隧道多孔混凝土排水基層路用性能及施工技術分析

吳海華

（保利長大工程有限公司，廣東 廣州 510620）

隨著我國經濟的快速發展，公路建設的發展也突飛猛進。高速公路大規模擴建，向山區方向延伸的趨勢已成必然，隧道建設的規模也在逐漸擴大。對于隧道建設而言，突出的問題是道路排水不便，這嚴重影響著路面的交通安全性以及舒適性。華南地區屬于多雨地帶，降雨會使隧道滲水和地下水發生變化，給路面帶來很大的損害。為減少相關損失、降低經濟投入，解決這一問題對道路工程而言非常重要。

1 工程介紹

廣東龍懷高速石凹頂隧道處于華南多雨帶，有極其豐富的地下水，若不立即排出，隧道路面便會在車輛載荷和水的聯合作用下受到損害，縮短道路使用期限。保利長大工程有限公司相關工作者基于此隧道，在前期試驗基礎上提出多孔混凝土相關工藝，研究出一類隧道專用混凝土，7d的設計抗壓強度為10MPa，抗彎拉強度≥1.2MPa，孔隙率≥20%（±3%）。鑒于此，文章提出隧道多孔混凝土排水基層相關的施工工藝及質量檢測方法，以有效減少路面受損情況，增加隧道路面使用期限。此次研究主要是對隧道多孔混凝土排水基層路用性能及施工工藝進行分析，并提出相關理論及施工技術，為隧道路面施工提供科學依據，同時也是對廣東省隧道路面施工相關標準規范的進一步完善。另外，此次研究也對華南地區隧道多孔混凝土路面推廣有一定的促進作用，促使公路運營的效益進一步提高，且意義重大。

2 隧道多孔混凝土排水基層路用性能

2.1 排水性能

此次研究設計的多孔混凝土相關基層配合比，已完成設計的排水基層材料7d抗壓強度為10MPa，孔隙率為23%，所對應滲透系數是1.6cm/s。此隧道設計是左右分離式[1]。

（1）排水基層相關設計要求。在進行排水基層的設計時，相應的技術要求具體有如下幾方面：第一，在設計基層排水系統時，應考慮上游排水能力小于下游。第二，為避免在確認滲入量估值以及排水材料相應的滲透系數時發生錯誤，避免建設過程中一些不確定因素的影響，要求相關設施在排水方面必須做好萬全準備，確保排水安全。第三，若自由水于道路內徑流時間過長，流經的道路偏長，路面結構就會因為在水中浸泡時受到一定的損害從而降低其強度，進而降低路面質量以及使用期限。若是在冰凍區域，水在基層中停留的時間過長，便會結冰，引起體積膨脹，阻礙排水通道，最后引起膨脹破壞等相關問題。因此，應當對路面內部的水流時間及流經路程進行限制，將其盡量排出路界之外。相關研究數據顯示，在重交通路段最大徑流時間應低于2h，輕交通路段徑流時間應低于3h，在冰凍區域的徑流時間應低于1h，水滲流路徑應低于45.60m，若是冰凍區域，水滲流路徑需更短。第四，檢驗排水設施耐久性。應避免道路使用期間因為一些細微的雜物引起排水設施發生堵塞等情況，從而降低排水設施相應的排水力[2]。

（2）滲入水量的設計及確定。滲透路面的水包含兩種：第一，大量地下水浸透防水墊或從切縫滲透到基層；第二，大量車輛行駛帶來的水自上而下滲透，導致隧道路面潮濕。影響兩種滲透自由水滲入量的因素是路面的裂縫或接縫的寬度、數量以及被堵塞情況，基層孔隙率以及透水性，外部水壓力以及所持續的時間，等等。在進行滲入水量設計時，關鍵在于確定其滲入率。由于很多外部因素的影響，在設計時所需考慮的內容較多，因此在計算外部水滲入率時，無法獲得最精確的數值，具體數值的確定，需按照當地的實際情況及相關經驗來進行估算[3]。

