鋼纖維混凝土在檢查井路面病害處治中的應用

林廣春

（山東省建筑設計研究院有限公司，山東 濟南 250000）

0 引言

檢查井是保障城市工程管線正常運行的重要構筑物，也是路面病害常發部位。沉陷及井周路面破壞是道路檢查井的主要病害。高發的道路檢查井病害不僅嚴重影響道路使用壽命、行車舒適性、交通安全、市容市貌，而且耗費大量的后期養護維修資金，造成了不良社會影響。針對病害，提出一種切實有效、可靠的技術方案，亟需予以解決。

1 道路檢查井病害主要成因分析

通過實地調研，機動車道上檢查井病害普遍高發且比較嚴重，如圖1 所示；而非機動車道、人行道上檢查井仍相對比較完好，如圖2 所示。由此可以定性地得出車輛荷載是檢查井病害的主要成因。

圖1 機動車道檢查井病害情況之實景

圖2 非機動車道檢查井病害情況之實景

何維[1-2]和潘永清[3]分別基于ABAQUS 軟件，建立檢查井與井周路面的三維有限元模型，對車輛荷載作用下井周受力進行計算，通過定量分析得出反復車輛荷載是導致檢查井病害的主要原因。

受力方面，當車輛從進入檢查井周邊到離開過程中，反復車輛荷載和由其導致的井蓋墊層拉應力和反復剪切應力導致井蓋墊層產生破壞，繼而引起檢查井沉陷和井周路面破壞。

變形方面，球墨鑄鐵井蓋與瀝青混凝土路面彈性模量相差巨大，當車輛荷載通過時，路面變形比井蓋變形要大很多。兩種材料不協調的變形會在其銜接處產生應力集中現象，在車輛荷載瞬時沖擊作用下，會破壞井座下部砌體結構導致病害產生。

此外，規劃設計不合理，施工質量不合格，后期養護維修不到位等都是導致檢查井病害產生及加劇的原因。

2 鋼纖維混凝土用于檢查井病害處治的優勢

鋼纖維混凝土是一種將亂向分布的短鋼纖維均勻地加入到普通混凝土中所形成的一種新型多相復合材料。由于纖維強化體系的存在，可以顯著提高普通混凝土的抗沖擊、抗拉、抗剪及抗疲勞性能，并具有良好的延性[4-5]。基于道路檢查井病害主要成因分析，將鋼纖維混凝土用于道路檢查井病害處治，具有以下優勢。

（1）卓越的抗沖擊性能，可有效改善混凝土的韌性及耐受變形能力。

（2）較高的抗剪、抗拉、抗彎強度，可有效抵制破壞。

（3）良好的延性，可有效過渡荷載作用下井蓋與路面的變形差異，減小應力集中。

（4）耐磨性高，抗疲勞性能好，耐久性好。

（5）加入速凝劑，有效縮短占道時間。

3 鋼纖維混凝土用于檢查井病害處治的技術要點

花園東路是濟南市中心城區東西向主干道，貫穿歷城區、高新區，為城市東西向交通主動脈。部分車道上檢查井病害嚴重，對行車安全性、舒適性影響很大。下面以對花園東路檢查井病害處治為例，詳細闡述鋼纖維速凝混凝土用于道路檢查井病害處治的技術要點。

