隧道水泥處置碎石排水基層配合比設(shè)計(jì)及應(yīng)用

郭小玉

滲漏水是隧道常見(jiàn)病害之一。由于地下水對(duì)隧道路面的破壞，致使路面在使用期間出現(xiàn)各種裂縫、松散、坑槽、錯(cuò)臺(tái)、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(chē)安全。因此，良好的隧道防排水，是保證隧道耐久性和行車(chē)安全的重要條件。

目前我國(guó)隧道使用最多的結(jié)構(gòu)形式是半包式復(fù)合襯砌防排水結(jié)構(gòu)，隧道內(nèi)滲水和地下水主要是通過(guò)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(wěn)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(fā)育的地方排水不暢，極易形成水壓力，特別是在沒(méi)有設(shè)置仰拱的地段，容易造成路面的破壞。所以，設(shè)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(qū)地質(zhì)為弱風(fēng)化泥質(zhì)板巖、石炭互層，變余結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，片理，節(jié)理較發(fā)育，局部小型的褶曲發(fā)育，巖石呈中～薄層狀結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性較好。施工時(shí)洞室會(huì)有滲水、滴水現(xiàn)象。為了預(yù)防隧道路面受水侵蝕破壞，在路面下設(shè)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(jiàn)圖1。

2 排水基層混合料配合比組成設(shè)計(jì)

2.1 排水基層設(shè)計(jì)的技術(shù)要求

排水基層由水泥處置不含或少含粒徑4.75 mm以下細(xì)集料的開(kāi)級(jí)配碎石集料組成，要求7 d浸水抗壓強(qiáng)度不得低于3 M Pa，水泥處置碎石集料透水系數(shù)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(yīng)選用初凝時(shí)間大于3 h，終凝時(shí)間較長(zhǎng)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(zhì)地堅(jiān)硬、耐久、潔凈的碎石，其壓碎值不應(yīng)大于30%，最大粒徑不應(yīng)超過(guò)26.5 mm，集料級(jí)配應(yīng)滿(mǎn)足透水性要求，透水系數(shù)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(jí)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(shè)計(jì)

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(shí)試驗(yàn)確定各種混合料的最佳含水量和最大干密度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。3)按規(guī)定壓實(shí)度(高速公路基層為98%)計(jì)算不同水泥劑量的試件應(yīng)有的干密度。4)按最佳含水量和計(jì)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(gè)。5)試件在規(guī)定溫度(20±2)℃下保濕養(yǎng)生6 d，浸水24 h后進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果的平均值及偏差系數(shù)見(jiàn)表2。6)根據(jù)表2，選用水泥劑量10%的混合料做滲透試驗(yàn)，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(fù)拌和試料3次，并測(cè)定3次試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值，作為水泥處置碎石的滲透系數(shù)。每次拌和試料用量為15 L，各材料用量見(jiàn)表3。

表1 重型擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果

表2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

表3 各材料用量 kg

經(jīng)過(guò)成型成150 mm×150 mm×550 mm的立方體試件養(yǎng)護(hù)處理后，即可用常水頭滲透儀進(jìn)行滲透系數(shù)試驗(yàn)。3次試驗(yàn)結(jié)果分別為 1 760 m/d，1 827 m/d，1 827 m/d，算術(shù)平均值為1 805 m/d，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求在1 000 m/d～6 000 m/d范圍內(nèi)。

