隧道水泥處置碎石排水基層配合比設計及應用

郭小玉

滲漏水是隧道常見病害之一。由于地下水對隧道路面的破壞，致使路面在使用期間出現各種裂縫、松散、坑槽、錯臺、底板脫空等病害，極大地降低了隧道路面的使用壽命和行車安全。因此，良好的隧道防排水，是保證隧道耐久性和行車安全的重要條件。

目前我國隧道使用最多的結構形式是半包式復合襯砌防排水結構，隧道內滲水和地下水主要是通過襯砌和路面排水層匯入到中央主排水管排出洞外。以前的隧道路面基層主要是水泥穩定層或水泥混凝土找平層，排水效果不佳，在雨水較多、裂隙極發育的地方排水不暢，極易形成水壓力，特別是在沒有設置仰拱的地段，容易造成路面的破壞。所以，設置排水基層就顯得尤為重要。

1 工程概況

陜西省安毛高速公路牛山隧道隧址區地質為弱風化泥質板巖、石炭互層，變余結構，板狀構造，片理，節理較發育，局部小型的褶曲發育，巖石呈中～薄層狀結構，圍巖穩定性較好。施工時洞室會有滲水、滴水現象。為了預防隧道路面受水侵蝕破壞，在路面下設置20 cm厚水泥處治碎石排水基層，將地下水和從襯砌背后匯聚的裂隙水引入路面中心排水溝，見圖1。

2 排水基層混合料配合比組成設計

2.1 排水基層設計的技術要求

排水基層由水泥處置不含或少含粒徑4.75 mm以下細集料的開級配碎石集料組成，要求7 d浸水抗壓強度不得低于3 M Pa，水泥處置碎石集料透水系數在1 000 m/d～6 000 m/d之間。

2.2 原材料

1)水泥:可以采用普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥或火山灰水泥，但應選用初凝時間大于3 h，終凝時間較長的水泥。選用聲威普通硅酸鹽P.O42.5水泥。2)集料:集料使用質地堅硬、耐久、潔凈的碎石，其壓碎值不應大于30%，最大粒徑不應超過26.5 mm，集料級配應滿足透水性要求，透水系數不得小于300 m/d，最好選用3種～4種集料摻配而成，這樣有利于更好地控制集料的級配，本工程選用3種集料摻配。3)水:飲用水均可。

2.3 配合比設計

1)分別按水泥劑量8%，10%，12%配制同一土樣，不同水泥劑量的混合料。2)用重型擊實試驗確定各種混合料的最佳含水量和最大干密度，試驗結果見表1。3)按規定壓實度(高速公路基層為98%)計算不同水泥劑量的試件應有的干密度。4)按最佳含水量和計算得出的干密度制備試件，不同劑量的混合料制備φ 150 mm×150 mm試件各9個。5)試件在規定溫度(20±2)℃下保濕養生6 d，浸水24 h后進行無側限抗壓強度試驗，計算試驗結果的平均值及偏差系數見表2。6)根據表2，選用水泥劑量10%的混合料做滲透試驗，按照選定的混合料配比即水泥∶碎石=10∶100，最大干密度2.28 g/cm3，最佳含水量3.6%，換算成每立方米用量為水泥∶碎石∶水=207∶2 073∶82=1∶10∶0.396。 重復拌和試料3次，并測定3次試驗結果的算術平均值，作為水泥處置碎石的滲透系數。每次拌和試料用量為15 L，各材料用量見表3。

表1 重型擊實試驗結果

表2 無側限抗壓強度試驗計算結果

表3 各材料用量 kg

經過成型成150 mm×150 mm×550 mm的立方體試件養護處理后，即可用常水頭滲透儀進行滲透系數試驗。3次試驗結果分別為 1 760 m/d，1 827 m/d，1 827 m/d，算術平均值為1 805 m/d，符合設計規范要求在1 000 m/d～6 000 m/d范圍內。

