淺談水泥混凝土路面病害與養護加固技術

李慧芳

[摘要]水泥砼路面在使用過程中會產生諸多病害,本文嘗試通過對舊水泥砼路面板唧泥、脫空等砼路面主要病害的分析,提出采用灌漿技術來解決此類病害。并對脫空的確定、灌漿加固機理、實施等進行了較詳細的介紹和分析。從經濟的角度評價了灌漿技術的可行性。

[關鍵詞]道路工程 水泥砼路面 脫空分析 灌漿處治 評定

1 前言

水泥砼路面是公路路面主要形式之一,在我國公路網構成中占有較大比重。它具有強度高、剛度大、受溫度影響小、使用壽命長等優點。但水泥砼路面接縫較多,對超載較為敏感,易發生脫空、唧泥、裂縫等先期病害,從而導致路面的破損。如何治理與預防脫空、唧泥等病害,搞好水泥砼路面的養護,延長公路的使用壽命,改善其通行能力,具有十分重要的意義。

2 水泥砼面板唧泥、脫空形成主要原因

唧泥和脫空病害的產生有其內在因素和外界因素:內在因素是基層本身的質量、組成以及砼面板接縫狀況;外界因素則是汽車荷載和氣候變化。我國路面基(墊)層材料一般都選用穩定類集料,其模量遠小于砼面層的模量。水泥砼路面在重車荷載的反復作用下,板下基(墊)層將產生累積塑性變形,使砼板的局部范圍不再與基層保持連續接觸,于是水泥砼路面板底與基(墊)層之間將出現微小的空隙,即出現了板下局部脫空,或稱為原始脫空區。同時溫度、濕度的變化,以及板內溫度的非線形分布,引起板向上或向下的翹曲,加速了板與基礎之間的分離,形成板底脫空。脫空的出現又為水的浸入創造了條件,當路面接縫或裂縫養護不及時,雨水從破損處侵入基層,滲入的水將在板下形成積水(自由水)。積水與基層材料中的細料形成泥漿,并沿面板接縫縫隙處噴濺出來,形成唧泥。唧泥的出現進一步加劇了板底的脫空。這樣周而復始,惡性循環,最終導致路面的損壞。

3 脫空板確定

脫空板確定方法:脫空板可采用人工觀察法、彎沉測定法等方法來確定。人工觀察法是通過肉眼觀察接縫、裂縫、唧泥等情況初步判定脫空。當重車行過,能感到砼板有豎直位移時,或下雨之后,有明顯唧泥現象的板塊,認為是脫空。這種方法的缺點是主觀性強,即便是有經驗的工程師也不能避免錯判、漏判。彎沉測定法是測試板角彎沉,如果超過某一限值,即認為存在脫空。我國部行業標準《公路水泥砼路面養護技術規范》(JTJ073.1-2001)(以下簡稱《規范》)中也明確規定水泥砼面板脫空位置的確定可采用彎沉測定法。檢測方法:主要采用彎沉指標來確定脫空板。首先選取水泥砼面板荷載最不利作用位置作為檢測點,宜選取橫縫及縱縫附近的點。采用兩臺5.4m長桿彎沉儀及BZZ-100標準軸載 (后軸軸載為10t)測定車。檢測點分主點、副點。主點位于板橫縫前10cm,加卸載。副點在橫縫后10cm,無荷載(正常行車方向為前)。

加固機理:在現有砼路面設計理論中,我們把砼板看作是小撓度彈性薄板,其假定條件是面板與地基間完全接觸(不脫空)。同時砼板是一種準脆性材料,抗壓強度高、抗彎拉性能差。在正常情況下,面板均勻支承時,無論荷載作用位置,應力都較小。而一旦脫空,板角處由于基礎支撐的喪失處于懸臂狀態,板內將產生過大的應力、剪力,砼板很快達到極限壽命。水泥砼面板灌漿是通過注漿管,施加一定壓力將漿液均勻注入板底空隙、板下基(墊)層中,以充填、滲透、擠密等方式,趕走板底、基層裂隙中的積水、空氣后占據其位置,經人工控制一段時間后,漿液將原來的松散顆粒或裂隙膠結為整體,形成一個良好的“結石體”。

漿液材料基本要求:常用的水泥漿材料包括:水泥、粉煤灰、水、外加劑等。將漿體制成7.07×7.07×7.07cm立方體試件,標準養護7d,其抗壓強度應到5MPa以上。漿體應具有良好的可泵性、和易性、保水性,漿體過稠不能均勻布滿板底空隙,漿體過稀,干縮性大。在施工中,筆者認為為防止漿體的干縮,漿液中宜摻加一定量膨脹劑。流動度是影響可灌性的主要因素,一般流動度越高,可灌性就越好。由于在現行規范中未對此做明確規定,參照預制梁板壓漿施工經驗,采用水泥漿稠度試驗漏斗(體積1725ml±5ml),以漿體自由全部流完的時間作為流動度來控制(詳見《公路橋涵施工技術規范》JTJ041-2000附錄G-11)。其中,在室溫條件下,純水的流出時間為8s(室內試驗結果)。

4 灌漿技術的實施

孔位布設一般為3-5孔,應根據砼面板尺寸、裂縫狀況以及灌漿機械等確定。灌漿孔大小應和灌注嘴大小一致,一般為5cm左右。灌漿順序從沉降量大的地方開始,由遠到近,由大到小。灌漿壓力的控制應視砼板的損壞及脫空情況具體確定。當漿液從接縫處或另一注漿孔冒出,就可認為完成該孔注漿,即停止注漿,迅速移至另一注孔繼續作業。壓力一般控制在1MPa-4MPa之間,并停留3min-5min,效果較好。

5 灌漿效果評定灌漿后,應在7d齡期后,再次測量主點彎沉值和副點彎沉值。當主點或差異彎沉值均低于設計要求值時,可認為灌漿效果已經達到。灌漿處治舊水泥砼路面早中期破壞與“換板”相比最大的優點就是利用原路面板。其直接成本隨脫空情況及處治目的不同而不同,一般介于10—30元/ m2左右。“換板”翻修砼路面每m²成本一般需120—140元。與后者相比,前者的直接成本明顯低。灌漿作為一種治理砼路面病害、及時可行的科學養護技術,具有成本低,見效快,操作簡便,對車輛行駛影響小,受自然因素影響小等優點。在公路施工和養護工程中,具有可觀的經濟效益和社會效益。

6 結語

灌漿技術作為一種新型的加固技術,可廣泛地使用到公路施工其他方面,如:高速公路橋頭跳車、軟土地基處理、機場路加固等。而且由于其處治質量主要控制指標——彎沉與舊板加鋪瀝青砼面層的設計指標相吻合,具有一定科學性,所以也適用于舊板加罩瀝青面層的舊板加固中。大多數破損板本身的質量良好,病害主要是由于下承層造成的。有關資料建議灌漿鉆孔深度一般為砼板底3-5cm,根據施工經驗,鉆孔深度應穿透基層達到墊層中。傳統的“換板”只能改善板本身狀態,而板下灌漿通過灌漿壓力可把漿液滲透到相鄰砼板下,起到灌漿一塊板加固幾塊板的作用。