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灌浆技术在高速公路水泥路面局部凹陷跳车病害加固调平中的应用

    (广东佛山市禅城区张槎二路1号) 
    (广东华路交通科技有限公司,广州 510420)(佛开公司工程部,佛山 528051)1概述 
水泥混凝土路面的高速公路建成通车一段时间后,由于众多车辆严重超载,以及路基局部软弱等原因,一些部位出现不均匀下沉,使路面凹陷,导致跳车现象,如不及时处理,会出现板底脱空、断板、翻浆、错台、崩边、坑洞等病害,最后会发展成严重破碎板,严重影响行车的安全性、舒适性,影响行车速度以及路容路貌。目前我省内对水泥混凝土路面调平主要是更换水泥板调平和加铺沥青层调平。而对于局部范围内受施工规模、施工厚度、加铺后养护等因素限制不宜采用加铺沥青层调平方法,一般采用更换水泥板调平(换板法)。

    “换板调平法”是处理路面凹陷病害的常规方法。造成凹陷的病根——路基软弱,“换板调平法”没有得到有效处理,通车一段时间后,旧病复发,使换板工作频繁,反复进行,永无休止,不仅浪费大量资金,也造成非常不好的社会影响。
佛开高速公路K59+020~045段右幅路面宽10m,其中主车道和超车道宽均为4.25m,路肩宽1.5m。该段路面凹陷病害严重,最大凹陷量达8cm(25m拉线),大大超过《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1-2004规定纵缝顺直度不大于1cm要求,车辆驶过严重“跳车”;主车道K59+020和 K59+025各一条裂缝,长3.27m和 4.32m,超车道K59+020有1条裂缝,长4.40m;车辆驶过,发出空鼓声,面板有搓动的振感,说明板底已经脱空;路面缩缝中的填缝料老化。为解决该跳车病害采用灌浆技术先加固路基,消除病根,再调平面板方案。在佛开高速公路K59+020~045段右幅路面进行试验。确定灌浆施工参数与施工工艺,以及工程造价。探讨灌浆加固调平法的技术经济可行性。
2灌浆加固原理
合理地使用浆液压力并造成适宜的上抬力,能使下沉的建筑物回升到相当精确的位置。采用压密灌浆原理,通过钻孔向土中灌入极浓的浆液,在灌浆点使土体压密而形成浆泡。当浆泡的直径较小时,灌浆压力基本上沿钻孔的径向即水平向扩展,随着浆泡尺寸的逐渐增大,便产生较大的上抬力而使路面抬动。
灌浆在土体中的加固原理可描述如下:配制好的浆液藉用特制的双液灌浆系统送到需加固的土层中,浆液先是填充土体裂隙(并不进入颗粒之间)并迅速初凝,裂隙被“堵塞”后,灌浆压力即自行上升,使土体产生“液压开裂”,浆液沿裂面进入并迅速初凝,入浆通道也被“堵塞”,于是又产生新的劈裂面……。在此同时,随着浆液的连续进入,已经初凝的浆液对劈液面的土体进行挤压,使土体颗粒产生移动,重新排列进而脱水密实。上述过程不是逐一发生,而是几乎同时发生的,并在一定范围内在不同的部位以同一方式连续而密集地重复,使被加固土体充分地得到劈裂灌浆和压密灌浆的双重作用。然而,获得这样的效果无需具有劈裂灌浆和压密灌浆所必需的较高灌浆压力,通常使用0.1~0.5MPa灌浆压力即可使各种土体充分进浆。灌浆的凝固时间的可控性使土体很容易发生“液压开裂”,同时又使浆液不会“跑”得太远而造成浪费。
3试验方案
3.1试验目的
本次试验的目的是检验灌浆加固调平凹陷路面的可行性,项目如下:
①调平效果。工后路面平整度是否可达到15m拉线凹陷量≤1cm; ②施工效率;③经济效益;④环保性;⑤美观性;⑥安全性。
3.2试验设计方案
3.2.1工程目的:加固软弱土体,消除板底脱空,调平凹陷面板
3.2.2施工方法: 灌浆加固调平。
1)浆液凝胶时间可在数秒至数十秒之间调节,使浆液不会沿土体原有裂隙或劈裂面跑失。此外,这一特性促使了压密灌浆在劈裂灌浆的过程中发生。
2)浆液结石体抗压强度高,可达到5~20MPa,在土层或水中长期浸泡,其强度不降低,使经处理的部位,承载力大幅度提高。
3)浆液结石率100%,克服了纯水泥浆液结石率低,固化后产生收缩的缺点。详细对比见下表。

