灌漿技術(shù)的運(yùn)用與推廣

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前言

    水泥混凝土路面是我國公路路面主要形式之一，在我國公路網(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、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。但水泥混凝土路面接縫較多，對超載較為敏感，易發(fā)生脫空、唧泥、裂縫等先期病害，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。筆者參觀了成渝高速公路成都段水泥混凝土路面處治工程的施工過程，結(jié)合重慶段二郎和白市驛水泥混凝土路面改造工程試驗(yàn)路段的施工體會，采用灌漿技術(shù)處治原水泥混凝土路面，并對各施工項(xiàng)目進(jìn)行了檢測，在室內(nèi)對漿液的配合比進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)。目前，灌漿技術(shù)已在高速公路上取得了良好的應(yīng)用效果。

    一、 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。我國路面基（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，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，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。

    二、脫空板確定

    2.1　脫空板確定方法

    脫空板可采用人工觀察法、彎沉測定法等方法來確定。人工觀察法是通過肉眼觀察接縫、裂縫、唧泥等情況初步判定脫空。當(dāng)重車行過，能感到混凝土板有豎直位移時，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判、漏判。彎沉測定法是測試板角彎沉，如果超過某一限值，即認(rèn)為存在脫空。我國交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ073.1-2001）（以下簡稱《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定法。

    2.2　檢測方法

    成渝高速公路全線建成通車于1994年，設(shè)計(jì)板厚24cm。主要采用彎沉指標(biāo)來確定脫空板。首先選取水泥混凝土面板荷載最不利作用位置作為檢測點(diǎn)，宜選取橫縫及縱縫附近的點(diǎn)。采用兩臺5.4m長桿彎沉儀及BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載 (后軸軸載為10t)測定車。檢測點(diǎn)分主點(diǎn)、副點(diǎn)。主點(diǎn)位于板橫縫前10cm，加卸載。副點(diǎn)在橫縫后10cm，無荷載（正常行車方向?yàn)榍埃⒁慌_彎沉儀置于主點(diǎn)，即測定車的輪隙中間；另一臺彎沉儀置于副點(diǎn)處。分別測定主、副點(diǎn)彎沉（按前進(jìn)方向右輪測試）。右輪處于縱縫30cm左右。在《美國路面修復(fù)手冊》中規(guī)定，凡彎沉值超過0.635mm的，應(yīng)確定為板塊脫空。根據(jù)我國公路修建狀況和檢測儀器的實(shí)際情況，有關(guān)專家推薦凡彎沉值超過0.2mm的，應(yīng)確定為面板脫空（詳見規(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0.2mm或差異彎沉（主點(diǎn)-副點(diǎn)）大于0.06mm的，均認(rèn)為板底可能出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。

    三、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，無論荷載作用位置，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，趕走板底、基層裂隙中的積水、空氣后占據(jù)其位置，經(jīng)人工控制一段時間后，漿液將原來的松散顆?；蛄严赌z結(jié)為整體，形成一個良好的“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7.07×7.07×7.07cm立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d，其抗壓強(qiáng)度應(yīng)到5MPa以上。漿體應(yīng)具有良好的可泵性、和易性、保水性，漿體過稠不能均勻布滿板底空隙，漿體過稀，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。流動度是影響可灌性的主要因素，一般流動度越高，可灌性就越好。由于在現(xiàn)行規(guī)范中未對此做明確規(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1725ml±5ml），以漿體自由全部流完的時間作為流動度來控制（詳見《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ041-2000附錄G-11）。其中，在室溫條件下，純水的流出時間為8s（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度結(jié)果及試件強(qiáng)度。從表中可發(fā)現(xiàn)水泥凈漿不管摻或不摻減水劑，其流動性都比相同條件下水泥粉煤灰漿體的流動性要好。因此，可以看出，二級粉煤灰單位體積的需水量要大于水泥。文獻(xiàn)（1）中提出：對于不摻減水劑的水泥凈漿，其流動度不應(yīng)小于16s；摻減水劑的漿體可減小到12s；流動度最大應(yīng)不大于26s。在施工中，筆者認(rèn)為漿體流動度不宜過小，控制在20-30s之間較好。否則會產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。

    3.2　試驗(yàn)資料

    從表中可看出，在相同水灰比的情況下，流動性隨著水泥與粉煤灰的比例產(chǎn)生變化。同時，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)度會逐漸降低，因此，不宜采用過大的水灰比；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%。在取得大流動性的前提下，保證了漿液的強(qiáng)度。

漿液流動度及力學(xué)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)                 表1

 

漿液配合比

（水泥﹕粉煤灰﹕水）

水灰比

流動度

(s)

7天強(qiáng)度

（MPa）

28天強(qiáng)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

 

1﹕0.4+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

1﹕0.7﹕0.8+0.5%SN-Ⅱ

0.47

32.16

10.55

24.51

1﹕0.7﹕0.8+0.75%SN-Ⅱ

0.47

29.5

10.55

 

 

重慶段二郎、白市驛混凝土路面改造工程施工現(xiàn)場（施工圖1）

    四、 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5cm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1MPa-4MPa之間，并停留3min-5min，效果較好。

    五、灌漿效果評定

    灌漿后，應(yīng)在7d齡期后，再次測量主點(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，可認(rèn)為灌漿效果已經(jīng)達(dá)到。成都試驗(yàn)段灌漿前后彎沉資料見表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。從檢測資料可看出，原混凝土面板通過灌漿提高了板底承載力。

2004年成都試驗(yàn)段4km處灌漿前后彎沉對照表          表2

 

樁號

灌漿前值

灌漿后值

主點(diǎn)比較

副點(diǎn)比較

主點(diǎn)彎沉

差異彎沉

主點(diǎn)彎沉

差異彎沉

前-后

前-后

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

 

正在施工中的成都段11km處混凝土路面灌漿處治現(xiàn)場（施工圖2）

    六、 經(jīng)濟(jì)效益評價

    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左右。 “換板”翻修混凝土路面每m2成本一般需120—140元。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、及時可行的科學(xué)養(yǎng)護(hù)技術(shù)，具有成本低，見效快，操作簡便，對車輛行駛影響小，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)效益和社會效益。

   七、 結(jié)束語

    7.1　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其他方面，如：高速公路橋頭跳車、軟土地基處理、機(jī)場路加固等。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加固處治。
    7.2　大多數(shù)破損板本身的質(zhì)量良好，病害原因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3-5cm，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”處治，在破碎時由于操作人員的失誤或連接桿的傳遞影響，可能造成相臨混凝土板塊不同程度的松動或破損，處治一處病害又出現(xiàn)多處新的病害，且只能改善板本身狀態(tài)，正是所謂的“治標(biāo)不治本”，而混凝土板下灌漿通過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。
    7.3　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)，及時疏導(dǎo)路面積水，來預(yù)防或防治混凝土路面的先期病害。在基（墊）層的施工中，應(yīng)嚴(yán)格控制混合料中的細(xì)集料含量。