浅谈水泥混凝土路面病害与养护加固技术

李慧芳

[摘要]水泥砼路面在使用过程中会产生诸多病害,本文尝试通过对旧水泥砼路面板唧泥、脱空等砼路面主要病害的分析,提出采用灌浆技术来解决此类病害。并对脱空的确定、灌浆加固机理、实施等进行了较详细的介绍和分析。从经济的角度评价了灌浆技术的可行性。

[关键词]道路工程 水泥砼路面 脱空分析 灌浆处治 评定

1 前言

水泥砼路面是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。但水泥砼路面接缝较多,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。如何治理与预防脱空、唧泥等病害,搞好水泥砼路面的养护,延长公路的使用寿命,改善其通行能力,具有十分重要的意义。

2 水泥砼面板唧泥、脱空形成主要原因

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、组成以及砼面板接缝状况;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,其模量远小于砼面层的模量。水泥砼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,使砼板的局部范围不再与基层保持连续接触,于是水泥砼路面板底与基(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 脱空板确定

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,能感到砼板有竖直位移时,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。我国部行业标准《公路水泥砼路面养护技术规范》(JTJ073.1-2001)(以下简称《规范》)中也明确规定水泥砼面板脱空位置的确定可采用弯沉测定法。检测方法:主要采用弯沉指标来确定脱空板。首先选取水泥砼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)。

加固机理:在现有砼路面设计理论中,我们把砼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)。同时砼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,砼板很快达到极限寿命。水泥砼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”。

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)。

4 灌浆技术的实施

孔位布设一般为3-5孔,应根据砼面板尺寸、裂缝状况以及灌浆机械等确定。灌浆孔大小应和灌注嘴大小一致,一般为5cm左右。灌浆顺序从沉降量大的地方开始,由远到近,由大到小。灌浆压力的控制应视砼板的损坏及脱空情况具体确定。当浆液从接缝处或另一注浆孔冒出,就可认为完成该孔注浆,即停止注浆,迅速移至另一注孔继续作业。压力一般控制在1MPa-4MPa之间,并停留3min-5min,效果较好。

5 灌浆效果评定灌浆后,应在7d龄期后,再次测量主点弯沉值和副点弯沉值。当主点或差异弯沉值均低于设计要求值时,可认为灌浆效果已经达到。灌浆处治旧水泥砼路面早中期破坏与“换板”相比最大的优点就是利用原路面板。其直接成本随脱空情况及处治目的不同而不同,一般介于10—30元/ m2左右。“换板”翻修砼路面每m²成本一般需120—140元。与后者相比,前者的直接成本明显低。灌浆作为一种治理砼路面病害、及时可行的科学养护技术,具有成本低,见效快,操作简便,对车辆行驶影响小,受自然因素影响小等优点。在公路施工和养护工程中,具有可观的经济效益和社会效益。

6 结语

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,如:高速公路桥头跳车、软土地基处理、机场路加固等。而且由于其处治质量主要控制指标——弯沉与旧板加铺沥青砼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旧板加固中。大多数破损板本身的质量良好,病害主要是由于下承层造成的。有关资料建议灌浆钻孔深度一般为砼板底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”只能改善板本身状态,而板下灌浆通过灌浆压力可把浆液渗透到相邻砼板下,起到灌浆一块板加固几块板的作用。