  化学浆液与纯水泥注浆的经济指标

注浆工法
灌浆单价


(吨/元)
水泥浆体积


(m3/吨)
配进化学浆


(m3)
结石率


(%)
结石体积(m3)
结石体单价(m3/元)
对比结果

化学浆液
980
1
0.4
100
1.4
700
   化学浆液实际上比纯水泥注浆便宜21%。

纯水泥注浆
680
1
0
80
0.8
850


4)浆液在结石过程中产生的水化反应,能吸收土体中的水份,使含水量高的软弱土层达到良好的脱水压密作用。避免了传统浆液在结石过程中大量析水,对土体浸泡、软化而产生的危害。大大提高土体的物理性能和水力学性能。
5)浆液结石体耐酸、碱腐蚀,性能稳定,耐老化。
6)通过调整凝固时间来控制灌浆半径,结合其他技术措施,进行可控的定位、定量抬动。该法用于沉陷公路面板、桥台、桥墩和涵管等各类基础的抬升,效果显著。
3.2..3施工位点:佛开高速公路K59+020~045段右幅全幅。
3.2.4布孔形式:孔距3.0米、排距3.5米,呈梅花形分布,孔深3.0~5.0米,具体视现场情况定;调平时可根据现场情况再调整孔位孔数。
3.2.5化学浆材: “水泥+DCG-979”浆材和“水泥+(MX2000+MX2001)复配剂”浆材。
3.3施工工艺流程
本次试验施工的工艺流程如下:






4试验结果
本次灌浆加固试验于2005年1月20日进场,共派出一套专用设备和一队专业施工队伍。在业主单位的大力支持下,试验施工进展顺利。于1月22日完工,共用3天时间。处理凹陷面积250m2,加固软弱土体约1000 m3,处理裂缝16.84延米,处理缩缝25.27m。
4.1检测方法
本工程宜同时采用如下方法检测工程效果:
1)观察法:观察路面是否整洁,车辆驶过是否有空鼓的振感或搓动。
2)测量法:测量路面平整度,灌浆范围内15m拉线,间隙≤10mm。
3)雷达探测法:探测板底脱空情况。
4.2试验结果
1)现场观察结果:凹陷消失,路面恢复了平顺,车辆行驶平稳,没有“跳车”现象;处理范围的路面整洁,与相邻面板无明显色差; 
2)测量法检测结果:施工范围内25m拉线最大凹陷量为0.6cm;
3)雷达探测结果:板基密贴,无脱空。
5技术经济分析

“灌浆法”与“换板法”的比较表

比较项目
灌浆法
换板法
备  注

路面平整度
平   顺
平   顺
效果相同

针对路基

软弱问题
加固软弱路基,提高土体物理力学性能和水力学性能
不处理
“灌浆法”加固了路基软弱土体。消除病根很重要

施工效率
综合效率很高
综合效率相对较低
“灌浆法” 的间接效率比“换板法”高6~10倍

经济性
133.7元/㎡
197元/㎡
“灌浆法”比“换板法”便宜32.1%

环保性
产生的废渣很少,不污染环境
产生大量废渣,污染环境
“灌浆法” 具有绿色环保特性

路容路貌
路面上留下少量痕迹,影响较小
路面上留下大块补丁,影响路面美观
“灌浆法”社会效益好

对行车影响
施工机械规模小,不在路面上挖坑,不占用相邻车道
施工机械庞大,堆料量大,在路面上挖坑,施工交通安全标志需占用相邻车道,存在安全隐患
“灌浆法”对行车影响小

耐久性
标本兼治


效果耐久
治标不治本,1~2年后需重新换板
高速公路频繁换板,造成经济损失,还造成社会效益损失

从以上比较表可看出灌浆法与换班法相比,灌浆法具有加固软弱路基提高承载力、提高路基土体的物理性能和水力学性能、施工效率高、施工机械规模小、施工速度更快、经济、环保、对路容路貌的影响小、对行车干扰小、耐久等优势。
灌浆法在技术经济等多方面具有优越性。

6结论
通过本次试验,得出“灌浆法”施工具有如下特点:
1)标本兼治。①工后路面平整, 25m拉线凹陷量为0.6cm;②板底无脱空;③雨天无有翻浆、唧泥现象;④处理部位与未处理部位的颜色相近。
2)施工效率高。综合施工效率是“换板法”的6~10倍。
3)经济性。比换板法便宜32.1%。
4)环保性好。产生废渣很少;浆液及固结体无毒、无臭、无腐蚀性,对生物无害,属环保材料。
5)对路容路貌影响小。工后路面基本无施工痕迹,路容路貌美观。对社会的影响也小。
6)对行车发影响小。无需庞大设备,不在路面上挖坑,不占用相邻车道。
“灌浆法” 施工具有上述特点,说明该方法很适合砼路面公路养护。在公路工程养护领域具有应用推广意义。


参考文献:参考文献:
1 《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40—2004
2 《公路沥青路面养护技术规范》JTJ 073.2—2001
3《路基路面试验检测技术》张超等主编,人民交通出版社,2004
4《岩土工程化学》熊厚金 林天健 李宁主编,科学出版社,2001

联系人:
    李晓翔    广东省佛开高速公路有限公司   电话:13825145600
吕永雄    广东华路交通科技有限公司   电话:13570095819
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