淺談高速公路水泥混凝土路面板底脫空的原因及處理措施

黃秀珠　吳和才

摘要:水泥砼路面是我國公路路面主要形式之一。在廣西,已開通的高速公路中,水泥砼路面占了大部分。高速公路水泥砼路面隨著使用年限增加,其病害也隨之增多,其中,面板底脫空造成的病害占了很大比例。文章試圖分析水泥混凝土路面板底脫空的形成原因,并探討如何采取有針對性地處理措施。

關鍵詞:高速公路;水泥砼路面;病害

中圖分類號:TU528.37文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)08-0151-02

水泥砼路面是我國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。在廣西已開通的高速公路中,水泥混凝土路面的高速公路就占80%。筆者所在的廣西桂柳高速公路也是水泥砼路面。水泥砼路面雖然具有強度高、剛度大、受溫度影響小、使用壽命長等優點。但它接縫較多,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。文章根據筆者日常工作經驗總結分析,通過對舊水泥砼路面板脫空等砼路面主要病害的分析,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。

1造成板底脫空的原因及確定

1.1高速公路水泥砼路面板板唧泥是造成板底脫空主要原因

1.1.1內在因素

內在因素是高速公路使用年限增加和基層本身的質量、組成以及砼面板接縫狀況;

1.1.2外界因素

外界因素則是汽車荷載和氣候變化。高速公路路面基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。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。

1.2脫空板確定方法

1.2.1脫空板可采用人工觀察法

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。

1.2.2彎沉測定法

彎沉測定法是測試板角彎沉,假如超過某一限值,即認為存在脫空。我國交通部行業標準《公路水泥砼路面養護技術規范》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。

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,宜選取橫縫及縱縫四周的點。采用兩臺5.4m長桿彎沉儀及BZZ-100標準軸載測定車。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。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。右輪處于縱縫30cm左右。根據我國公路修建狀況和檢測儀器的實際情況,有關專家推薦凡彎沉值超過0.2mm的,應確定為面板脫空。

2高速公路水泥混凝土路面板底脫空的處理措施

2.1處理機理

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。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”。灌漿改善了板底原有受力狀態,恢復板體與地基的連續性。達到加固基礎,治理病害的目的。

2.2漿液材料基本要求

常用的水泥漿材料包括:水泥、水、外加劑等,一般使用按水:水泥=1.2~1.4:1的比例配制的純水泥漿,摻和減水劑可以提高漿液的可灌性,但不得添加速凝劑。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,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。對于不摻減水劑的水泥凈漿,其流動度不應小于16s;摻減水劑的漿體可減小到12s;流動度最大應不大于26s。在施工中,漿體流動度不宜過小,控制在20-30s之間較好。否則會產生泌水現象。

2.3灌漿技術的實施

孔位布設一般為梅花狀布設,孔數為3-5孔,應根據砼面板尺寸、裂縫狀況以及灌漿機械等確定。采用不小于Φ30mm的鉆進取芯機鉆孔,鉆孔深度為70cm,且穿透級配碎石基層(不允許鉆不夠深度后,用鋼釬將孔深打到70cm)。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。

2.4灌漿效果檢驗評定

{1}灌漿后,采用貝克曼梁檢測彎沉值(每塊板檢測四個點),要求任意一點檢測彎沉值≤8(單位:0.01mm)。并記錄錯臺、裂縫、平整度和雨后唧泥等情況。

{2}注水試驗:采用不小于Φ30mm的鉆頭鉆孔取芯30cm深,孔內注滿水后,進行60秒水位觀測,水位不下降。

{3}底基層水泥漿檢驗:鉆芯取樣抽檢的板塊數量要求不少于完成板塊數量的10%,且在其中的每一板塊至少選一處進行取芯試驗,距離灌灌漿孔不得小于60cm。取芯試驗時,采用不小于Φ30mm鉆頭,分兩步取芯:首先鉆深30cm,要求芯樣的砼面層與二灰碎石層間有飽滿的水泥漿層或往孔中注水試驗不滲水,然后再鉆深至60cm(且鉆入級配碎石底基層5~10cm),要求芯樣的級配碎石底基層應有水泥漿體。

{4}復灌試驗:取芯完后,使用按水:水泥=1.2~1.4:1的比例配制的純水泥漿(可摻加減水劑,以提高漿液的可灌性,但不得添加速凝劑)對取芯孔進行復灌試驗,要求試灌壓力保持在2~5Mpa達60秒鐘后進漿少于5升。

鉆芯取樣和復灌試驗的板塊合格率達100%以上,未達到要求則需要補灌至合格。實灌孔位距離原灌漿孔不得小于60 cm,不得漿原灌漿孔作為補灌孔位。

參考文獻:

[1] JTG F30—2003.公路水泥混凝土路面施工技術規范[S].

[2] JTG B01—2003.公路工程技術標準[S].