灌漿技術(shù)處治舊水泥混凝土路面應(yīng)用探討

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摘 要:水泥混凝土路面在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諸多的病害,本文嘗試通過(guò)對(duì)舊水泥混凝土路面板唧泥,脫空等混凝土路面主要病害的分析,分析討論采用灌漿技術(shù)來(lái)解決此類(lèi)病害的相關(guān)問(wèn)題,并從對(duì)脫空板的確定,灌漿加固機(jī)理、設(shè)計(jì)考慮、施工方法,技術(shù)實(shí)施等方面進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹和分析從經(jīng)濟(jì)的角度評(píng)價(jià)了灌漿技術(shù)的可行性。
     關(guān)鍵詞:水泥混凝土路面 脫空分析 灌漿處治 評(píng)定
     前言:
     近幾年來(lái),我國(guó)城鄉(xiāng)各地修建了大量的水泥混凝土路面,毋庸置疑,這對(duì)提高我國(guó)公路路面質(zhì)量,增強(qiáng)公路的抗災(zāi)能力,改善公路行車(chē)條件,提高客貨運(yùn)輸效益,均起到了積極的作用。隨著水泥混凝土路面的養(yǎng)護(hù)管理工作日益繁重。一是早期修建的水泥混凝土路面大多已接近使用年限,需要翻修;二是近期修建的水泥混凝土路面,由于諸多原因,有的也出現(xiàn)了不同程度的損壞。為了及時(shí)修復(fù)已損壞的水泥混凝土路面,保證公路運(yùn)輸暢通,一些設(shè)計(jì)、科研院(所)、施工及養(yǎng)護(hù)管理部門(mén)已在這方面做了大量的工作,從實(shí)踐中探索了一些較為成功的水泥混凝土路面修補(bǔ)技術(shù)。這些技術(shù)有的已經(jīng)通過(guò)工程考驗(yàn),證明是可行的;有的則剛剛問(wèn)世,有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。
     路面是公路工程的重要組成部分之一,它直接承受和傳遞行駛車(chē)輛的荷載作用,并抵御各種自然條件的侵襲。在我國(guó)176萬(wàn)公里公路網(wǎng)中現(xiàn)有路面里程已達(dá)91%,有高級(jí)、次高級(jí)路面里程為41%。1990以來(lái),隨著我國(guó)大規(guī)模公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的展開(kāi),水泥混凝土路面公路得到史無(wú)前例的快速發(fā)展。截至到2002年底,我國(guó)已擁有水泥混凝土路面公路16.8萬(wàn)公里,是1989年里程長(zhǎng)度的14.7倍,13年中凈增15.6萬(wàn)公里,平均年增長(zhǎng)率為25%。在總里程28.9萬(wàn)公里的高級(jí)路面(瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面)公路中,水泥混凝土路面占到了58%。中國(guó)已經(jīng)成為當(dāng)今世界上擁有水泥混凝土路面里程最多的國(guó)家之一。
     為全面建設(shè)小康社會(huì),實(shí)現(xiàn)交通新的跨越式發(fā)展的目標(biāo),新世紀(jì)頭二十年我國(guó)公路建設(shè)仍將大踏步前進(jìn)。“五縱七橫”國(guó)道主干線有望于2010年前貫通,西部八條大通道將于2020年前全面建成,“十三縱十五橫”國(guó)家重點(diǎn)公路建設(shè)由東向西逐步推進(jìn)。與此同時(shí),為加快農(nóng)村公路建設(shè),“修好農(nóng)村路,服務(wù)城鎮(zhèn)化,讓農(nóng)民兄弟走上油路和水泥路”。國(guó)家啟動(dòng)了“通暢工程”和“通達(dá)工程”。按照規(guī)劃,至2020年我國(guó)公路通車(chē)?yán)锍虒⑦_(dá)到(260~300)萬(wàn)公里,其中高速公路預(yù)計(jì)達(dá)到7萬(wàn)公里??梢灶A(yù)見(jiàn),水泥混凝土路面公路仍將有大的發(fā)展,今后幾年水泥混凝土路面的建設(shè)規(guī)模將會(huì)以每年數(shù)萬(wàn)公里至十萬(wàn)公里的速度向前延伸。在我國(guó)水泥混凝土路面的建設(shè)具有得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì),水泥產(chǎn)量連續(xù)13年居世界第一,2002年年產(chǎn)水泥達(dá)到6.3億噸。大力發(fā)展水泥混凝土路面技術(shù),不僅全部原材料均可立足國(guó)內(nèi)市場(chǎng),也有利于促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。水泥混凝土路面質(zhì)量的好壞直接影響行車(chē)速度、安全、舒適和運(yùn)輸成本。它具有強(qiáng)度高、剛度大、受溫度影響小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但水泥混凝土路面接縫較多,對(duì)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(zhǎng)公路的使用壽命,改善其通行能力,具有十分重要的意義。