3 施工質(zhì)量控制

1)施工準(zhǔn)備。水泥處置碎石排水基層所需的各種原材料已到場(chǎng)，機(jī)具設(shè)備(壓路機(jī))、人員已到位。2)測(cè)量放線(xiàn)。嚴(yán)格測(cè)量放線(xiàn)，設(shè)計(jì)高程和中線(xiàn)控制樁點(diǎn)，嚴(yán)格控制基層表面平整度，基層高程、坡度滿(mǎn)足施工規(guī)范要求，仰拱填充的頂面高程、坡度應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。3)開(kāi)挖清底。本隧道采用仰拱及C15混凝土填充的形式，對(duì)超高的混凝土填充必須用淺孔爆破或人工挖除進(jìn)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(shí)平整。超低深度大于20 cm的進(jìn)行分層碾壓回填。在施工排水基層前，利用機(jī)械和人工相互配合把基層底的虛渣和雜物進(jìn)行清除，表面清洗干凈，經(jīng)檢驗(yàn)達(dá)到規(guī)范要求后，再進(jìn)行下一道工序。4)拌料。混合料在中心拌合站生產(chǎn)。所有拌合設(shè)備都應(yīng)按比例(質(zhì)量比)加料，配料要精確。拌和要均勻，實(shí)際施工時(shí)水泥用量應(yīng)不小于設(shè)計(jì)的0.5%，水用量則應(yīng)不小于最佳含水量的1%，使混合料運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)攤鋪碾壓時(shí)的含水量不小于最佳值。5)運(yùn)輸。混合料采用自卸汽車(chē)直接運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，運(yùn)距遠(yuǎn)時(shí)，運(yùn)送混合料的車(chē)廂應(yīng)加以覆蓋，以防水分損失過(guò)多。6)攤鋪。采用人工進(jìn)行全幅攤鋪，但攤鋪必須均勻，若粗細(xì)料有離析現(xiàn)象，應(yīng)以人工或機(jī)械補(bǔ)充拌勻。為保證路基兩側(cè)的壓實(shí)度，路面水泥處置碎石排水基層攤鋪寬度應(yīng)大于設(shè)計(jì)路面寬度(每側(cè))5 cm～8 cm，待碾壓完成后，馬上修整到設(shè)計(jì)寬度。7)整形。用人工整形時(shí)，應(yīng)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(jìn)行攤平，使其縱向順適，橫縱坡、標(biāo)高符合規(guī)范要求，必須將高出部分刮除，并清理干凈。8)碾壓。運(yùn)輸車(chē)輛將拌和好的混合料運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，根據(jù)松鋪厚度標(biāo)線(xiàn)進(jìn)行攤鋪、整平，用3 m直尺橫向刮平，多推少補(bǔ)，掛線(xiàn)調(diào)整橫坡。攤鋪路段長(zhǎng)度采用時(shí)間控制，一般控制在2 h以?xún)?nèi)，根據(jù)拌和與運(yùn)輸能力，該項(xiàng)工程鋪筑長(zhǎng)度約15 m。9)施工控制。a.水泥劑量:采用EDTA滴定法測(cè)定，每日檢測(cè)至少4次，保證水泥含量。b.集料級(jí)配:采用篩分法，若細(xì)集料增多，要及時(shí)調(diào)整集料的比例，每日至少測(cè)兩次。c.含水量:拌和時(shí)稍大于最佳含水量0.5%;作為現(xiàn)場(chǎng)控制，采用酒精燃燒法速度快，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能及時(shí)調(diào)整。d.壓實(shí)度采用灌砂法，每2 000 m2檢查6點(diǎn)以上，滿(mǎn)足最大干密度98%的壓實(shí)要求，不足時(shí)要及時(shí)補(bǔ)壓，但不宜超壓，避免破壞結(jié)構(gòu)空隙。e.強(qiáng)度:在施工時(shí)要求每天至少制作 1組φ 150 mm×150 mm 試件，每組9個(gè)，測(cè) 7 d(6 d標(biāo)養(yǎng)，1 d浸水)飽水無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。10)養(yǎng)生及交通管制。每段碾壓完成后應(yīng)立即進(jìn)行草袋覆蓋后灑水養(yǎng)生至少7 d，避免用大水沖，隧道為風(fēng)口，每天應(yīng)多次補(bǔ)充養(yǎng)生水，在養(yǎng)生期間水泥處置碎石排水基層應(yīng)保持潮濕狀態(tài)，除灑水車(chē)外，應(yīng)封閉交通。

4 質(zhì)量檢驗(yàn)

1)平整度。使用3 m直尺測(cè)定最大間隙，首尾相連連續(xù)測(cè)量10尺，以行車(chē)道車(chē)輪輪跡帶作為連續(xù)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)位置。2)厚度及完整性。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，采取隨機(jī)取樣的方式，這里使用路面取芯鉆孔機(jī)鉆檢測(cè)排水基層的厚度及完整性。由于排水基層強(qiáng)度較低，芯樣很容易遭破壞，所以使用直徑150 mm的鉆頭。隨機(jī)選取兩個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行鉆孔取芯，并量取取出的芯樣的長(zhǎng)度，分別為20.6 cm和21.5 cm，都超過(guò)設(shè)計(jì)厚度20 cm。觀察所取出的芯樣，發(fā)現(xiàn)芯樣表面均勻完整，無(wú)夾層及松散顆粒，表明完整性良好。3)滲透系數(shù)。根據(jù)隨機(jī)取樣原則，在具有一定強(qiáng)度的排水基層上，用切割機(jī)截取長(zhǎng)約70 cm，寬30 cm，厚為排水基層厚度的長(zhǎng)方體試樣，經(jīng)加工成550 mm×150 mm×150 mm的長(zhǎng)方體試塊，經(jīng)密封處理后，養(yǎng)護(hù)1 d即可進(jìn)行滲透系數(shù)試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得水在試件中滲流時(shí)間為25 s，滲透系數(shù)為1 900 m/d，符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

隧道排水基層就是針對(duì)排除由路面地下水、接縫、裂縫或空隙，或通過(guò)二襯滲入路面結(jié)構(gòu)中的水而設(shè)置的排水層。通過(guò)縱向和橫向的排水系統(tǒng)。將進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)中的水迅速排出洞外，減少其對(duì)路面結(jié)構(gòu)的危害，延長(zhǎng)使用壽命。實(shí)踐證明，在隧道路面設(shè)計(jì)和施工中，設(shè)置水泥處置碎石排水基層，不僅經(jīng)濟(jì)實(shí)用，節(jié)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(chē)安全。

[1] JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JTJ 018-97，公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 張立同.對(duì)水泥穩(wěn)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(shù)規(guī)范[S].