高速公路水泥混凝土路面板底脱空处理施工技术研究

张勇

（庆阳远通公路工程有限公司，甘肃 庆阳 745000）

1 概述

水泥混凝土路面具有刚度大、使用寿命长、高温稳定性好等优点，在各等级公路中均有广泛应用。但这种路面材料也存在较多缺点，如形成舒适度较沥青混凝土路面低，对基层抗冲刷能力要求较高，易发生板底脱空等病害等。工程实践证明，在各等级水泥混凝土路面中，大量存在板底脱空现象，在行车荷载作用下，进而导致路面断板、龟裂等病害，进一步降低行车舒适度。工程实践表明，使用钻孔灌浆技术能大幅改善水泥混凝土板底脱空问题。

2 水泥混凝土路面板底脱空的成因

水泥混凝土路面板底脱空的形成原因有多种，主要包括外力作用、设计缺陷、施工缺陷[1]等。

2.1 外力作用

路面板块在行车荷载、温度及湿度等多种外力因素的共同作用下，部分区域出现翘曲，在路面板块的中部、角隅、边缘等部位的底面有可能出现脱空现象。再加上地表雨水通过纵、横向接缝渗入基层，逐渐对基层造成不同程度的破坏，随着冲刷的不断加剧，基层表面的细小颗粒不断流失，在板底会出现唧泥，如图1 所示。这种情况出现后，将进一步增加板底脱空区域，严重时，将会导致路面板块断板，甚至龟裂。

图1 水泥混凝土路面板底唧泥形成示意图

2.2 设计缺陷

设计缺陷主要表现在几个方面：一是如果路基局部基底承载力不足或路基局部稳定性不足，都会导致路基发生不均匀沉降。路基发生不均匀沉降后，都会导致路面板底脱空现象发生；二是如果路基排水设施设计存在缺陷，则会导致地表和地下水难以迅速排出路面，从而导致基层和路基冲刷严重，加剧路面板脱空现象的发生；三是基层设计厚度不足，难以解决防冻问题。在北方地区，基层及路基反复发生冻融情况，也会导致路面板底脱空现象。

2.3 施工缺陷

施工缺陷主要表现在未按照设计及规范的要求进行路基和基层施工。如路基基底未进行清表，未按设计要求进行软基处理，路基压实度不足则会导致路基发生不均匀沉降，从而形成板底脱空；如高填路堤、陡坡路堤、填挖交界处未按设计要求处理，则也会导致局部区域发生不均沉降，从而形成板底脱空；如施工单位管理不善，有意或无意减小了基层厚度或改变基层的配合比等，则会导致基层强度不足，基层破损严重时，也会导致路面板底脱空情况的发生。

3 板底脱空情况调查

目前调查水泥混凝土路面板底脱空情况的主要方法有外观评定法、贝克曼梁弯沉检测法、基于FWD 的脱空判别法、探地雷达法、声振法等[2]。本文以贝克曼梁弯沉检测法为例，介绍板底脱空情况调查方法。

检测主要用到的设备有贝克曼梁弯沉仪和BZZ-100型标准车（以下简称“检测车”）。

检测步骤如下：

①封闭待检路段，禁止社会车辆通行；

②按要求布设检测点，由专人将检测车开至检测点指定位置，一般为后轮在检测点正前方30～50mm 处；

③将弯沉检测仪的前梁放置于检测车后轮之间的缝隙处，将百分表安装于弯沉检测仪后梁的测杆上；

④检测车缓慢驶离检测点，百分表指针指向最大值时，读取该读数，记为n1；

⑤检测车驶离检测点3m 开外时，百分表指针回转，待稳定后，读取该读数，记为n2；

⑥按下式计算检测路面的弯沉值，若实测弯沉值超过0.2mm，则可认为该路面存在板底脱空现象。

路面弯沉检测数据统计完成后，再配合其他手段对拟处理的脱空路面板底脱空区域进行调查，编制相应应的施工方案，进行板底脱空处理。

4 水泥混凝土路面板底脱空处理

4.1 交通疏导方案

为保证经济发展，在高速公路上对路面板底脱空进行处理时，往往采取不封路施工的方法来施工。由于高速公路车辆速度快，如果没有进行良好的交通疏导，则极容易发生交通事故。为保证施工安全，应按照《公路养护安全作业规程》（JTG H30-2015）设置作业控制区[3]。作业布置如图2、图3 所示。

