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软土地基下沉路段水泥砼路面病害的防治

【摘要】本文介绍钦防高速公路水泥砼路面接缝处理、裂缝修补、混凝土板罩面、换板和路基加固板等防治技术。
【关键词】软土地基;水泥混凝土;路面;病害;防治

钦防高速公路是广西西南出海大通道桂海高速公路重要组成部分,连接广西西南两个沿海城市钦州市和防城港市。线路起于钦州市卜家,止于防城港市,全长43.385km。线路经的途经的沿海地带,地质多为黑色淤质软土.淤泥质砂层及浅黄色粘土,亚粘土,软土深度为2~11m,软土含水率高,一般在52.5%~80.68%,孔隙比大,一般在0.91~1.9,抗剪强度低,凝聚力低,压缩系数大。钦防高速公路在施工建设期间,采用软清除换填、抛片石挤淤、扦插塑料芯板桩加垫砂层或铺土工布,采用开山石填筑外侧修圬工防波堤等办法进行处理,有效地控制路基沉降变形。但由于软土地基前期固结差,承载力低,固结缓慢,压缩性大等原因,钦防高速公路在建成通车以后,软土地基上的路段,也产生不同程度的沉降。至2000年前,路面相对沉降大于20cm,有1 段,沉降在10~20c m间,有3段,沉降在5~10c m,有7段在1~5cm内,有14段,水泥混凝土路面软土地段上的路基沉降变形,导致水泥混凝土路面出现接缝拉裂、板块错台、断板、板底脱空、板面凹陷等病害,严重影响水泥混凝土路面的使用。对软土地段路基水泥混凝土病害采用有效的防治技术进行处理,对稳定路基,减少水泥混凝土路面病害,延长水泥混凝土路面寿命,起着十分重要的作用。
1病害类型 
钦防高速公路自通车以来,典型软土地基路面下沉引起水泥混凝土病害见表1。常见的病害类型有:
1.1混凝土板接缝拉裂。混凝土横向缩缝、纵向接缝张开明显,张开量在2mm以上,填缝隙料在界面脱粘或在内部拉裂。
1.2混凝土板块错台。混凝土板块错台多在接缝处,严重者也有在断板裂缝产生处,错台量在0.5~2.8cm之间。
1.3混凝土板断板。软土地路基上水泥混凝土断板,多是斜向断裂,板角断裂和交叉断裂,少数为横向断裂。
1.4混凝土板底脱空。软土地基下沉,引起路基、基层不均匀下沉,导致板底脱空。
1.5混凝土板面凹陷。混凝土板面凹陷是软地基下沉引起显的病害特征,板面凹陷有纵向凹陷和横向凹陷等类型,水泥混凝土板面较竣工路面凹陷量在0.5~53.6cm之间。

2 防治技术
    
钦防高速公路软土地基路基下沉引起的病害是多种多样的,有时同一软基下沉的路段各种类型的病害同时产生。结合钦防高速公路k39+725~935右幅处软土地基下沉水泥混凝土路面病害治理的实例,阐述软土地基下沉水泥混凝土路面病害的防水接缝处理、混凝土板裂修补、罩面、换板和压浆加固抬板等防治技术。
2.1工程概况


钦防高速工路k39+725~935右幅位于防城港市海湾处, 路段经过海水深为0~3m,地基是2.5~10m厚的灰黑色的含淤泥质软土,软土从路基中间向路基右侧逐渐变厚,软土层下面是杂色砂岩层,砂岩层横向坡面陡,坡度在于21.8度~36.5度之间.1997年10月通车以后,该路段路基出现了沉降变形,并有明显加快沉降变形的现象,到期1999年9月,该路段最在沉降量达53.6cm,左侧路缘带与右侧路缘带相对下沉最大达到26.3cm,路面纵拉开的裂缝共4条,80~120m,斜向裂缝10条,长5m~10m,缝宽度一般在0.8~4cm局部裂缝宽达5~7cm,有6处裂缝两侧混凝土路面出现错台,高差约为0.5~2.8cm,多处接缝拉开.该工程采用多种防治技术,对混凝土板接缝开裂、板面裂缝、错台、破碎、凹陷以及软土地基等病害进行处理.工程于1999年12月17日开工,2000年5月21日完工.
2.2.工程治理技术
2.2.1接缝防水处理

