隧道多孔混凝土排水基层路用性能及施工技术分析

2020-12-11吴海华

工程技术研究 2020年20期

吴海华

（保利长大工程有限公司，广东广州 510620）

随着我国经济的快速发展，公路建设的发展也突飞猛进。高速公路大规模扩建，向山区方向延伸的趋势已成必然，隧道建设的规模也在逐渐扩大。对于隧道建设而言，突出的问题是道路排水不便，这严重影响着路面的交通安全性以及舒适性。华南地区属于多雨地带，降雨会使隧道渗水和地下水发生变化，给路面带来很大的损害。为减少相关损失、降低经济投入，解决这一问题对道路工程而言非常重要。

1 工程介绍

广东龙怀高速石凹顶隧道处于华南多雨带，有极其丰富的地下水，若不立即排出，隧道路面便会在车辆载荷和水的联合作用下受到损害，缩短道路使用期限。保利长大工程有限公司相关工作者基于此隧道，在前期试验基础上提出多孔混凝土相关工艺，研究出一类隧道专用混凝土，7d的设计抗压强度为10MPa，抗弯拉强度≥1.2MPa，孔隙率≥20%（±3%）。鉴于此，文章提出隧道多孔混凝土排水基层相关的施工工艺及质量检测方法，以有效减少路面受损情况，增加隧道路面使用期限。此次研究主要是对隧道多孔混凝土排水基层路用性能及施工工艺进行分析，并提出相关理论及施工技术，为隧道路面施工提供科学依据，同时也是对广东省隧道路面施工相关标准规范的进一步完善。另外，此次研究也对华南地区隧道多孔混凝土路面推广有一定的促进作用，促使公路运营的效益进一步提高，且意义重大。

2 隧道多孔混凝土排水基层路用性能

2.1 排水性能

此次研究设计的多孔混凝土相关基层配合比，已完成设计的排水基层材料7d抗压强度为10MPa，孔隙率为23%，所对应渗透系数是1.6cm/s。此隧道设计是左右分离式[1]。

（1）排水基层相关设计要求。在进行排水基层的设计时，相应的技术要求具体有如下几方面：第一，在设计基层排水系统时，应考虑上游排水能力小于下游。第二，为避免在确认渗入量估值以及排水材料相应的渗透系数时发生错误，避免建设过程中一些不确定因素的影响，要求相关设施在排水方面必须做好万全准备，确保排水安全。第三，若自由水于道路内径流时间过长，流经的道路偏长，路面结构就会因为在水中浸泡时受到一定的损害从而降低其强度，进而降低路面质量以及使用期限。若是在冰冻区域，水在基层中停留的时间过长，便会结冰，引起体积膨胀，阻碍排水通道，最后引起膨胀破坏等相关问题。因此，应当对路面内部的水流时间及流经路程进行限制，将其尽量排出路界之外。相关研究数据显示，在重交通路段最大径流时间应低于2h，轻交通路段径流时间应低于3h，在冰冻区域的径流时间应低于1h，水渗流路径应低于45.60m，若是冰冻区域，水渗流路径需更短。第四，检验排水设施耐久性。应避免道路使用期间因为一些细微的杂物引起排水设施发生堵塞等情况，从而降低排水设施相应的排水力[2]。

（2）渗入水量的设计及确定。渗透路面的水包含两种：第一，大量地下水浸透防水垫或从切缝渗透到基层；第二，大量车辆行驶带来的水自上而下渗透，导致隧道路面潮湿。影响两种渗透自由水渗入量的因素是路面的裂缝或接缝的宽度、数量以及被堵塞情况，基层孔隙率以及透水性，外部水压力以及所持续的时间，等等。在进行渗入水量设计时，关键在于确定其渗入率。由于很多外部因素的影响，在设计时所需考虑的内容较多，因此在计算外部水渗入率时，无法获得最精确的数值，具体数值的确定，需按照当地的实际情况及相关经验来进行估算[3]。