图2 高速公路封闭车道养护作业控制区布置示意图

图3 高速公路封闭硬路肩养护作业控制区布置示意图

作业控制区的设置，与高速公路设计时速、作业区域、线路纵坡、交通量等因素综合确定，具体如表1～3 所示。

表1 高速公路养护作业警告区最小长度取值表

表2 高速公路封闭车道时上游过渡区最小长度取值表

表3 高速公路养护作业纵向缓冲区最小长度取值表

4.2 钻孔及压浆

4.2.1 钻孔

水泥混凝土路面板底注浆处理中，多为梅花形布孔，钻孔孔位布置示意图如图4 所示（以路面板5×4m为例）。

如图4 中，每块路面板均布置5 个注浆孔，呈梅花形布置，孔径控制在40～50mm 为宜[4]，且宜与压浆头保持一致，钻孔深度宜控制在0.7m 左右，且穿过基层。为保证钻孔施工安全，钻孔作业人员应保持面向来车方向，且在钻孔作业区100m 外设置专人挥舞红色小旗，以提醒过往社会车辆减速。钻孔完成后的芯样，应妥善保管，不得随意丢弃。钻孔完成后，为保持孔内清洁，可在孔口用木塞堵塞，直至开始压浆。

图4 水泥混凝土路面板底注浆孔位布置示意图

4.2.2 压浆

钻孔完成后，可立即按照经批准的配合比拌制水泥砂浆，拌制前，原材料应经检验合格。浆液应保持适宜的流动度，宜控制在20～30s，可添加一定比例的膨胀剂，以确保压浆饱满。开始压浆前，应仔细检查压浆管路，有必要时可进行压气试验，防止压浆过程中漏浆。压浆宜由低处向高处进行。压浆时，应保持压力在500～1000kPa，然后保持压力稳定，直至浆液从相邻板块的纵、横缝处流出，或路面板有明显抬升方可停止压浆。

4.2.3 养生及二次压浆

压浆完成后，应立即对其进行养生，养生期间不得开放交通，严禁重载车辆碾压压浆区域，以保证浆液强度的增长，经检测浆液强度及路面弯沉值达到设计要求后方可开放交通。若浆液强度已达到设计要求且弯沉值还未达到设计要求，此时应按照压浆的步骤和要求，进行二次压浆，直至浆液强度和弯沉值都满足相关规定。

4.3 质量检验及验收

从前人的研究结论看，荷载型反射裂缝和压浆效果关系非常密切[5]。若压浆效果不理想，板底脱空问题没有得到根本的改善，则路面板会产生一部分竖向位移。可以通过压浆完成3 天后，对所处理板块进行弯沉检测，如果板角处的弯沉值或者横缝处的弯沉差超过设计要求时则应进行二次压浆。验收时，应随机抽查20%，检测不合格的路面板重新进行压浆，直至弯沉值满足相关规定。除弯沉值外，其余检验项目可参照表4 进行检查验收，当表内所有检查项目均合格时，方可验收。

表4

5 结论

压浆是一种水泥混凝土路面板底脱空处理效果非常好的技术措施，也是水泥混凝土路面高速公路养护中最常用的工艺之一。通过对板底脱空部位进行压浆处理，加固了基层及局部路床，填充了由于各种原因导致的缝隙，同时也提高了路基及基层的承载力，能有效减小断板的概率，延长混凝土面板的使用寿命，同时也提高了行车舒适性。值得注意的是，在处理前后都应仔细对路面进行弯沉值检测，通过弯沉值检测，能有效提高压浆使用效率，也能全面对高速公路进行养护。