     1、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(chē)荷載和氣候變化。我國(guó)路面基(墊)層材料一般都選用穩(wěn)定類(lèi)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(chē)荷載的反復(fù)作用下,板下基面板底與基(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(chēng)為原始脫空區(qū)。同時(shí)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(shí),雨水從破損處浸入基層,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(lái),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。
     2、板下封堵的必要性
     在修復(fù)水泥混凝土路面時(shí),采用板下封堵的目的是為了恢復(fù)對(duì)路面結(jié)構(gòu)的支承,它是通過(guò)向這些空隙灌漿而實(shí)現(xiàn)的。灌漿時(shí)要施加一定的壓力,而施加的壓力不應(yīng)使路面板抬升。
     板下封堵作為一種預(yù)防性維護(hù)措施,應(yīng)在板角剛一出現(xiàn)支承喪失的情況時(shí)就盡快地進(jìn)行。支承喪失的表現(xiàn)是彎沉增大,橫向接縫形成錯(cuò)臺(tái),交通車(chē)道或路肩的接縫和裂縫附近積存細(xì)屑。
     在路面板尚未發(fā)生嚴(yán)重裂縫時(shí),板下封堵是一種比較經(jīng)濟(jì)的修復(fù)方法。如果初始彎沉很小,不要灌漿,因?yàn)榘逑路舛滤斐傻臄_動(dòng)可能會(huì)使彎沉增大。
     板下封堵不能矯正沉降,不能提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力,也不能消除因板內(nèi)溫、溫度變化及板上交通荷載而造成的垂直錯(cuò)臺(tái)。但是由于空隙被填充,減小了彎沉,恢復(fù)了結(jié)構(gòu)的整體性,因此減小了未來(lái)發(fā)生唧泥以及錯(cuò)臺(tái)和板斷裂的可能性。只有在支承能力喪失程度有限的接縫、裂縫處才進(jìn)行板下封堵。
     3、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(shí)混凝土板是一種脆性材料,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(shí),無(wú)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(guò)大的應(yīng)力、剪力,混凝土板很快達(dá)到極限壽命。水泥混凝土板灌漿是通過(guò)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(shí)間后,漿液將原來(lái)的松散顆?;蛄严赌z結(jié)為整體,形成一個(gè)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。
     4、設(shè)計(jì)考慮
     板下封堵工程設(shè)計(jì),包括選擇一種合格的灌漿混合料,測(cè)試路面有沒(méi)有脫空,預(yù)計(jì)灌漿的量和決定適宜的灌漿孔。
     4.1灌漿混合料
     水泥混凝土路面板下封堵的灌漿材料一般由水泥、粉煤灰、砂、外摻劑和水組成。灌漿材料質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響灌漿的效果,因此,不管用何種灌漿材料都應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)選擇。
     4.1.1灌漿材料應(yīng)具有的特點(diǎn)
     (1)早期強(qiáng)度高。要求材料具有一定抗壓強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度,同時(shí)強(qiáng)度應(yīng)盡可能早的形成,以便及早通車(chē)。
     (2)流動(dòng)性好。灌漿加固是在一定壓力下將漿體壓入到板下的空隙,常用的灌漿壓力在1.0~1.5Mpa左右,若漿體本身粘度大,流動(dòng)性不好,在灌漿過(guò)程中不能充分灌入空隙,影響加固質(zhì)量。
