陸劍波

（上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海市 200023）

1 概述

錯(cuò)臺(tái)是水泥混凝土道面常見(jiàn)的一種病害。錯(cuò)臺(tái)形成的原因有很多，一般常出現(xiàn)在柔性基層的道面。主要是由于基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致基層跟隨基礎(chǔ)變形，進(jìn)而導(dǎo)致道面板底出現(xiàn)脫空。而如果板塊接縫傳荷能力較差，板塊與周邊板塊無(wú)有效連接時(shí)，板塊就會(huì)跟隨基層變形，與周邊板塊形成錯(cuò)臺(tái)，見(jiàn)圖1。

圖1 道面錯(cuò)臺(tái)照片

錯(cuò)臺(tái)是一種病害，其危害主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）一旦形成錯(cuò)臺(tái)，相連區(qū)域接縫嵌縫料與道面之間的粘結(jié)會(huì)失效，會(huì)形成地表水下滲通道，導(dǎo)致基層材料浸水。輕微時(shí)會(huì)形成唧泥病害，長(zhǎng)期累積作用會(huì)進(jìn)一步發(fā)展形成脫空病害，影響道面結(jié)構(gòu)承載能力。

（2）影響道面服務(wù)水平。道面錯(cuò)臺(tái)達(dá)到一定程度時(shí)，飛機(jī)在行駛通過(guò)時(shí)會(huì)有明顯的顛簸感，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)對(duì)飛機(jī)通行形成障礙。

2 錯(cuò)臺(tái)的處置方法

從處置手段來(lái)看，一般分為以下四種：

（1）不處置道面。對(duì)于錯(cuò)臺(tái)較輕微時(shí)（錯(cuò)臺(tái)量小于5 mm），道面可不作處置，但需要更換附近接縫的嵌縫料，防止出現(xiàn)唧泥和脫空病害。

（2）板塊研磨。當(dāng)錯(cuò)臺(tái)量較大時(shí)，可以通過(guò)板塊研磨來(lái)緩解和消除錯(cuò)臺(tái)，見(jiàn)圖2。研磨平整后仍需更換接縫嵌縫料。

圖2 研磨消除錯(cuò)臺(tái)示意圖

（3）補(bǔ)丁修補(bǔ)。當(dāng)錯(cuò)臺(tái)嚴(yán)重時(shí)，可以采用補(bǔ)丁修補(bǔ)方法來(lái)消除錯(cuò)臺(tái)，見(jiàn)圖3。補(bǔ)丁修補(bǔ)后仍需更換接縫嵌縫料。

圖3 補(bǔ)丁修補(bǔ)消除錯(cuò)臺(tái)示意圖

（4）注漿。前三種方法都是治標(biāo)不治本的方法。錯(cuò)臺(tái)的產(chǎn)生往往是由于基礎(chǔ)不均勻沉降引起，雖然通過(guò)板塊研磨和補(bǔ)丁修補(bǔ)能夠暫時(shí)緩解和消除錯(cuò)臺(tái)病害，但由于基礎(chǔ)問(wèn)題未解決，仍有可能繼續(xù)產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，要消除錯(cuò)臺(tái)，應(yīng)先解決好基礎(chǔ)的問(wèn)題。通過(guò)基礎(chǔ)注漿可加固基礎(chǔ)，同時(shí)通過(guò)精確抬升控制，可以有效緩解甚至消除錯(cuò)臺(tái)病害，是最科學(xué)的處置手段。但由于施工難度大，工藝復(fù)雜，一般適用于大面積嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)的處置。

以上處置方法可單獨(dú)使用，也可結(jié)合使用。如在板塊研磨和補(bǔ)丁修補(bǔ)前，可以先對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行注漿加固。對(duì)于大面積嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)，應(yīng)優(yōu)先選擇注漿處置方式，因?yàn)橛锌赡茉搮^(qū)域基礎(chǔ)存在嚴(yán)重問(wèn)題，如只做表層修補(bǔ)，以后道面可能會(huì)再次出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)。