3 施工質量控制

1)施工準備。水泥處置碎石排水基層所需的各種原材料已到場，機具設備(壓路機)、人員已到位。2)測量放線。嚴格測量放線，設計高程和中線控制樁點，嚴格控制基層表面平整度，基層高程、坡度滿足施工規范要求，仰拱填充的頂面高程、坡度應滿足設計要求。3)開挖清底。本隧道采用仰拱及C15混凝土填充的形式，對超高的混凝土填充必須用淺孔爆破或人工挖除進行處理，超低段用和基層相同的水泥處置碎石回填處理，并碾壓密實平整。超低深度大于20 cm的進行分層碾壓回填。在施工排水基層前，利用機械和人工相互配合把基層底的虛渣和雜物進行清除，表面清洗干凈，經檢驗達到規范要求后，再進行下一道工序。4)拌料。混合料在中心拌合站生產。所有拌合設備都應按比例(質量比)加料，配料要精確。拌和要均勻，實際施工時水泥用量應不小于設計的0.5%，水用量則應不小于最佳含水量的1%，使混合料運到現場攤鋪碾壓時的含水量不小于最佳值。5)運輸。混合料采用自卸汽車直接運至施工現場，運距遠時，運送混合料的車廂應加以覆蓋，以防水分損失過多。6)攤鋪。采用人工進行全幅攤鋪，但攤鋪必須均勻，若粗細料有離析現象，應以人工或機械補充拌勻。為保證路基兩側的壓實度，路面水泥處置碎石排水基層攤鋪寬度應大于設計路面寬度(每側)5 cm～8 cm，待碾壓完成后，馬上修整到設計寬度。7)整形。用人工整形時，應用鍬和耙先把混合料攤平，用路拱橫板初步整形:在碾壓前用人工進行攤平，使其縱向順適，橫縱坡、標高符合規范要求，必須將高出部分刮除，并清理干凈。8)碾壓。運輸車輛將拌和好的混合料運到現場后，根據松鋪厚度標線進行攤鋪、整平，用3 m直尺橫向刮平，多推少補，掛線調整橫坡。攤鋪路段長度采用時間控制，一般控制在2 h以內，根據拌和與運輸能力，該項工程鋪筑長度約15 m。9)施工控制。a.水泥劑量:采用EDTA滴定法測定，每日檢測至少4次，保證水泥含量。b.集料級配:采用篩分法，若細集料增多，要及時調整集料的比例，每日至少測兩次。c.含水量:拌和時稍大于最佳含水量0.5%;作為現場控制，采用酒精燃燒法速度快，發現問題能及時調整。d.壓實度采用灌砂法，每2 000 m2檢查6點以上，滿足最大干密度98%的壓實要求，不足時要及時補壓，但不宜超壓，避免破壞結構空隙。e.強度:在施工時要求每天至少制作 1組φ 150 mm×150 mm 試件，每組9個，測 7 d(6 d標養，1 d浸水)飽水無側限抗壓強度。10)養生及交通管制。每段碾壓完成后應立即進行草袋覆蓋后灑水養生至少7 d，避免用大水沖，隧道為風口，每天應多次補充養生水，在養生期間水泥處置碎石排水基層應保持潮濕狀態，除灑水車外，應封閉交通。

4 質量檢驗

1)平整度。使用3 m直尺測定最大間隙，首尾相連連續測量10尺，以行車道車輪輪跡帶作為連續測定的標準位置。2)厚度及完整性。根據現行規范要求，采取隨機取樣的方式，這里使用路面取芯鉆孔機鉆檢測排水基層的厚度及完整性。由于排水基層強度較低，芯樣很容易遭破壞，所以使用直徑150 mm的鉆頭。隨機選取兩個點，進行鉆孔取芯，并量取取出的芯樣的長度，分別為20.6 cm和21.5 cm，都超過設計厚度20 cm。觀察所取出的芯樣，發現芯樣表面均勻完整，無夾層及松散顆粒，表明完整性良好。3)滲透系數。根據隨機取樣原則，在具有一定強度的排水基層上，用切割機截取長約70 cm，寬30 cm，厚為排水基層厚度的長方體試樣，經加工成550 mm×150 mm×150 mm的長方體試塊，經密封處理后，養護1 d即可進行滲透系數試驗。經試驗測得水在試件中滲流時間為25 s，滲透系數為1 900 m/d，符合設計要求。

5 結語

隧道排水基層就是針對排除由路面地下水、接縫、裂縫或空隙，或通過二襯滲入路面結構中的水而設置的排水層。通過縱向和橫向的排水系統。將進入路面結構中的水迅速排出洞外，減少其對路面結構的危害，延長使用壽命。實踐證明，在隧道路面設計和施工中，設置水泥處置碎石排水基層，不僅經濟實用，節約成本，而且還有效地解決了隧道基層排水的難題，提高路面混凝土的耐久性，保證了路面的行車安全。

[1] JTG D70-2004，公路隧道設計規范[S].

[2] JTJ 018-97，公路排水設計規范[S].

[3] 張立同.對水泥穩定碎石基層施工的探討[J].山西建筑，2008，34(2):290-291.

[4] JTJ 034-2000，公路路面基層施工技術規范[S].