     (3)無(wú)收縮。灌漿加固層的收縮將造成與板體和基層之間的粘結(jié)減弱,影響灌漿加固效果。
     4.2脫空板的確定
     脫空板可采用人工觀察法、彎沉測(cè)定法等方法來(lái)確定。人工觀察法是通過(guò)肉眼觀察接縫、裂縫、唧泥等情況初步判定脫空,當(dāng)重車(chē)行過(guò),能感到混凝土板有豎直位移進(jìn),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),即使是有經(jīng)驗(yàn)的工程師也不能避免錯(cuò)判、漏判。彎沉測(cè)定法是測(cè)試板角彎沉,如果超過(guò)某一限值,即認(rèn)為存在脫空。我國(guó)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(jiǎn)稱(chēng)《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(cè)定法。
     4.2.1彎沉儀測(cè)定法
     (1) 加載車(chē)。采用相當(dāng)于黃河JN150重型標(biāo)準(zhǔn)汽車(chē),后軸重10t
     (2) 儀表。5.4m長(zhǎng)桿貝克曼梁,百分?jǐn)?shù)表(至少三套)。
     (3) 測(cè)點(diǎn)。路面每幅每條橫向接縫或裂縫測(cè)4個(gè)點(diǎn)位,測(cè)點(diǎn)在接、裂縫兩則的4個(gè)角點(diǎn)上。
     (4) 車(chē)輪位置。角點(diǎn)處,車(chē)輪著地矩形的邊緣離中縫及橫向接(裂)縫的距離不大于10cm。
     (5) 變位感應(yīng)支點(diǎn)位置。貝克曼梁的變位感應(yīng)支點(diǎn)應(yīng)盡量接近角部或邊縫,不一定要緊靠近車(chē)輪,不必將感應(yīng)支點(diǎn)落在兩輪胎之間的間隙處。
     (6) 相隔兩道縫。貝殼曼梁的中間支點(diǎn)及百分表支座支點(diǎn)應(yīng)與變位感應(yīng)點(diǎn)保持相隔兩道接(裂)縫,至少相隔一道縫,不能落在同一完整板塊上。
     (7) 讀數(shù)。汽車(chē)應(yīng)以5km/h的速度駛離測(cè)點(diǎn)至少5m以上,并且相隔至少一道縫,當(dāng)百分表讀數(shù)穩(wěn)定時(shí),才能讀數(shù)。
     (8) 記錄。
     (9) 凡彎沉值超過(guò)0.635mm的,應(yīng)確定為板塊脫空。
     4.3砂漿量的預(yù)測(cè)
     每個(gè)接縫的灌漿量一般為0.03m3~0.09m3。
     4.4材料
     采用粉煤灰水泥混合料并摻外加劑。粉煤灰摻水泥是一種能支承荷載的高強(qiáng)度耐久混合料,粉煤灰的顆粒級(jí)配和球形形狀還使它具有填充細(xì)小空隙所需要的易流動(dòng)性。
     外摻劑包括減水劑、膨脹劑,以補(bǔ)償粉煤灰的收縮。
     4.5設(shè)備要求
     配制粉煤灰砂漿,需要專(zhuān)門(mén)用于配制膠質(zhì)材料的混合器才能配制出處于懸浮狀態(tài)、抗游離稀釋的真正的膠質(zhì)混合料。可用一部水泥噴射泵為砂漿加壓。為了能在發(fā)現(xiàn)板移動(dòng)時(shí)盡快地停止灌漿,應(yīng)使用回流管以減少板的移動(dòng)或過(guò)度灌漿。采用砂漿回流系統(tǒng)有助于消除砂漿在噴射管內(nèi)的初凝,砂漿的流動(dòng)一被切斷,管內(nèi)的砂漿就可回流到泵中,水箱也需要加壓泵,且容量應(yīng)能滿(mǎn)足一天的生產(chǎn)需要。有些砂漿拌和裝置帶有大小適宜的水箱。應(yīng)使用能擴(kuò)張的膠噴嘴以便使噴射管牢牢地貼緊也壁。
     4.6板上封堵砂漿孔的分布
     鉆孔的的形式應(yīng)能提供足夠多的孔,使砂漿能流到路面下的所有空隙內(nèi)。板下封堵的常用鉆孔分布形式??椎姆植夹问诫S水泥混凝土路面的不同設(shè)計(jì)類(lèi)型而變化。因?yàn)閷?duì)不同的板長(zhǎng)、使用性能和破損形式的分布會(huì)有所不同,板下封堵的位置也需做相應(yīng)的調(diào)整。
     鉆孔應(yīng)穿過(guò)板并進(jìn)入未經(jīng)處治的墊層。如果基層經(jīng)過(guò)穩(wěn)定處理,空隙往往存在于墊層和土基之間。側(cè)孔應(yīng)穿透經(jīng)過(guò)墊層并鉆入土基內(nèi),深度不超過(guò)7cm。砂漿噴射管的輸出管口不能低于混凝土板的板底,這樣才能使砂漿流入混凝土板以下的所有空隙以及基層以下的所有空隙。在砂漿流不到的地方,必須用泵向孔內(nèi)射入少量的空氣以形成一個(gè)小空腔同脫空部位貫通。
     板下封堵期間要進(jìn)行嚴(yán)密的觀察,以免灌漿過(guò)度,板被抬升。當(dāng)砂漿從相鄰孔流入裂縫、接縫與路肩下方時(shí),可停止灌漿。