3.1 設計荷載及材料指標

3.1.1 設計荷載

設計荷載：城-A 級。

3.1.2 主要材料指標

3.1.2.1 檢查井井蓋座指標

檢查井井蓋座材質采用球墨鑄鐵QT500-7，承載等級D400，允許殘留變形（1/500）D（D 為支座孔口的最大內切圓直徑），其他主要技術指標見表1所列。

表1 檢查井井蓋座主要技術指標表

井蓋與支座的接觸面應進行機加工，保證接觸平穩，車輛經過時，不應有彈跳現象，不得產生噪響。

3.1.2.2 混凝土主要技術指標

混凝土強度等級采用C50，最大水膠比0.36，氯離子含量≤0.1%，堿含量≤3.0 kg/m3。其他主要技術指標見表2 所列。

表2 混凝土主要技術指標表

3.1.2.3 鋼纖維指標

鋼纖維主要技術指標見表3 所列。

表3 鋼纖維主要技術指標

3.2 標準病害處治設計

3.2.1 總體設計

以井蓋中心為圓心，切割出半徑0.65～0.75 m的圓形操作區域（具體視井周路面沉陷半徑而定）。挖除該區域內300～400 mm 厚路面結構層，拆除井筒最上面3～4 皮磚砌體（若下方仍有路面結構松散或井筒結構破損可適當加大開挖深度），清理干凈操作區域，澆筑C50 鋼纖維速凝混凝土井圈，如圖3 所示；設置成品鋼筋網，如圖4 所示。采用支架臨時固定井蓋座，施工時應控制井蓋座頂面與周邊路面高差≤5 mm；待混凝土達到設計強度70%后對其表面進行拉毛， 最后施做井周細粒式瀝青混凝土（AC-13C）表面層。

圖3 標準病害處治設計圖（單位：mm）

圖4 鋼筋網平面布置圖（單位：mm）

現澆混凝土頂面、側面及新舊瀝青間結合處應撒布底涂層瀝青油，同時在新舊瀝青頂部接縫處涂刷1 cm 寬粘層瀝青油并著重碾壓密實，壓實度≥96%。檢查井瀝青混凝土順接層厚4～6 cm，瀝青混凝土施工時井蓋高程應考慮道路縱、橫坡度，確保井蓋與周邊路面連接平順美觀。

3.2.2 順接設計

與周邊路面的順接，根據具體情況采用如下2種方式。

3.2.2.1 獨立順接

當井周路面破損范圍近似圓形且均在現澆鋼纖維速凝混凝土井圈外圍50 cm 范圍內時，采用圓形搭接，搭接寬度6～50 cm；當井周路面破損范圍不規則且某方向破損范圍在現澆鋼纖維速凝混凝土井圈外圍50 cm 范圍外時，采用矩形搭接，搭接寬度6～150 cm，如圖5 所示。

圖5 獨立順接平面圖（單位：mm）

3.2.2.2 聯合順接

當相鄰病害檢查井中心間距＜2.2 m 或當相鄰三個或三個以上病害檢查井采用獨立順接且順接范圍最大重合寬度＞50 cm 時，宜以各井獨立順接邊界為限采用矩形聯合順接，如圖6 所示。

圖6 聯合順接平面圖（單位：mm）

3.2.2.3 順接要求

施工完成后，瀝青混凝土面層宜比周邊現狀路面略高2～3 mm，檢查井蓋宜比瀝青混凝土面層略低2～3 mm。

3.3 病害處治施工要點

3.3.1 基坑開挖

圓形基坑以井口中心畫圓，采用手割鋸切割成圓形。禁止采用油錘直接開挖，邊緣部分采用人工鑿除，保證坑壁整齊、圓順、堅實。嚴禁擾動井周路面結構，嚴禁產生隆起或裂紋，基坑開挖完成后應清理徹底。

3.3.2 高程控制

支座高程應結合路面、坡度、瀝青攤鋪方式等確定。拉線時，在支座上形成4 個檢測點，以控制線為準，復核線作為驗證。井蓋安裝高程略低于周邊路面，允許偏差為-5 mm。

3.3.3 混凝土制備

鋼纖維混凝土攪拌采用分級投料的方式，依次投入砂石、鋼纖維、水泥、水。攪拌時，先干拌再濕拌。由于鋼纖維混凝土更易于沉降而影響質量，故應就近布置攪拌機。

3.3.4 其他

檢查井病害處治涉及多個管線權屬單位，施工前需相關單位配合，嚴格推行一井一驗收工作制度。施工時，應結合管線權屬單位做好對現狀管線的保護工作。

3.4 整治效果

經上述措施整治后，花園東路車道內檢查井周邊瀝青路面強度、剛度顯著提升，整治完畢并開放交通近兩年來，未出現沉陷、路面破壞等病害，效果顯著，如圖7 所示。

圖7 整治效果之實景

4 結語

鋼纖維混凝土具有卓越的抗沖擊性能，較高的抗剪、抗拉、抗彎強度，耐久性好等多方面優勢，已被各類工程廣泛應用。本文詳細闡述了鋼纖維混凝土在檢查井路面病害處治中的技術要點，旨在為檢查井路面病害處治提供技術解決方案，同時為該材料在道路工程領域推廣應用提供參考。