水泥混凝土路面预制拼装路面板底后处理研究

2015-07-04缪建国

信息周刊 2015年2期

关键词：水泥混凝土路面

缪建国

【摘要】本文首先讲述了板底脱空原因分析，接着说明了检测方法，然后介绍了注浆加固技术施工，最后介绍了板底封堵施工工艺。

【关键词】水泥混凝土路面；预制拼装路面；板底后处理

一、前言

水泥混凝土时较为常用的路面，它有着强度高，刚度大，板体性强以及耐久性好的优点。预制拼装路面优势会出现局部空洞的现象，这时就需要对这些现象进行处理。

二、板底脱空原因分析

水泥混凝土属于刚性路面，板体刚度较大，在使用过程中面板底部会出现不同程度脱空，大量实践也已表明：板底脱空是水泥混凝土路面的一种客观存在，其形成原因主要包括以下4个方面。

1、板底材料的塑性变形

由于使用年限的不断增加，交通量的增大，水泥混凝土板底材料会出现一定的塑性变形，荷载驶离后，这部分塑性变形不能完全恢复，将长期存留于基层和土基中，形成局部支撑条件弱化或脱空。同时，由于材料和施工的非均匀性，塑形变形的评估更多具有不可预测性。

2、雨水的冲刷和泵吸

水分通过水泥混凝土路面的接缝或裂缝渗入路面内部，到达基层的弱化部位和脱空处，在行车荷载作用下，冲刷基层材料，恶化板底的支撑条件，增大脱空面积。同时，由于车轮的动载效应，水分将携带着基层颗粒材料从面板的接缝和裂缝处被挤出，形成唧泥，进一步加剧了板底脱空。

3、结构设计中的薄弱环节

因水泥混凝土材料的热胀冷缩特性及施工需要，水泥混凝土路面接缝较多（缩缝、胀缝及纵缝等），这为雨水的侵入提供了便捷通道，是致使路面损坏的诱导因素。并且伴随接缝处密封材料因多种原因而丧失正常功能，更是大大降低了其有效抵抗雨水侵入的能力，成为水泥混凝土路面抵抗外界条件的薄弱环节。

4、养护和维修不及时

伴随路基及基层的塑性变形、水分的冲刷和淘空及结构设计中存在的先天不足，水泥混凝土路面在使用一段时间后会出现板底脱空的先兆，如相邻板错台、细微裂缝及雨天过后的唧泥等症状，如及时养护维修，可有效控制其损坏程度。而当前缺乏系统有效的板底脱空甄别手段和处治技术，致使路面未能得到及时养护和维修，导致水泥混凝土路面的使用寿命显著缩短。

三、检测方法

1、人工判定法

目前，在某些特定的情况下，技术人员只能凭经验来大致判定水泥混凝土板的脱空状况。非施工期间水泥混凝土板的裂缝、断板以及较大的破碎板块，可以通过相邻板块之间的错台、路面唧泥、车辆行驶通过水泥混凝土板块发出的声音来来判断是否脱空。但是，一些看起来既没有裂缝又没有破碎的板块，其板底仍可能存在脱空，这种脱空判别起来比较困难，人工判定就远远不能满足要求了。且人工判定法受影响因素太多，一般用来对某些路段的损坏情况进行初步判断或作为其他检测方法的辅助手段来进行。

2、贝克曼梁式弯沉仪对水泥混凝土板脱空评定

贝克曼梁式弯沉仪是由美国A.C.Benke1man于1953年发明，并应用于AASTO试验路，后来作为补强设计与施工时弯沉检验的手段，在全世界得到了广泛的应用。贝克曼梁式弯沉仪由贝克曼梁、百分表及支架组成。贝克曼梁由合金铝制成，上有水准泡，前臂（接触路面）与后臂（装百分表）长度比为2∶1。它的主要部件是一根量测杆，它铰接在一根有三点支座的基础梁上，测杆一端的弯沉值，用置于测杆另一端的百分表或千分表来量测。

3、FWD检测方法

FWD通过计算机控制下的液压系统提升并下落重锤，对路面施加脉冲荷载。荷载的大小通过改变重锤和提升高度可在相当大的范围内调整，并通过刚性圆盘作用到路面上，路面的变形由5～9个传感器测定。FWD具有精度高、能较好模拟行车荷载的动力作用等特点，其提供的时程数据中含有丰富的路面强度信息和结构层内部信息，但其数值分析技术有待进一步发展。从国内外现有的分析结论看来，FWD实测弯沉盆在脱空的检测方面表现出了一定的希望，但对板底脱空定量判断方面目前还缺少有效的评定方法。

4、探地雷达

探地雷达由主机、天线和配套软件等几部分组成，根据电磁波在介质中的传播特性，发射天线向地下发射高频脉冲电磁波，当遇到地下不均匀体时会反射一部分电磁波，其反射系数主要取决于介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别地下目标物的目的。

