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灌浆技术在处治高速公路混凝土路面病害中的应用

    摘 要:通过对安徽广祠高速公路水泥混凝土路面脱空、断板、唧泥、破碎及桥头跳车、路基沉降等主要病害的分析。提出采用满浆技术解决此类病害。可达到较好的治理效果。 
关键词:灌浆技术;水泥混凝土路面;病害 
中图分类号:U418.6                      文献标识码:B                  
文章编号:1007—7359(2007)01—0078—03
   Grouting Technique Applied in Treating the Failures of Expressway'S 
                                       Concrete Pavement 
                                              Fang Baohua 
    (The First Engineering Co.Ltd.of CTCE Group,Hefei 230041,China) 
Abstract:Through the analysis of the main failures such as staggering,slab cracking,pumping,smashing,bump at bridge head and roadbase settlement in the pavement of expressway Guangde-Cishan in Anhui Province,the grouting technique,which can reach treating effect is preferred to remedy the above mentioned failures. 
Key words:grouting technique;cement concrete pavement;failure
1 概 述 
    水泥混凝土路面具有强度高、刚度大、受温度影响小、使用寿命长等优点,是我国高速公路路面的主要形式之一。但是高速公路在运营到一定时期后由于汽车超载、水泥混凝土路面接缝较多,从而导致脱空、唧泥、裂缝等先期病害,以及由于填土碾压不均匀沉降造成的桥头跳车,若不及时处治最终将导致路面的破损。本文结合广祠高速公路水泥混凝土路面处治工程的施工过程,并借鉴其他水泥混凝土路面改造工程试验路段的施工经验;阐述了运用灌浆技术处治原水泥混凝土路面先期病害问题。 
    运用灌浆技术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,该技术已在广祠高速公路上取得了良好的应用效果。 
2 路面病害检测方法 
    众所周知,高速公路的破损大都是由于先期的病害未得到及时的防治而造成的。如何检测出混凝土路面的先期病害是灌浆技术的前提条件。 
2.1目测法 
    目测法是通过肉眼观察混凝土板块的接缝、裂缝、唧泥等情况。当重车通过时,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,可以初步判定为脱空。但是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,且对路面的早期病害不能全部检测到。
2.2弯沉测定法 
    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脱空位置的确定可采用弯沉测定法。 
    弯沉测定法就是采用双指标控制,即是主点测点弯沉值和主副测点弯沉值之差作为板块是否脱空的标准。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l台弯沉仪置于主点,即测定车的轮隙中间;另 l台弯沉仪置于副点处。分别测定主、副点弯沉(按前进方向右轮测试 )。根据我国高速公路修建标准和检测仪器的实际情况,依据《规范》凡弯沉值超过0.2mm或差异弯沉(主点一副点)大于0.06mm的,应确定为面板脱空。 
3 路面病害的形成原因 
3.1路面病害的内在因素 
3.1.1基(垫 )层的塑性变形 
    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 。导致基 (垫 )层与面板之间形成脱空。 
3.1.2基(垫 )层的施工质量 
    基层本身的配合比和施工质量也是直接导致脱空的主要原因之一,同时由于温度、湿度的变化,以及板内温度的非线形分布,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。 
3.2路面病害的外在因素 
    汽车超载是造成路面病害的外在主要原因之一。目前的大多数货车单轴承重都超过了高速公路的设计要求,汽车荷载和气候变化,使混凝土板的局部范围不再与基层保持连续接触, 
    导致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。脱空的出现又为水的浸入创造了条件。唧泥的出现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。超载导致基 (垫 )层产生累积的塑性变形而脱空。 
    特殊区域的不均匀沉降。在桥头等区域由于填土碾压的原因造成不均匀沉降形成脱空。 
    维护不及时。当路面接缝或裂缝养护不及时,雨水从破损处侵入基层,渗入的水将在板下形成积水 (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,基垫层就会受雨水的侵蚀影响,导致填料收缩而引起的路面下沉,从而造成混凝土路面板脱空。 
4 灌浆处理 
4.1灌浆加固原理
    混凝土路面面板是一种准脆性材料,具有抗压强度高、抗弯拉性能差的特点。在正常情况下,面板与地基问是完全接触、均匀支承时,无论荷载作用位置,应力都较小。而一旦脱空,板角处由于基础支撑的丧失处于悬臂状态。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、基层裂隙中的积水与空气后并 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,恢复了板体与地基的连续性。达到加固基础、治理病害的目的。 
4.2浆液材料的实验室要求 
    常用的水泥浆材料组成有水泥、粉煤灰、水、外加剂等。浆体要求应具有良好的可泵性 、和易性、保水性,浆体过稠,则不能均匀布满板底空隙;浆体过稀,则干缩性大。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。浆液的强度要求,将浆体制成7.07×7.07×7.07cm 立方体试件,标准养护7d,其抗压强度应到5MPa以上。经验表明:在浆液中掺加一定量膨胀剂,能很好地防止浆体的干缩。由于在现行规范中未对此做明确规定,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))。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1中可发现,水泥净浆不论掺或不掺减水剂,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。在施工中,笔者认为浆体流动度不宜过小,宜控制在 20s一30s,否则会产生泌水现象。