接缝防水处理是对该路段拉裂的接缝进行密封防水处理. 接缝防水处理关键在于填料的选择和施工工艺的控制.
a.填缝材料
填缝材料应选择粘性强、延伸率高、弹模适中和耐老化材料.在本工程中,选用聚胺脂类填缝材料. 
b.施工工艺
本工程按以下工艺,对开裂、脱粘的接缝进行防水处理,①清缝。对开裂、脱粘的填缝双边切除,并用高压水枪冲洗,清干缝内杂物;②吹干。用电吹风吹干接缝,使接缝保持干燥;③垫塞衬条。塞衬条后预留缝深约1.5cm;④压注填缝料.用填料压注枪将聚胺脂填料注入缝内,填料横断面的上表面的缝中部较缝界面处低3~5mm.
2.2.2混凝土板裂缝修补
本工程混凝土板横向断裂、缝宽3mm以内的断板共9块.经对软土地基及路基加固后,考虑路面板底脱空已在土体化学灌浆时得到了处理,路基稳定,对混凝土路横向断裂裂缝,采用压注改性环氧树脂和开槽绑带补偿混凝土修补法进行处理.
(1)压注改性环氧树脂修补
混凝土裂缝压注修补材料,采用改性环氧树脂 ,压注工艺如下:①钻孔。沿裂缝每20 cm钻直径1.5cm的圆孔。孔深约20cm;②表面密封软管插进圆孔内,并沿裂缝表面用环氧树脂密封;③清缝。沿裂缝相邻错开软管用高压泵将气体压进软管,气流在缝内流动,并在相邻软管喷出,清理缝内灰尘杂质;④压注改性环氧树脂。用高压泵将改性环氧树脂从软管压入裂缝内;⑤清除表面密封层;⑥裂缝表面处理。轻微沿缝5cm范围凿毛吹干,用较软的改性环氧树脂涂凿毛表面,贴上纤布,再涂2cm厚的改性环氧树脂。
(2)开槽绑带补偿混凝土修补
开槽绑带补偿混凝土修补裂缝关键是配制补偿收缩混凝土,使后浇的条带混凝土减少收缩,新旧混凝土连接处裂缝控制在0.1mm以内,用开槽绑带补偿收缩混凝土法(见修补示意图)工艺如下:① 开槽。沿裂缝两侧宽各7.5cm开槽, 开槽深度10~15cm;同时沿裂缝每50cm在垂直方向两侧宽7.5cm开槽,开槽长度约50cm,槽深同裂缝方向的槽;②打锚钉。在裂缝垂直方向槽两边打7.5mm的膨胀锚钉。③安装条带钢筋。裂缝垂直方向每槽安装2Φ14钢筋,垂直方向安装[email=Ф[email protected][email protected][/email],长度为18cm的钢筋;④配制C40级补偿收缩混凝土。补偿收缩混凝土施工配合比为水:水泥:砂:钢纤维:膨胀剂(UEA):减水剂=1:3.69:4.34:0.139:0.654:0.152;⑤浇筑C40级补偿收缩混凝土;⑥养护。用薄膜覆盖养护24h;⑦打磨。用打磨机沿裂缝打磨混凝土表面。开槽绷带补偿砼修补示意图




