采用灌浆技术处治旧水泥混凝土路面病害探讨

摘　要:水泥混凝土路面在使用过程中由于重载和自身的老化,会产生多种病害,本文通过对旧水泥混凝土路面板唧泥、脱空这两种路面病害的分析,提出采用灌浆技术来解决此类病害。并对脱空位置的确定、灌浆机理、施工等方面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:道路养护;旧水泥混凝土路面;脱空分析;灌浆处治;经济评价

中图分类号:U416. 216 　　　文献标识码:C 　　　文章编号:1008 - 3383 (2006) 12 - 0005 - 01

　　水泥混凝土路面因其强度高,耐久性好,能适应重载、高速而繁重的汽车运输要求而成为我国公路路面主要形式之一,在我国公路网中占有较大比重。但水泥混凝土路面由于重载、本身施工接缝较多、以及外在不利条件和自身的老化,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,搞好水泥混凝土路面的养护,使其保持良好的路况,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。采用灌浆技术处治脱空、唧泥等病害,是合理的、经济可行的养护旧水泥混凝土路面的一种方法,并且在实践中取得了较好的效果。

1 　水泥混凝土面板唧泥、脱空形成的主要原因

　　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、组成以及混凝土面板接缝状况;外在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,以及板内温度的不均匀变化,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挤出来,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。

2 　脱空板确定方法及检测方法

　　水泥混凝土面板脱空板可采用弯沉测定法来确定。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》(J TJ 073. 1 - 2001) 中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。首先选取水泥混凝土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. 4 m 长杆弯沉仪及BZZ - 100 标准轴载(后轴轴载为10 t ) 测定车。检测点分主点、副点。

　　主点位于板横缝前10 cm ,加卸载。副点在横缝后10 cm ,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30 cm 左右,待弯沉车驶离测试扳块,方可读取百分表值,凡弯沉值超过0. 2 mm的,应确定为板块脱空。

3 　灌浆技术的施工原理

　　在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法是在板下通过注浆管,施加一定压力,灌入水泥材料、粉煤灰等材料,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,经养生一段时间后,使板体恢复到原来位置,达到加固基础,治理病害的目的。

4 　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 cm ×7. 07 cm ×7. 07 cm立方体试件,养护7 d 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,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,有时为防止浆体的干缩,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》J TJ 041 - 2000 附录G - 11) 。其中,在室温条件下,纯水的流出时间为8 s (室内试验结果) ,浆体流动度不应小于16 s ,掺减水剂的浆体可减小到12 s ,流动度最大应不大于26 s。在施工中,笔者认为浆体流动度不宜过小,控制在20～30 s之间较好,否则会产生泌水现象。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不同,在相同水灰比情况下,流动性随着水泥与粉煤灰的比例产生变化,同时,粉煤灰比例也影响水泥浆的后期强度,水灰比越大,则浆体的强度会逐渐降低,因此,不宜采用过大的水灰比。在施工中采用的浆液配比为水泥:粉煤灰:水:早强剂= 1 :0. 5 :0. 7+ 0. 5 %。在取得大流动性的前提下,保证了浆液的强度。

5 　灌浆技术的施工

　　灌浆技术分为水泥灌注法和沥青灌注法,灌浆孔位布设应根据路面板的大小、下沉量大小、裂缝状况以及灌浆机械、灌浆压力来确定,一般为3～5 孔,灌浆孔大小应和灌注嘴大小一致,一般为5 cm 左右。灌注机械可用压力灌浆机或压浆泵,灌注压力为300～500 kPa。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3 MPa 时,用水泥砂浆堵孔,即可开放交通。

6 　灌浆效果评定及经济效益评价

　　灌浆后,应在7 d 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,原混凝土面板通过灌浆提高了板底承载力。灌浆处治旧水泥混凝土路面早中期破坏与“换板”相比最大的优点就是仍利用原路面板,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Pm2 左右。“换板”翻修混凝土路面每平米成本一般需120～140 元。与后者相比,前者的直接成本明显低。同时对于旧水泥混凝土路面来说,脱空病害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,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混凝土板下,起到灌浆一块板加固几块板的作用。由此可见,灌浆作为一种治理旧混凝土路面病害,是及时可行的科学养护技术,操作简单,成本低廉,效果明显,对车辆行驶影响小,通过灌缝修补技术,避免了交通事故,更好地延长了水泥混凝土路面的使用寿命,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。

　　通过我们对唧泥、脱空板形成原因及灌浆技术加固原理和经济效益的分析,我们认识到灌浆技术是当前处治旧水泥混凝土路面病害的一种经济可行的养护方法,同时我们更应加强旧混凝土路面接缝的养护,及时疏导路面积水,在公路基层(垫层) 施工过程中严格控制细集料含量,以预防路面先期病害的发生,从而延长公路的使用寿命。