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高速公路混凝土路面灌浆技术的应用

发布日期： 2015-9-18 　浏览次数： 2713 次

　　高速公路采用水泥混凝土路面是中国公路路面主要形式之一，在公路网构成上有较大比重。它具有强度高、刚度大、受温度影响小、使用寿命长等优点。但水泥混凝土路面接缝较多，对超载较为敏感，易发生脱空、唧泥、裂缝等先期病害，从而导致路面的破损。桥头出现跳车现象多，主要原因也是施工时桥台填土碾压是一个死角，不易被压实，一旦路面出现微裂缝，其垫层就会受雨水的侵蚀影响，导致填料收缩而引起路面下沉。如何治理与预防混凝上路面板脱空，唧泥及桥头填土不密实出现的空洞等病害，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。
    1病害形成原因
    唧泥和脱空病害的产生有其内在因素和外界因素：内在因素是基层本身的质量、组成以及混凝土面板接缝状况；外界因素则是汽车荷载和气候变化。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量荷载的反复作用下，板下基(垫)层将产生累积塑性变形，使混凝土板的局部范围不再与基层保持连续接触，于是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。同时温度、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，加速板与基础之间的分离，形成板底脱空。脱空的出现又为水的浸入创造了条件，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钢料形成泥浆，并沿面板接缝缝隙处喷溅出来，形成唧泥。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。
    2脱空判定方法
    2.1脱空板确定方法
    脱空板可采用人工观察法、弯沉测定法等方法来确定。人工观察法是通过肉眼观察接缝、裂缝、唧泥等情况初步判定脱空。当重车行过，能感到混凝土板有竖直位移时，或下雨之后，有明显唧泥现象的板块，认为是脱空。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。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。
    2.2检测方法
    某高速公路，设计板厚24cm。主要采用弯沉指标来确定脱空板。首先选取水泥混凝土面板荷载最不利作用位置作为检测点，宜选取横缝及纵缝附近的点。采用两台5.4m长杆弯沉仪及Bzz—100标准轴载(后轴轴载为10 t)测定车。检测点分主点、副点。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)。将一台弯沉仪置于主点，即测定车的轮隙中间；另一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)。右轮处于纵缝30cm左右。《美国路面修复手册》中规定，凡弯沉值超过0.635mm的，应确定为板块脱空。根据我国公路修建状况和检测仪器的实际情况，有关专家推荐凡弯沉值超过0.2mm的，应确定为面板脱空(详见规范)。在本实验路段，采用双指标控制，即主点弯沉大于0.2mm或差异弯沉(主点一副点)大于0.06mm的，均认为板底可能出现脱空现象。
    3灌浆加固原理
    在现有混凝土路面设计理论中，人们把混凝土板看作是小挠度弹性薄板，其假定条件是面板与地基间完全接触(不服空)。同时混凝土板是一种准脆性材料，抗压强度高、抗弯拉性能差。在正常情况下，面板均匀支承时，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、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、基层裂隙小的积水、空气后占据其位置，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，恢复板体与地基的连续性。达到加固基础，治理病害的目的。

    3.1浆液材料基本要求
    常用的水泥浆材料包括：水泥、粉煤灰、水、外加剂等。将浆体制成7.07cm×7.07cm×7.07cm立方体试件，标准养护7天，其抗压强度应到5MPa以上。浆体应具有良好的可泵性、和易性、保水性，浆体过稠不能均匀布满板底空隙，浆体过稀，干缩性大。在施工中，笔者认为为防止浆体的干缩，浆液中宜掺加一定量膨胀剂。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。由于在现行规范中末对此做明确规定，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1725l 5Hd)，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附录G-11)。
    3.2试验资料
    从表1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，则浆体的强度会逐渐降低，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；1：0.5：0.7：0.5％。在取得大流动性的前提下，保证了浆液的强度。
    结束语
    灌浆技术作为一种新型的加固技术，可广泛地使用到公路施工其他方面，加快高速路桥头跳车、软土地基处理、机场路加固等。出于其处治质量主要控制指标———弯沉与旧板加铺沥青混凝上面层的设计指标相吻合，具有一定科学性，所以也适用于旧板加罩沥青面层的加固处治。
    大多数破损板本身的质量良好，病害原因主要是由于下承层造成的。有关资料记载灌浆钻孔深度一般为混凝土扳底3~5cm，根据施工经验，钻孔深度应穿透基层达到垫层中。传统的“换板”处治，在破碎时由于操作人员的失误或连接杆的传递影响，可能造成相邻混凝土板块不同程度的松动或破损，处治一处病害又出现多处新的病害，且只能改善板本身状态，正是所谓的“治标不治本”，而混凝土板下液桨通过灌浆压力可把浆液渗透到相邻混凝土板下，起到灌浆一块板加固几块板的作用。
    产生脱空板的原因有：填缝料的失效，水的浸入，基层材料中的细集料。因此，必须加强接缝的养护，及时疏导路面积水，来预防或防治混凝土路面的先期病害。在基(垫)层的施工中，应严格控制混合料中的细集料含量。

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