3 注漿處置錯(cuò)臺(tái)工程案例分析

上海某機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪內(nèi)排水溝與相鄰道面板塊出現(xiàn)大量嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，最大錯(cuò)臺(tái)量超過(guò)20 mm，影響飛機(jī)的正常通行。現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，共有197塊板存在嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)。由于錯(cuò)臺(tái)量大，且經(jīng)專家認(rèn)證，錯(cuò)臺(tái)是由于基礎(chǔ)不均勻變形導(dǎo)致，經(jīng)過(guò)方案論證，決定采用注漿來(lái)徹底解決這一問(wèn)題。錯(cuò)臺(tái)區(qū)域道面與排水溝的結(jié)構(gòu)剖面見(jiàn)圖4。

圖4 道面結(jié)構(gòu)剖面圖

這是我國(guó)機(jī)場(chǎng)首次采用注漿來(lái)大范圍精確抬升道面板塊，工程難度非常大。機(jī)場(chǎng)對(duì)道面平整度要求高，注漿方案提出注漿后最大錯(cuò)臺(tái)量不得大于3 mm，對(duì)施工控制要求非常嚴(yán)格。同時(shí)由于施工周邊區(qū)域24 h不停航，屬于真正的不停航施工，施工過(guò)程中任何細(xì)小的失誤都有可能影響機(jī)場(chǎng)運(yùn)行安全，一旦出現(xiàn)問(wèn)題后果非常嚴(yán)重。因此需要制定非常完善的注漿施工方案。其中包括確定以下幾個(gè)最為關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)：

（1）注漿深度

錯(cuò)臺(tái)是由于基礎(chǔ)變形過(guò)大引起。由于新建時(shí)排水溝先施工，導(dǎo)致后期相鄰區(qū)域道面施工時(shí)大型壓實(shí)機(jī)械施工不便，導(dǎo)致墊層和基礎(chǔ)壓實(shí)度不足。本次注漿的目的有兩點(diǎn)，一是對(duì)山皮石墊層加固，用漿液填充山皮石間的空隙，防止后期進(jìn)一步變形；二是對(duì)道面進(jìn)行整體抬升，消除錯(cuò)臺(tái)。因此，注漿部位應(yīng)在山皮石墊層內(nèi)。根據(jù)道面結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定本次注漿深度為1 m，即深入墊層20 cm。在實(shí)際鉆孔過(guò)程中按孔深1～1.1 m控制，注漿管深度為1 m。

（2）漿液材料

注漿漿液采用單液漿（42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥漿液）和水泥-水玻璃雙液漿相結(jié)合的注漿材料，水玻璃的主要作用是縮短初凝時(shí)間。根據(jù)試驗(yàn)段施工情況，漿液配比如下：

單液漿：

水∶水泥(P.O42.5級(jí))=0.45～0.6∶1；

雙液漿：

水玻璃∶水泥漿（體積比）=1∶1（初凝時(shí)間一般為 45～60 s）。

（3）注漿壓力

注漿壓力不宜過(guò)大，否則易出現(xiàn)安全隱患。注漿壓力也不宜過(guò)小，否則道面無(wú)法抬升。注漿壓力p應(yīng)大于道面抬升所需的最小注漿壓力p0。以下通過(guò)公式推導(dǎo)，求出p0公式推導(dǎo)前需作以下假定：

假定1：排水溝對(duì)道面抬升無(wú)約束。

假定2：道面板塊之間同時(shí)抬升，即板塊在抬升時(shí)相鄰板塊對(duì)其無(wú)約束。除施工區(qū)域邊界的板塊外，其他板塊是符合這一假定的。

基于以上兩個(gè)基本假定，推導(dǎo)公式如下：

其中：根據(jù)假定，約束力P為零。

重力G=面層重力G1+基層重力G2

抬升力F=壓強(qiáng)p×面積A

重力G=密度ρ×體積V×重力加速度g

因此，由式（1）可得：

式中：A為面積；V為體積；h為高度。

面層參數(shù)：水泥混凝土密度取2.4 g/cm3，高度h1為 42 cm；

基層參數(shù)：水穩(wěn)基層密度取2.2 g/cm3，高度h2為40 cm。

將參數(shù)代入式（2），可以得到道面抬升所需的最小注漿壓力p0=0.185 MPa。綜合考慮在注漿過(guò)程中的水頭損失和注漿壓力過(guò)大存在安全隱患兩方面的因素，注漿過(guò)程中實(shí)際注漿壓力p控制在0.3～0.5 MPa。

