灌漿技術(shù)在處治舊水泥砼路面中應(yīng)用分析
發(fā)布時間：2010-01-14 共1頁
水泥砼路面是我國公路路面主要形式之一，在我國公路網(wǎng)構(gòu)成中占有較比重。它具有強度高、剛度、受溫度影響小、使用壽命長等優(yōu)點。但水泥砼路面接縫較多，對超載較為敏感，易發(fā)生脫空、唧泥、裂縫等先期病害，從而導(dǎo)致路面的破損。如何治理與預(yù)防脫空、唧泥等病害，搞好水泥砼路面的養(yǎng)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。筆者參加了上海市某公路水泥砼路面改建工程試驗路段施工，采用灌漿技術(shù)處治原水泥砼路面，并對施工單位的各施工項目進行了跟蹤檢測，在室內(nèi)對漿液的配合比進行了對比實驗。灌漿技術(shù)在該路段取得了良好的效果。
1、水泥砼面板唧泥、脫空形成主要原因
唧泥和脫空病害的產(chǎn)生有其內(nèi)在因素和外界因素：內(nèi)在因素是基層本身的質(zhì)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(wěn)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(fù)作用下，板下基（墊）層將產(chǎn)生累積塑性變形，使砼板的局部范圍不再與基層保持連續(xù)接觸，于是水泥砼路面板底與基（墊）層之間將出現(xiàn)微小的空隙，即出現(xiàn)了板下局部脫空，或稱為原始脫空區(qū)。同時溫度、濕度的變化，以及板內(nèi)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(chǔ)之間的分離，形成板底脫空。脫空的出現(xiàn)又為水的浸入創(chuàng)造了條件，當(dāng)路面接縫或裂縫養(yǎng)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(xiàn)進一步加劇了板底的脫空。這樣周而復(fù)始，惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致路面的損壞。
2、脫空板確定
2.1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(dāng)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(xiàn)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(jīng)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。我國交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路水泥砼路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》（JTJ073.1-2001）（以下簡稱《規(guī)范》）中也明確規(guī)定水泥砼面板脫空位置的確定可采用彎沉測定法。
2.2檢測方法
上海某公路試驗段為一級公路，建于1997年，設(shè)計板厚24cm。主要采用彎沉指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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）。將一臺彎沉儀置于主點，即測定車的輪隙中間；另一臺彎沉儀置于副點處。分別測定主、副點彎沉（按前進方向右輪測試）。右輪處于縱縫30cm左右。在《美國路面修復(fù)手冊》中規(guī)定，凡彎沉值超過0.635mm的，應(yīng)確定為板塊脫空。根據(jù)我國公路修建狀況和檢測儀器的實際情況，有關(guān)專家推薦凡彎沉值超過0.2mm的，應(yīng)確定為面板脫空（詳見規(guī)范）。在本實驗路段，采用雙指標(biāo)控制，即主點彎沉于0.2mm或差異彎沉（主點-副點）于0.06mm的，均認為板底可能出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。
3、加固機理
在現(xiàn)有砼路面設(shè)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(zhǔn)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(yīng)力都較小。而一旦脫空，板角處由于基礎(chǔ)支撐的喪失處于懸臂狀態(tài)，板內(nèi)將產(chǎn)生過的應(yīng)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(jù)其位置，經(jīng)人工控制一段時間后，漿液將原來的松散顆粒或裂隙膠結(jié)為整體，形成一個良好的“結(jié)石體”。灌漿改善了板底原有受力狀態(tài)，恢復(fù)板體與地基的連續(xù)性。達到加固基礎(chǔ)，治理病害的目的。
3.1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(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護7d，其抗壓強度應(yīng)到5MPa以上。漿體應(yīng)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。在施工中，筆者認為為防止?jié){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(xiàn)行規(guī)范中未對此做明確規(guī)定，參照預(yù)制梁板壓漿施工經(jīng)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(shù)規(guī)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(nèi)試驗結(jié)果）。表1列出了在標(biāo)準(zhǔn)條件下，不同水灰比、不同材料配比之間的流動度結(jié)果及試件強度。從表中可發(fā)現(xiàn)水泥凈漿不管摻或不摻減水劑，其流動性都比相同條件下水泥粉煤灰漿體的流動性要好。因此，可以看出，二級粉煤灰單位體積的需水量要于水泥。文獻（1）中提出：對于不摻減水劑的水泥凈漿，其流動度不應(yīng)小于16s；摻減水劑的漿體可減小到12s；流動度最應(yīng)不于26s。在施工中，筆者認為漿體流動度不宜過小，控制在20-30s之間較好。否則會產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。