2.2 多孔混凝土基层耐疲劳性能

为证实此次研究中多孔混凝土基层耐疲劳性，判断其在道路的荷载作用下的力学性能变化情况，采用疲劳试验来对其进行验证，观察基层的路用性能。当前，用来验证基层耐疲劳性的方式有两种：（1）实际路段。利用设计车辆对其进行反复作用，再判断其疲劳性能。例如，修建一段大型试验路段，采用模拟汽车对其反复作用，再对路段的耐疲劳性进行测量。（2）室内试验。利用相关试验机模拟车辆荷载，并采用试验试件代替路面，对其疲劳性进行分析。前者的优势是所得结果比较准确，并且可以真实反映路段的实际情况，缺点是成本高、所需的试验时间比较长。因此，现在通常会采用实验室的方式测验基层耐疲劳性。以文章中的研究对象为例进行多孔混凝土基层耐疲劳性试验，选择的大梁试件为150mm×150mm×150mm。在试验中，选择应力控制的模式，于三分点处加压。为了使所得的压力值真实有效，并与实际的受力情况相符，选择Havesin波来实行动态周期压载。其所呈现的波形如图1所示。其中，Pmax为最大荷载；Pmin为最小荷载；T0为加载周期；P0为荷载振幅，也就是最大荷载与最小荷载之间的差值[4]。

图1 疲劳性能加载波形图

3 隧道多孔水泥混凝土基层路面结构设计与施工技术

3.1 应力分析和结构设计

在进行设计的过程中需按照业主所提供的相关设计图，将公路自然区提炼出来，并对当量轴次进行累计，再根据实际的交通等级、目标可靠程度、混凝土弹性模量、安全等级、轴载等资料进行计算。计算过程中利用三维有限元技术以及规范算例，得出不同荷载下不同结构隧道路面的荷载分布，并对多孔混凝土排水层相应的荷载力分布原因进行分析，最终得出隧道排水路面相应的结构[5]。

3.2 施工工艺和质量控制

据以往经验，多孔混凝土是无坍落度干硬混凝土，这就与普通水泥的混凝土在施工技术上有所不同，多孔混凝土的施工技术更具特殊性。因此，在进行施工的过程中，可以利用基层摊铺机摊铺，使用压路机碾压，并通过现场试铺以及室内试验确定相应的松铺系数。由于多孔混凝土的基层材料集料孔隙率较大，其水分也会较快散失，因此在进行搅拌时所需用水量会高于设计值，这样即使在运输混合料或等待运输过程中损失了一部分水分，到施工摊铺时也还在最佳含水量状态，具备设计施工和易性。因为多孔混凝土的水分散失比较快，所以需在1h内将混合料自车中卸载施工，保持运距在10km以下，并需保证所有的混合料在2h之内碾压成型，整个施工过程应根据较高标准来实行。在施工之前，还需对基层实行清扫，对于局部转角的地方，可采用空压机吹扫，再使用水冲洗，以保证其没有杂物、灰尘和积水。在摊铺之前，应当保持下承层的表面湿润，可采用洒水的方式实现，这样起到补充水泥水化反应用水的作用。对于垂直施工缝，通常都会做成二级斜槎，并保持缝线的平直。斜槎宽和高的比是1∶1.15。此次研究中，主要是根据试验地段相关工程研究多孔混凝土基层排水的施工技术，其目的是获得更准确的施工参数[6]。

3.3 施工流程

在进行多孔混凝土排水基层施工时，应考虑其与一般水泥基层施工不同。其施工的控制方法表现为，应确保基层摊铺以及碾压工序的衔接联系紧密，还要重视基层的压实度及孔隙率，预防多孔混凝土基层的拌合物发生离析或者松散等不良情况。整个施工流程包含了施工前的准备、搅拌混合料、运输、摊铺和整平、覆膜养生，最后对施工质量进行检查并验收[7]。

3.4 多孔混凝土基层和面层之间的处治技术

基层与面层之间的处治就是对已经施工完成并经过检测合格的基层和需要铺设的面层隔离进行处治，其目的如下：（1）预防在面层施工过程中水泥砂浆渗入多孔混凝土的基层中，使孔隙发生堵塞，进而导致基层排水性能降低甚至是消失；（2）在道路使用的过程中，可以很好地隔离基层内从上到下的渗透水，防止面层被水损害；（3）层间处治能够起到相应的隔离、连接作用，也有其他的特殊性能。此次研究路段中，建议采用防渗复合土工织物来当作连接层。