四、注浆加固技术施工

1、注浆加固原理

由于水泥混凝土板抗压能力强，抗弯、抗剪能力差，正常情况下，面板均匀受压，应力较小；若是板底脱空，在荷载的作用下，混凝土板就会产生较大弯矩及剪应力，混凝土板就会被拉裂；地基注浆加固技术是用液压、气压或电化学原理通过注浆管把浆液均匀地注入土层中，填充、渗透和挤密驱走土颗粒间的水分和气体，并填充、硬化后将土颗粒成一个整体形成一个强度大、压缩性低、抗渗性高和稳定性良好的新的土体，注浆改善了板底原有受力狀态，恢复板体与地基的连续性，达到加固基础、治理病害的目的。注浆加固技术目前已广泛用于铁路和公路路基加固、暗挖隧道土体加固、市政管线顶进加固等方面。

2、注浆加固施工

以京广高铁定州东保养点院内水泥混凝土道路为例，院内多为回填土，由于前期施工过程中质量控制不严，造成基底密实度不足，同时由于雨水浸泡，使之道路下面基底沉降严重，造成混凝土板下脱空严重，混凝土路面无法承受荷载产生的的竖向剪力，易导致路面破损，需采用注浆加固技术对其进行加固。

（一）、浆液材质配制

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，养护7d后，使其抗压强度达到5MPa以上，制成的浆体应具有良好的可泵性、和易性、保水性。

本工程注浆采用纯水泥浆灌注，浆液拌制采用水泥净浆搅拌桶拌制。浆液拌制配合比初步确定为水泥：水=1：0.45。

（二）、注浆施工

注浆孔位布设应根据路面板的大小、下沉量大小、裂缝状况以及注浆机械、注浆压力来确定，一般为3～5孔，注浆孔大小应和注浆嘴大小一致，一般为5cm左右。灌注机械可用压力灌浆机或压浆泵。灌浆顺序应从沉陷量大的地方开始，由远到近，由大到小。灌浆压力的控制应视混凝土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。待浆体抗压强度达到3MPa时，用水泥砂浆堵孔，进行浆液养护（一般为7天），达到强度后即可开放交通。

（三）、注浆效果评价

注浆成果的好坏直接关系到混凝土板块的使用寿命和施工的经济价值，对注浆成果的检测可采用如下几种方式进行。一是直观观察压浆前后重型车辆通过脱空板时的运动位移情况（限于压浆前有明显垂直位移的板块），压浆前后对比相当明显，板的翘动、震动幅度明显降低，垂直位移大幅度减小；二是钻孔取芯检查灰浆充填情况；三是可以采用贝克曼梁测弯沉法对压浆板逐块检测板四角弯沉值。

3、注浆加固技术存在的问题

采用注浆技术处治板底脱空是一种新型的处理措施，但目前还存在一些问题：注浆处理脱空、断板、错台、沉陷等病害具有一定的效果，但通车实践表明，压浆处理过的板块会产生新的以封孔为核心的放射状裂缝，在抬升错台、沉陷板块时，会产生板角翘曲的现象。

由于压浆浆液分布不密实，容易产生应力集中点，形成桌腿式支撑和新的空隙。

五、板底封堵施工工艺

1、设备配置

在选取灌浆设备时，一定要遵循相互配套的原则，经比选后所采用设备及其功能：取芯机、与其配套的发电机、制浆机及储浆罐、注浆泵、发电机组和运水车辆。此外，还要配有各种必要的软管、强制断流器和旁通、带保护的压力计、胶塞、冲刷钻孔用的工具、钻孔用钢钎和凿子等。各设备的布置主要以围绕压浆施工的制浆、搅浆、灌浆3大主要工序顺利协调展开为原则。

2、注浆钻孔布置施工

注浆孔布设应根据路面板的尺寸、下沉量大小、裂缝状况以及灌浆机械确定。在路面上打孔，空的大小应和灌注嘴的大小一致，一般为50mm左右，灌浆孔与面板边的距离不应小于0.5m。在一块板上，灌浆孔的数量一般为5个，也可根据情况确定，布孔多，灌浆效果好，但不经济，且对路面板造成过多損害；孔少灌浆效果不够好。

3、制浆

浆液配制的关键是如何确定浆液的配合比。配合比要求能保证浆液在注浆时有较好的流动度、较快的固结速度以及浆液在凝固后具有较高的弯拉强度和较小的体积收缩。可通过室内试验确定浆液的最佳配合比。板底脱空灌浆材料，宜选择流动性高，具有一定微膨胀能力的水泥砂浆或水泥浆。主要技术性能应达到如下要求：

①具有自流淌密实性。

②早期具有一定微膨胀性能，砂浆14天水养护膨胀率大于0.02%。

③凝结时间适中，初凝时间不早于2h，终凝时间不超过3.5h。

④早强好，12h抗压强度应达到3.5MPa。

4、压浆

压浆工序由注浆泵完成。注浆泵从储浆罐中吸取浆液，经过泵压后经高压胶管注入水泥混凝土板底。压力控制在0.3～0.8MPa，并以0.3MPa恒压持续约5min。当出现下列情况之一时，停止压浆：

①浆液不断从混凝土板接缝或相邻注浆孔中冒出。

②灌浆泵泵压持续上升超过2.5MPa。