采用灌漿技術處治舊水泥混凝土路面病害探討

摘　要:水泥混凝土路面在使用過程中由于重載和自身的老化,會產(chǎn)生多種病害,本文通過對舊水泥混凝土路面板唧泥、脫空這兩種路面病害的分析,提出采用灌漿技術來解決此類病害。并對脫空位置的確定、灌漿機理、施工等方面進行了較詳細的介紹和分析。從經(jīng)濟的角度評價了灌漿技術的可行性。

關鍵詞:道路養(yǎng)護;舊水泥混凝土路面;脫空分析;灌漿處治;經(jīng)濟評價

中圖分類號:U416. 216 　　　文獻標識碼:C 　　　文章編號:1008 - 3383 (2006) 12 - 0005 - 01

　　水泥混凝土路面因其強度高,耐久性好,能適應重載、高速而繁重的汽車運輸要求而成為我國公路路面主要形式之一,在我國公路網(wǎng)中占有較大比重。但水泥混凝土路面由于重載、本身施工接縫較多、以及外在不利條件和自身的老化,易發(fā)生脫空、唧泥、裂縫等先期病害,從而導致路面的破損。如何治理與預防脫空、唧泥等病害,搞好水泥混凝土路面的養(yǎng)護,使其保持良好的路況,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。采用灌漿技術處治脫空、唧泥等病害,是合理的、經(jīng)濟可行的養(yǎng)護舊水泥混凝土路面的一種方法,并且在實踐中取得了較好的效果。

1 　水泥混凝土面板唧泥、脫空形成的主要原因

　　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;外在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)溫度的不均勻變化,引起板向上或向下的翹曲,加速了板與基礎之間的分離,形成板底脫空。脫空的出現(xiàn)又為水的浸入創(chuàng)造了條件,當路面接縫或裂縫養(yǎng)護不及時,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料形成泥漿,并沿面板接縫縫隙處擠出來,形成唧泥。唧泥的出現(xiàn)進一步加劇了板底的脫空。這樣周而復始,惡性循環(huán),最終導致路面的損壞。

2 　脫空板確定方法及檢測方法

　　水泥混凝土面板脫空板可采用彎沉測定法來確定。彎沉測定法是測試板角彎沉,如果超過某一限值,即認為存在脫空。我國交通部行業(yè)標準《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術規(guī)范》(J TJ 073. 1 - 2001) 中明確規(guī)定水泥混凝土面板脫空位置的確定可采用彎沉測定法。首先選取水泥混凝土板荷載最不利作用位置作為檢測點,宜選取橫縫及縱縫附近的點。采用兩臺5. 4 m 長桿彎沉儀及BZZ - 100 標準軸載(后軸軸載為10 t ) 測定車。檢測點分主點、副點。

　　主點位于板橫縫前10 cm ,加卸載。副點在橫縫后10 cm ,無荷載(正常行車方向為前) 。將一臺彎沉儀置于主點,即測定車的輪隙中間;另一臺彎沉儀置于副點處。分別測定主、副點彎沉(按前進方向右輪測試) 。右輪處于縱縫30 cm 左右,待彎沉車駛離測試扳塊,方可讀取百分表值,凡彎沉值超過0. 2 mm的,應確定為板塊脫空。

3 　灌漿技術的施工原理

　　在混凝土路面設計理論中,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脆性材料,抗壓強度高、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,應力都較小。而一旦脫空,板角處由于基礎支撐的喪失處于懸臂狀態(tài),板內(nèi)將產(chǎn)生過大的應力、剪力,混凝土板很快達到極限壽命。水泥混凝土面板灌漿法是在板下通過注漿管,施加一定壓力,灌入水泥材料、粉煤灰等材料,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)養(yǎng)生一段時間后,使板體恢復到原來位置,達到加固基礎,治理病害的目的。

4 　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 cm ×7. 07 cm ×7. 07 cm立方體試件,養(yǎng)護7 d 后,使其抗壓強度達到5MPa 以上。制成的漿體應具有良好的可泵性、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,有時為防止?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,參照預制梁板壓漿施工經(jīng)驗,采用水泥漿稠度試驗漏斗(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《公路橋涵施工技術規(guī)范》J TJ 041 - 2000 附錄G - 11) 。其中,在室溫條件下,純水的流出時間為8 s (室內(nèi)試驗結果) ,漿體流動度不應小于16 s ,摻減水劑的漿體可減小到12 s ,流動度最大應不大于26 s。在施工中,筆者認為漿體流動度不宜過小,控制在20～30 s之間較好,否則會產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。在標準條件下,不同水灰比、不同材料配比之間的流動度結果及試件強度不同,在相同水灰比情況下,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度,水灰比越大,則漿體的強度會逐漸降低,因此,不宜采用過大的水灰比。在施工中采用的漿液配比為水泥:粉煤灰:水:早強劑= 1 :0. 5 :0. 7+ 0. 5 %。在取得大流動性的前提下,保證了漿液的強度。

5 　灌漿技術的施工

　　灌漿技術分為水泥灌注法和瀝青灌注法,灌漿孔位布設應根據(jù)路面板的大小、下沉量大小、裂縫狀況以及灌漿機械、灌漿壓力來確定,一般為3～5 孔,灌漿孔大小應和灌注嘴大小一致,一般為5 cm 左右。灌注機械可用壓力灌漿機或壓漿泵,灌注壓力為300～500 kPa。灌漿順序應從沉陷量大的地方開始,由遠到近,由大到小。灌漿壓力的控制應視混凝土板的損壞及脫空情況具體確定。當漿液從接縫處或另一注漿孔冒出,就可認為完成該孔注漿,即停止注漿,迅速移至另一注孔繼續(xù)作業(yè)。待漿體抗壓強度達到3 MPa 時,用水泥砂漿堵孔,即可開放交通。

6 　灌漿效果評定及經(jīng)濟效益評價

　　灌漿后,應在7 d 齡期后,再次測量主點彎沉值和副點彎沉值。當主點或差異彎沉值均低于設計要求值時,可認為灌漿效果已經(jīng)達到,原混凝土面板通過灌漿提高了板底承載力。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)點就是仍利用原路面板,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Pm2 左右。“換板”翻修混凝土路面每平米成本一般需120～140 元。與后者相比,前者的直接成本明顯低。同時對于舊水泥混凝土路面來說,脫空病害大多數(shù)破損板本身的質(zhì)量良好,病害主要是由于下承層造成的,傳統(tǒng)的“換板”只能改善板本身狀態(tài),而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。由此可見,灌漿作為一種治理舊混凝土路面病害,是及時可行的科學養(yǎng)護技術,操作簡單,成本低廉,效果明顯,對車輛行駛影響小,通過灌縫修補技術,避免了交通事故,更好地延長了水泥混凝土路面的使用壽命,在公路施工和養(yǎng)護工程中,具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

　　通過我們對唧泥、脫空板形成原因及灌漿技術加固原理和經(jīng)濟效益的分析,我們認識到灌漿技術是當前處治舊水泥混凝土路面病害的一種經(jīng)濟可行的養(yǎng)護方法,同時我們更應加強舊混凝土路面接縫的養(yǎng)護,及時疏導路面積水,在公路基層(墊層) 施工過程中嚴格控制細集料含量,以預防路面先期病害的發(fā)生,從而延長公路的使用壽命。