2.2.3混凝土错台
本工程在对软土地基及路基加固,路基稳定后,对没有断裂混凝土板的错台,采用打磨机将高出部分磨除,并用刻纹机进行刻纹处理。
2.2.4混凝土板罩面
在本工程中,对已进行软土地基加固处理,路基加固抬板后,仍存在的局部凹陷的水泥混凝土路面,采用纤维混凝土或纤维砂进行罩面,罩面厚度为2~10cm
a.罩面材料
混凝土板罩面界面采用ZMZl界面处理剂,罩面材料采用纤维砂浆。纤维混凝土施工配合比为水:水泥:砂:碎石:钢纤维:膨胀剂:减水剂=1:2.92:5.62:8.47:0.255:0.511:0.118,纤维砂浆施工配合比为水:水泥:砂:钢纤维:膨胀剂(UEA):减水剂=1:5.65:13.27:0.3909:0.619:0.233。
b.罩面施工工艺
本工程对凹陷的混凝土板罩面选择温度在22~30度,湿度50%~70%,风速小于3.3m/s的气候条件下施工。施工工艺如下:①表面凿毛。对混凝土板表面进行人工凿毛,凿毛深约为1~3cm;②表面处理。冲冼吹干凿毛表面,采用ZMA界面处理剂进行涂刷;③浇筑罩面纤维混凝土、纤维砂浆;根据罩面厚度,选择浇筑罩面材料,罩面厚度在5cm以下的,采用纤维砂浆;④刻纹和养护。浇筑2h后刻纹,并喷洒养护剂养护24h。
2.2.5混凝土板换板
破碎混凝土板、纵向开裂过大的混凝土或错台且开裂的混凝土板,在本工程约10块,采用换板方式进行处理。混凝土换板注重板的补强和新旧板的传递荷载问题。混凝土工艺如下:①凿除混凝土板,用深层切割机将混凝土板切成60*60小块,再用铁撬掀开;②横向钻孔传力杆、拉杆;③清理基层表面;④安装混凝土补强钢筋。采用Φ10圆钢,布置网格20cm;⑤配制浇筑C40钢纤维混凝土。钢纤维混凝土施工配合比为水:水泥:砂:碎石:钢纤维:膨胀剂(UEA):减水剂=1:2.13:3.43:6.10:0.266:0.372:0.005; ⑥浇筑24cm厚混凝土;⑦拉纹及养护;⑧接缝填料。
2.2.6旋喷桩加固
本工程对软土地基,采用旋喷桩方式进行加固处理。旋喷桩加固法基本原理是:用高压泵将水泥浆沿导管喷射到软土里,在软土里形成一根根水泥桩,水泥浆与软土里形成复合地基,从而达到提高款项承载能力和减少变形的目的。旋喷桩加固软地基工艺如下:①钻孔。按设计隔孔跳跃钻孔,孔Φ110,入岩深度50cm;②插管。用透明胶布包好喷嘴,将带有喷头的插管插到孔底;③配制水泥浆。水泥浆配合比为水:水泥=1:1;④喷射作业。采用压力18Mpa,流量32L/min,提速16~21cm/min,旋转速度16~30r/min,参数控制喷射作业;⑤拔管。在喷射高度较设计高度;⑥钻孔处理。路面25cm以下的钻孔灌满水泥浆,路面钻孔采用补偿收缩混凝土浇筑。
2.2.7压浆加固
本工程填土路基及板底脱空,采用压注水泥化学浆方法加固处理。压注水泥化学浆加固路基基本原理:通过压注水泥化学浆,填筑路基土体孔隙,在土体中形成网状结构的水泥浆混合土,提高土的压实度和承载力,达到加固路基。加固路基同时对凹陷的混凝土板进行抬板。抬板压浆加固法基本工艺如下:①钻孔。先在凹陷板周围钻孔,同时根据凹陷板的凹陷状况,确定每块板的孔位置后钻孔;②配制水泥化学浆。水泥化学浆配合比为水:水泥:粉煤灰:水玻璃=1.2:1:0.2:0.01~0.05;③压浆封堵。对凹陷板周围的钻孔压注化学水泥浆,采用压力0.3~1Mpa,注浆速度25~50L/min参数控制;④压浆抬板。抬板压浆深度2.5m,每块板从凹陷大小顺序反复压浆抬板,注浆速度控制在40~60L/min,每次抬高量控制在2cm以内,抬板压浆压力采用0.8~1.5Mpa;⑤抬板标高控制。用细绳张拉检测及水准仪测量控制。
2.3工程治理效果
2.3.1工程治理检测
(1)旋喷桩。抽5根旋喷桩,桩体水泥含量在20%~25%,标准贯入击数为52击、45击、42击、45击、39击,抗压强度为3.64~8.85Mpa,弹性模量49.88~63.21Mpa。桩体完整,均匀性好,强度高。
(2)灌浆土体。土体标准贯入击数16、23、22、20、23击,路基土体强度普遍提高。
(3)路面板。凹陷路面板抬板量一般在4~20cm,最大达20.3cm.路面板经抬板罩面后平顺。
(4)换板、罩面、补裂缝。换板、罩面和补裂缝混凝土强度均在C40级上。
2.3.2工程观测
(1)沉降观测
定期对工程进行沉降观测,观测数据见表2,从表2观测数据分析, 钦防高速公路K39+725~935(右幅)软土地基下沉得到了控制,路基稳定,加固效果明显。



表2
观测标高数据表

测点测量时间
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

2000-05-23
5.329
5.320
5.312
5.310
5.325
5.340
5.367
5.370
5.360
5.314

2000-08-07
5.321
5.302
5.302
5.300
5.316
5.337
5.360
5.366
5.350
5.300

2001-02-22
5.320
5.304
5.300
5.299
5.316
5.330
5.358
5.360
5.346
5.300

2001-06-17
5.322
5.302
5.300
5.299
5.316
5.330
5.357
5.360
5.346
5.300


(2) 混凝土板修补复检
本工程完全工通车一年后复检,采用换板、罩面的混凝土板,无裂缝、无脱粘等病害出现;采用压注改性环氧树脂和开槽绑带补偿混凝土修补的裂缝发展张开现象。
3 结束语

通过对钦防高速公路软土地基路段水泥混凝土路面病害的养护治理,体会到要有效防治软土地基水泥混凝土路面病害,必须抓住以下几要点:
3.1
定期观测。设点对钦防高速公路软土地基定期观测,及时发现和掌握其沉降变形的发展状况。
3.2
及时密封开裂接缝及裂缝。软土地基水泥混凝土路面产生接缝开裂或面板裂缝,应及时密封,防止雨水渗入,降低路基及基层强度加速水泥混凝土板病害发展。
3.3
选择有效的防治方案。根据观测结果及水泥混凝土路面病害程度,确定软土地基水泥混凝土路面病害的程度, 确定软土地基水泥混凝土防治方案。防治方案的选择,对保证防治效果、降低治理费用起着至关重要的作用。
3.4
注重防治材料的选用。防治材料的性能,直接影响工程的治理质量。
3.5
加强施工工艺控制。软土地基水泥混凝土路面病害治理工艺,是防治技术的关键环节。保证每道施工工艺,对保证治理质量起十分重要的作用。
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