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高速公路混凝土路面灌浆技术的应用与推广

发布时间:2017-07-24

1、前言

高速公路采用水泥混凝土路面是我国公路路面主要形式之一,在我国公路网构成中占有较大比重,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,基垫层就会受雨水的侵蚀影响,导致填料收缩而引起的路面下沉。如何治理与预防混凝土路面板脱空、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。笔者考察了成渝高速公路成都段水泥混凝土路面处治工程的施工过程,并结合重庆段二郎和白市驿水泥混凝土路面改造工程试验路段的施工经验,运用灌浆技术处治原水泥混凝土路面脱空板和桥头跳车,并对各施工项目进行了检测,在室内外对灌浆液的配合比进行了对比实验,认为该技术已在成渝高速公路上已取得了良好的应用效果。

2、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。我国路面基(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车荷载的反复作用下,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,加速了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细料形成泥浆,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。

3、脱空判定方法

3.1 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。

3.2 检测方法

成渝高速公路全线建成通车于1994年,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10t)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。在《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-副点)大于0.06mm的,均认为板底可能出现脱空现象。

4、灌浆加固原理

在现有混凝土路面设计理论中,我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(不脱空)。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、基层裂隙中的积水、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。

4.1 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7.07×7.07×7.07cm立方体试件,标准养护7d,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。由于在现行规范中未对此做明确规定,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1725ml±5ml),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)。其中,在室温条件下,纯水的流出时间为8s(室内试验结果)。表1列出了在标准条件下,不同水灰比、不同材料配比之间的流动度结果及试件强度。从表中可发现水泥净浆不管掺或不掺减水剂,其流动性都比相同条件下水泥粉煤灰浆体的流动性要好。因此,可以看出,二级粉煤灰单位体积的需水量要大于水泥。文献(1)中提出:对于不掺减水剂的水泥净浆,其流动度不应小于16s;掺减水剂的浆体可减小到12s;流动度最大应不大于26s。在施工中,笔者认为浆体流动度不宜过小,控制在20-30s之间较好。否则会产生泌水现象。

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