（4）注漿孔布設(shè)

本次注漿分為兩個(gè)步驟：一是對(duì)注漿區(qū)域外沿進(jìn)行帷幕注漿。機(jī)場(chǎng)對(duì)安全控制非常嚴(yán)格，因此最大注漿壓力不宜過(guò)大。而山皮石墊層滲透性好，易造成漿液水頭的損失，導(dǎo)致壓力過(guò)小而不足以使道面抬升。為此首先需要進(jìn)行帷幕注漿。二是道面抬升注漿，注漿孔沿排水溝布設(shè)在道面板塊上。影響注漿孔布設(shè)的最主要因素是漿液的有效擴(kuò)散半徑。

影響漿液擴(kuò)散半徑的因素有很多，包括土體滲透系數(shù)、注漿壓力、注漿時(shí)間等。目前國(guó)際上最主流的漿液擴(kuò)散半徑理論模型有Maag理論（球形擴(kuò)散理論）、球形擴(kuò)散Raffle理論、柱形擴(kuò)散理論、袖套管法理論、Baker公式等[1～4]。根據(jù)工程的特點(diǎn)，本次工程選用Maag計(jì)算公式，見(jiàn)式（3）。

式中：

R——擴(kuò)散半徑（cm）；

k——滲透系數(shù)（cm/s）；

p——注漿壓力（cm，水頭）；

r——注漿管半徑（cm），取值2.5 cm；

t——注漿時(shí)間（s），取值60 s；

n——孔隙率，取值0.25[5]；

β——漿液粘度對(duì)水的粘度比，取值30[6]。

滲透系數(shù)k，山皮石為強(qiáng)透水性材料，滲透系數(shù)k取值范圍為0.01～1[7]，考慮到山皮石墊層壓實(shí)后石間孔隙較小，滲透系數(shù)k實(shí)際取值0.01。

根據(jù)前文分析，注漿壓力p取值0.3 MPa。

將各參數(shù)取值代入式（3），得到注漿漿液擴(kuò)散半徑為1.3 m。道面板塊寬度為4.5 m，因此每塊板布設(shè)2個(gè)注漿孔，見(jiàn)圖5。

圖5 注漿孔布設(shè)示意圖（單位：m）

為了使注漿充分，每一塊板2個(gè)注漿孔分2次注漿。待第1個(gè)注漿漿液終凝后再開(kāi)始第2個(gè)孔的注漿。

（5）施工控制指標(biāo)

以道面抬升量為最終控制指標(biāo)，要求注漿后道面與排水溝高差在3 mm內(nèi)。過(guò)程控制采用注漿流量和注漿壓力雙控指標(biāo)，注漿流量控制在15～30 L/min，注漿壓力在 0.3～0.5 MPa。

為保證機(jī)場(chǎng)不停航施工安全，方案制定了嚴(yán)格的安全控制標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)發(fā)生以下問(wèn)題時(shí)立即停止注漿：

a.注漿壓力驟增

注漿壓力出現(xiàn)驟增時(shí)，注漿應(yīng)停止。為保證注漿質(zhì)量，待壓力降低后宜再次注漿，注漿壓力再次驟增后徹底停止注漿。

b.道面抬升

當(dāng)?shù)烂嫣窟^(guò)大時(shí)，應(yīng)停止注漿。本次工程要求對(duì)道面精確抬升，當(dāng)?shù)烂娉霈F(xiàn)抬升趨勢(shì)時(shí)，宜降低注漿壓力、減小注漿流量，以減小抬升速度，以便于精確控制抬升量。

當(dāng)?shù)烂嫣窟^(guò)大時(shí)，通過(guò)壓載、吸漿等方式補(bǔ)救，將道面抬升量控制在要求范圍內(nèi)。

（6）監(jiān)測(cè)方案

施工區(qū)域?yàn)樵摍C(jī)場(chǎng)停機(jī)坪最繁忙區(qū)域，且24 h不停航，任何意外都可能對(duì)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行帶來(lái)巨大影響。為此，施工方案制定了周密的監(jiān)測(cè)方案，包括注漿壓力的監(jiān)測(cè)、漿液流量的監(jiān)測(cè)、漿液質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和道面抬升量的監(jiān)測(cè)。其中以道面抬升量的監(jiān)測(cè)為重中之重。

a.抬升量的監(jiān)測(cè)