2.2 多孔混凝土基層耐疲勞性能

為證實此次研究中多孔混凝土基層耐疲勞性，判斷其在道路的荷載作用下的力學性能變化情況，采用疲勞試驗來對其進行驗證，觀察基層的路用性能。當前，用來驗證基層耐疲勞性的方式有兩種：（1）實際路段。利用設計車輛對其進行反復作用，再判斷其疲勞性能。例如，修建一段大型試驗路段，采用模擬汽車對其反復作用，再對路段的耐疲勞性進行測量。（2）室內試驗。利用相關試驗機模擬車輛荷載，并采用試驗試件代替路面，對其疲勞性進行分析。前者的優勢是所得結果比較準確，并且可以真實反映路段的實際情況，缺點是成本高、所需的試驗時間比較長。因此，現在通常會采用實驗室的方式測驗基層耐疲勞性。以文章中的研究對象為例進行多孔混凝土基層耐疲勞性試驗，選擇的大梁試件為150mm×150mm×150mm。在試驗中，選擇應力控制的模式，于三分點處加壓。為了使所得的壓力值真實有效，并與實際的受力情況相符，選擇Havesin波來實行動態周期壓載。其所呈現的波形如圖1所示。其中，Pmax為最大荷載；Pmin為最小荷載；T0為加載周期；P0為荷載振幅，也就是最大荷載與最小荷載之間的差值[4]。

圖1 疲勞性能加載波形圖

3 隧道多孔水泥混凝土基層路面結構設計與施工技術

3.1 應力分析和結構設計

在進行設計的過程中需按照業主所提供的相關設計圖，將公路自然區提煉出來，并對當量軸次進行累計，再根據實際的交通等級、目標可靠程度、混凝土彈性模量、安全等級、軸載等資料進行計算。計算過程中利用三維有限元技術以及規范算例，得出不同荷載下不同結構隧道路面的荷載分布，并對多孔混凝土排水層相應的荷載力分布原因進行分析，最終得出隧道排水路面相應的結構[5]。

3.2 施工工藝和質量控制

據以往經驗，多孔混凝土是無坍落度干硬混凝土，這就與普通水泥的混凝土在施工技術上有所不同，多孔混凝土的施工技術更具特殊性。因此，在進行施工的過程中，可以利用基層攤鋪機攤鋪，使用壓路機碾壓，并通過現場試鋪以及室內試驗確定相應的松鋪系數。由于多孔混凝土的基層材料集料孔隙率較大，其水分也會較快散失，因此在進行攪拌時所需用水量會高于設計值，這樣即使在運輸混合料或等待運輸過程中損失了一部分水分，到施工攤鋪時也還在最佳含水量狀態，具備設計施工和易性。因為多孔混凝土的水分散失比較快，所以需在1h內將混合料自車中卸載施工，保持運距在10km以下，并需保證所有的混合料在2h之內碾壓成型，整個施工過程應根據較高標準來實行。在施工之前，還需對基層實行清掃，對于局部轉角的地方，可采用空壓機吹掃，再使用水沖洗，以保證其沒有雜物、灰塵和積水。在攤鋪之前，應當保持下承層的表面濕潤，可采用灑水的方式實現，這樣起到補充水泥水化反應用水的作用。對于垂直施工縫，通常都會做成二級斜槎，并保持縫線的平直。斜槎寬和高的比是1∶1.15。此次研究中，主要是根據試驗地段相關工程研究多孔混凝土基層排水的施工技術，其目的是獲得更準確的施工參數[6]。

3.3 施工流程

在進行多孔混凝土排水基層施工時，應考慮其與一般水泥基層施工不同。其施工的控制方法表現為，應確?；鶎訑備佉约澳雺汗ば虻你暯勇撓稻o密，還要重視基層的壓實度及孔隙率，預防多孔混凝土基層的拌合物發生離析或者松散等不良情況。整個施工流程包含了施工前的準備、攪拌混合料、運輸、攤鋪和整平、覆膜養生，最后對施工質量進行檢查并驗收[7]。

3.4 多孔混凝土基層和面層之間的處治技術

基層與面層之間的處治就是對已經施工完成并經過檢測合格的基層和需要鋪設的面層隔離進行處治，其目的如下：（1）預防在面層施工過程中水泥砂漿滲入多孔混凝土的基層中，使孔隙發生堵塞，進而導致基層排水性能降低甚至是消失；（2）在道路使用的過程中，可以很好地隔離基層內從上到下的滲透水，防止面層被水損害；（3）層間處治能夠起到相應的隔離、連接作用，也有其他的特殊性能。此次研究路段中，建議采用防滲復合土工織物來當作連接層。

4 結束語

文章對隧道多孔混凝土排水基層路用性能進行了分析，得出排水性能以及耐疲勞性能對隧道排水基層的優劣有決定性作用，優良的排水性能和耐疲勞性可有效延長隧道的使用期限。