现多处新的病害,且只能改善板本身状态,正是所谓的“治标不治本”;而混凝土板下灌浆,通过灌浆压力可把浆液渗透到相邻混凝土板下,起到灌浆一块板加固几块板的作用。 
        (3)产生脱空板的原因有:填缝料的失效、水的侵入,基层材料中的细集料。因此,必须加强接缝的养护,及时疏导路面积水,来预防或防治混凝土路面的先期病害。在基(垫 )层的施工中,应严格控制混合料中的细集料含量。

    参考文献 
       [1]田波.水泥混凝土路面脱空的检测及对策.华东公路,2004年第 134期 
       [2]黄彭.现有水泥混凝土路面板整治、补强措施实施要点.路苑,2003年第29期 
       [3]刘冬生.灌浆技术处治旧混凝土路面应用探讨.交通论文,2003年第95期
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