  12.jpg (31.49 KB)

2007-8-11 14:10

4.3广祠公路的灌浆试验资料 
     从表l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,则浆体的强度越低,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=l:0.5:(0.7+05)%。在取得大流动性的前提下,保证了浆液的强度。 
4.4灌浆操作 
    根据脱空板混凝土面板尺寸 、裂缝状况以及灌浆机械等确定孔位情况。孔位一般每块布设为3~5孔。灌浆孔大小应和灌注嘴大小一致。一般约为 5cm。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,迅速移至另一注孔继续作业。压力一般控制在1Mpa~ 4MPa,并停留 3min~5min,效果较好。
5 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。广祠试验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。
                                 试验段灌浆前后弯沉对照表



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

K4+723
0.34
0.12
0.24
0.04
0.1
0.08

K4+752
0.36
0.16
0.18
0.04
0.18
0.12

K4+834
0.34
0.08
0.18
0.04
0.16
0.04

K4+851
0.34
0.08
0.24
0.02
0.1
0.06

K4+857
0.32
0.16
0.2
0.04
0.12
0.12

K5+002
0.44
0.18
0.34
0.08
0.1
0.1

K5+018
0.42
0.22
0.22
0.02
0.2
0.2

K5+022
0.32
0.08
0.18
0.02
0.14
0.06

K5+035
0.28
0.06
0.24
0.02
0.04
0.04

K5+067
0.36
0.22
0.2
0.02
0.16
0.2

K5+123
0.3
0.1
0.2
0.04
0.1
0.06

K5+127
0.6
0.38
0.26
0.06
0.34
0.32

K5+456
0.3
0.08
0.22
0.08
0.08
0

K5+472
0.3
0.1
0.2
0.06
0.1
0.04

K5+477
0.22
0.02
0.16
0.02
0.06
0

6 经济效益评估 
    灌浆处治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不破坏原有路面板,且维修成本低 (大约25元/平方米)。费用约为 “换板”翻修混凝土路面的20%。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,还具有施工周期短,操作简便,对车辆行驶干扰小。受自然因素影响小等优点。在公路施工和养护工程中,可实现良好的经济效益和社会效益 
7 结束语 
    灌浆技术作为路面修补中的一种新型加固技术。可广泛地使用到土建施工的其他方面,如:高速公路桥头跳车、软土地基处理、机场路加固、河堤的加固等,正是由于其施工具有优越的特点,因此灌浆技术有着广阔的应用前景。 
    参考文献 
        [1] GBJ97—87,水泥混凝土路面施工及验收规范[s].北京:中国计划出版社,1987. 
        [2] 黄 彭.现有水泥混凝土路面板整治、补强措施实施要点[J].路苑,2003(29).
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