3.2 試驗資料
從表中可看出，在相同水灰比情況下，流動性隨著水泥與粉煤灰的比例產(chǎn)生變化。同時，粉煤灰比例也影響水泥漿的后期強度。在相同條件下，水灰比越，則漿體的強度會逐漸降低，因此，不宜采用過的水灰比；根據(jù)上述試驗結(jié)果，在施工中采用的漿液配比為：水泥:粉煤灰:水:早強劑=1：0.5:0.7+0.5%。在取得流動性的前提下，保證了漿液的強度。
4、灌漿技術(shù)的實施
孔位布設(shè)一般為3-5孔，應(yīng)根據(jù)砼面板尺寸、裂縫狀況以及灌漿機械等確定。灌漿孔小應(yīng)和灌注嘴小一致，一般為5cm左右。灌漿順序從沉降量的地方開始，由遠到近，由到小。灌漿壓力的控制應(yīng)視砼板的損壞及脫空情況具體確定。當(dāng)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(xù)作業(yè)。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(yīng)在7d齡期后，再次測量主點彎沉值和副點彎沉值。當(dāng)主點或差異彎沉值均低于設(shè)計要求值時，可認為灌漿效果已經(jīng)達到。試驗段灌漿前后彎沉資料見表2（單位：mm）。表2中灌漿前數(shù)值均于控制指標(biāo)，認為板底出現(xiàn)脫空，需灌漿處治。從檢測資料可看出，原砼面板通過灌漿提高了板底承載力。
6、經(jīng)濟效益評價
灌漿處治舊水泥砼路面早中期破壞與“換板”相比最的優(yōu)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(xué)養(yǎng)護技術(shù)，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(yōu)點。在公路施工和養(yǎng)護工程中，具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。
7、結(jié)語
7.1灌漿技術(shù)作為一種新型的加固技術(shù)，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(zhì)量主要控制指標(biāo)——彎沉與舊板加鋪瀝青砼面層的設(shè)計指標(biāo)相吻合，具有一定科學(xué)性，所以也適用于舊板加罩瀝青面層的舊板加固中。
7.2多數(shù)破損板本身的質(zhì)量良好，病害主要是由于下承層造成的。有關(guān)資料建議灌漿鉆孔深度一般為砼板底3-5cm，根據(jù)施工經(jīng)驗，鉆孔深度應(yīng)穿透基層達到墊層中。傳統(tǒng)的“換板”只能改善板本身狀態(tài)，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。
7.3產(chǎn)生脫空板的原因有：填縫料的失效，水的浸入，基層材料中的細集料。因此，必須加強接縫的養(yǎng)護，及時疏導(dǎo)路面積水，來預(yù)防防治路面先期病害。在基（墊）層施工中，應(yīng)嚴格控制混合料中的細集料含量。
1、水泥砼面板唧泥、脫空形成主要原因
唧泥和脫空病害的產(chǎn)生有其內(nèi)在因素和外界因素：內(nèi)在因素是基層本身的質(zhì)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(wěn)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(fù)作用下，板下基（墊）層將產(chǎn)生累積塑性變形，使砼板的局部范圍不再與基層保持連續(xù)接觸，于是水泥砼路面板底與基（墊）層之間將出現(xiàn)微小的空隙，即出現(xiàn)了板下局部脫空，或稱為原始脫空區(qū)。同時溫度、濕度的變化，以及板內(nèi)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(chǔ)之間的分離，形成板底脫空。脫空的出現(xiàn)又為水的浸入創(chuàng)造了條件，當(dāng)路面接縫或裂縫養(yǎng)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(xiàn)進一步加劇了板底的脫空。這樣周而復(fù)始，惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致路面的損壞。
2、脫空板確定
2.1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(dāng)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(xiàn)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(jīng)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。我國交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路水泥砼路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》（JTJ073.1-2001）（以下簡稱《規(guī)范》）中也明確規(guī)定水泥砼面板脫空位置的確定可采用彎沉測定法。
2.2檢測方法