為了得到板塊精確的抬升量，在板塊與排水溝相鄰一邊的兩個(gè)板角，以及板塊另一邊的中心位置上各設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，見(jiàn)圖6。每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置專人不間斷時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖6 道面抬升監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

b.漿液質(zhì)量的監(jiān)測(cè)

在拌漿前，技術(shù)員須對(duì)拌漿員進(jìn)行技術(shù)交底。拌漿人員定時(shí)測(cè)試漿液比重，并書(shū)面記錄以下信息：拌漿時(shí)間；漿液初凝時(shí)間；漿液比重。

4 注漿抬升對(duì)道面的影響分析

注漿抬升是一種通過(guò)外力強(qiáng)制改變道面狀態(tài)的行為。前文在推導(dǎo)最小注漿壓力p0時(shí)雖假定相鄰板塊和排水溝對(duì)抬升板塊無(wú)約束作用，但實(shí)際上道面板塊是逐板抬升，并非整體統(tǒng)一抬升。由于接縫傳荷的作用，板塊在抬升過(guò)程中會(huì)受到周邊各種復(fù)雜的約束作用。為了確保施工安全，有必要對(duì)道面板塊在抬升過(guò)程中的受力進(jìn)行分析，以判斷道面板塊在抬升過(guò)程中是否會(huì)出現(xiàn)如斷裂等極端情況。

采用有限元軟件ABAQUS為分析平臺(tái)，根據(jù)道面實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立足尺精細(xì)有限元模型，見(jiàn)圖7。

圖7 道面有限元模型

采用該模型分析道面板塊在抬升過(guò)程中的受力狀態(tài)。直觀可以判斷，板塊的抬升量不同，受力狀態(tài)也會(huì)有所區(qū)別。假定板塊抬升量分別取1 cm、2 cm和3 cm，可以計(jì)算得到相應(yīng)的板塊最大荷載應(yīng)力，見(jiàn)表1。分析模型得到的板塊在抬升過(guò)程中的荷載應(yīng)力云圖和位移云圖如圖8、圖9所示。

表1 抬升板塊受力結(jié)果

圖8 道面模型抬升豎向位移云圖

圖9 基層底面最大主壓應(yīng)力云圖

從表1中可以看出，抬升量越大，道面受力越大。本次工程中實(shí)際最大抬升量在2～3 cm之間，面層水泥混凝土板塊的最大荷載應(yīng)力在4.0 MPa左右，而水泥混凝土材料的極限彎拉強(qiáng)度一般為5.0～6.0 MPa。因此可以認(rèn)為道面板塊在抬升過(guò)程中的受力狀態(tài)是安全可控的。

5 結(jié)論

通過(guò)周密的部署和緊張的施工，整個(gè)工程共197塊道面板塊嚴(yán)重錯(cuò)臺(tái)的處置工程歷時(shí)2個(gè)月完工。所有錯(cuò)臺(tái)板塊通過(guò)注漿抬升，使錯(cuò)臺(tái)量達(dá)到了3 mm以內(nèi)的控制標(biāo)準(zhǔn)。圖10為各板塊注漿前后錯(cuò)臺(tái)量對(duì)比圖。

圖10 處置前后道面錯(cuò)臺(tái)量對(duì)比圖

這是我國(guó)首次采用注漿來(lái)大范圍精確抬升道面板塊以消除道面錯(cuò)臺(tái)的工程案例，工程涉及抬升精確控制、不停航施工安全控制等多個(gè)技術(shù)難題，施工難度很大。針對(duì)工程特點(diǎn)，以理論分析為基礎(chǔ)，結(jié)合以往注漿施工經(jīng)驗(yàn)，制定了完善的施工技術(shù)方案。通過(guò)該工程的開(kāi)展，形成了一整套采用注漿方法處置機(jī)場(chǎng)道面錯(cuò)臺(tái)的技術(shù)，為我國(guó)機(jī)場(chǎng)和公路行業(yè)類似工程提供了借鑒和參考。

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