對舊水泥砼路面產生病害機理及改造的建議

摘要：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。

關鍵詞：舊水泥砼路面 病害機理 改造建議

0 引言

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。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。

1 水泥砼面板的病害形成機理

1.1 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。

1.2 脫空板確定

1.2.1 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。

1.2.2 檢測方法

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（詳見規范）。在本實驗路段，采用雙指標控制，即主點彎沉大于0.2mm或差異彎沉（主點-副點）大于0.06mm的，均認為板底可能出現脫空現象。

2 對水泥砼路面改造的建議方案

目前，國內對水泥砼路面進行改造，基本上選用瀝青砼面層結構，實踐證明這是對的。但是對于舊水泥砼板塊的處理則有不同的辦法。從經濟性、可行性、結構穩定性等綜合考慮，認為對水泥砼路面進行技術改造，宜采用鑿除所有砼板塊，修補原基層后（原水泥砼板塊下邊為二灰碎石基層，80年代修建的有石灰土基層），加鋪二灰碎石基層給予補強，再鋪筑瀝青砼面層的“建議方案”，此“建議方案”具有以下幾個方面的優點：

2.1 節約成本，減少工程量，縮短工期

按照“建議方案”須鑿除所有舊的水泥砼板塊，這從根本上消除了反射裂縫產生的隱患，在二灰碎石基層上可不再設置AC－10I型細粒式瀝青砼找平層和鋪設玻纖網。解決了半剛性(柔性)、剛性、半剛性、柔性交叉混雜的路面結構型式的矛盾，使得現有路面結構與設計理論更加協調、吻合。另外“建議方案”比“方案設計”減少了路面結構層次，且無需做砼板塊修補、澆筑、鉆孔壓漿，可大大減少工程量及多種機械設備的投入，也減少了彎沉檢測工作量。

2.2 有效控制路面標高

采用“鑿除砼板塊后加鋪18cm厚二灰碎石基層和10cm厚瀝青砼面層”的建議方案，路面標高僅增加6cm，有效地控制了路面標高。對沿線橋涵升高，平交道口、過境街道的接坡，橫跨公路上空的各種線路、管道的凈空高度以及路基加寬的影響很小，在較小范圍內花較少的經費就能解決問題。避免了大的社會矛盾和施工干擾，經濟效益和社會效益都十分明顯。

2.3 實現再生利用，保護環境，提高經濟性

鑿除的砼板塊可以再生利用，變廢為寶。每公里鑿除的砼板塊多達2640m3，可當作片石用于砌筑邊坡、擋土墻、排水溝等構造物，也可以將其加工破碎后，代替石子作二灰碎石基層的粗骨料使用。

3 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”。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。

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 經濟效益評價

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。

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。

產生脫空板的原因有：填縫料的失效，水的浸入，基層材料中的細集料。因此，必須加強接縫的養護，及時疏導路面積水，來預防防治路面先期病害。在基（墊）層施工中，應嚴格控制混合料中的細集料含量。