上海某公路試驗段為一級公路，建于1997年，設(shè)計板厚24cm。主要采用彎沉指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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）。將一臺彎沉儀置于主點，即測定車的輪隙中間；另一臺彎沉儀置于副點處。分別測定主、副點彎沉（按前進方向右輪測試）。右輪處于縱縫30cm左右。在《美國路面修復(fù)手冊》中規(guī)定，凡彎沉值超過0.635mm的，應(yīng)確定為板塊脫空。根據(jù)我國公路修建狀況和檢測儀器的實際情況，有關(guān)專家推薦凡彎沉值超過0.2mm的，應(yīng)確定為面板脫空（詳見規(guī)范）。在本實驗路段，采用雙指標(biāo)控制，即主點彎沉于0.2mm或差異彎沉（主點-副點）于0.06mm的，均認為板底可能出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。
3、加固機理
在現(xiàn)有砼路面設(shè)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(zhǔn)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(yīng)力都較小。而一旦脫空，板角處由于基礎(chǔ)支撐的喪失處于懸臂狀態(tài)，板內(nèi)將產(chǎn)生過的應(yīng)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(jù)其位置，經(jīng)人工控制一段時間后，漿液將原來的松散顆粒或裂隙膠結(jié)為整體，形成一個良好的“結(jié)石體”。灌漿改善了板底原有受力狀態(tài)，恢復(fù)板體與地基的連續(xù)性。達到加固基礎(chǔ)，治理病害的目的。
3.1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(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護7d，其抗壓強度應(yīng)到5MPa以上。漿體應(yīng)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。在施工中，筆者認為為防止?jié){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(xiàn)行規(guī)范中未對此做明確規(guī)定，參照預(yù)制梁板壓漿施工經(jīng)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(shù)規(guī)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(nèi)試驗結(jié)果）。表1列出了在標(biāo)準(zhǔn)條件下，不同水灰比、不同材料配比之間的流動度結(jié)果及試件強度。從表中可發(fā)現(xiàn)水泥凈漿不管摻或不摻減水劑，其流動性都比相同條件下水泥粉煤灰漿體的流動性要好。因此，可以看出，二級粉煤灰單位體積的需水量要于水泥。文獻（1）中提出：對于不摻減水劑的水泥凈漿，其流動度不應(yīng)小于16s；摻減水劑的漿體可減小到12s；流動度最應(yīng)不于26s。在施工中，筆者認為漿體流動度不宜過小，控制在20-30s之間較好。否則會產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。
3.2 試驗資料
從表中可看出，在相同水灰比情況下，流動性隨著水泥與粉煤灰的比例產(chǎn)生變化。同時，粉煤灰比例也影響水泥漿的后期強度。在相同條件下，水灰比越，則漿體的強度會逐漸降低，因此，不宜采用過的水灰比；根據(jù)上述試驗結(jié)果，在施工中采用的漿液配比為：水泥:粉煤灰:水:早強劑=1：0.5:0.7+0.5%。在取得流動性的前提下，保證了漿液的強度。
4、灌漿技術(shù)的實施
孔位布設(shè)一般為3-5孔，應(yīng)根據(jù)砼面板尺寸、裂縫狀況以及灌漿機械等確定。灌漿孔小應(yīng)和灌注嘴小一致，一般為5cm左右。灌漿順序從沉降量的地方開始，由遠到近，由到小。灌漿壓力的控制應(yīng)視砼板的損壞及脫空情況具體確定。當(dāng)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(xù)作業(yè)。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(yīng)在7d齡期后，再次測量主點彎沉值和副點彎沉值。當(dāng)主點或差異彎沉值均低于設(shè)計要求值時，可認為灌漿效果已經(jīng)達到。試驗段灌漿前后彎沉資料見表2（單位：mm）。表2中灌漿前數(shù)值均于控制指標(biāo)，認為板底出現(xiàn)脫空，需灌漿處治。從檢測資料可看出，原砼面板通過灌漿提高了板底承載力。
6、經(jīng)濟效益評價
灌漿處治舊水泥砼路面早中期破壞與“換板”相比最的優(yōu)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(xué)養(yǎng)護技術(shù)，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(yōu)點。在公路施工和養(yǎng)護工程中，具有可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。
7、結(jié)語
7.1灌漿技術(shù)作為一種新型的加固技術(shù)，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(zhì)量主要控制指標(biāo)——彎沉與舊板加鋪瀝青砼面層的設(shè)計指標(biāo)相吻合，具有一定科學(xué)性，所以也適用于舊板加罩瀝青面層的舊板加固中。
7.2多數(shù)破損板本身的質(zhì)量良好，病害主要是由于下承層造成的。有關(guān)資料建議灌漿鉆孔深度一般為砼板底3-5cm，根據(jù)施工經(jīng)驗，鉆孔深度應(yīng)穿透基層達到墊層中。傳統(tǒng)的“換板”只能改善板本身狀態(tài)，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。
7.3產(chǎn)生脫空板的原因有：填縫料的失效，水的浸入，基層材料中的細集料。因此，必須加強接縫的養(yǎng)護，及時疏導(dǎo)路面積水，來預(yù)防防治路面先期病害。在基（墊）層施工中，應(yīng)嚴格控制混合料中的細集料含量。
