高速公路脫空面板的板底壓漿處理技術研究

寇俊 葉小華

摘要 文章以某工程為例，從施工準備、壓漿操作、質量控制、壓漿質量測試等方面，梳理介紹了混凝土路面板脫空板底壓漿處理及落錘彎沉檢測技術。案例路面壓漿處理前后的脫空率由67.00%降低到23.40%，1年后跟蹤檢測經過治理的壓漿板，發現質量合格的仍達到64.16%，表明板底壓漿處理的有效性。

關鍵詞 高速公路；脫空面板；板底壓漿；技術研究

中圖分類號 U416.216文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0103-03

0 引言

面板脫空是一種常見的混凝土路面病害，該病害容易引起板邊和板角區域應力狀態嚴重失衡，在板體自身重量和交通荷載作用下，會產生過大的應力應變和撓度，導致路面板大面積錯位、斷裂和碎裂，嚴重影響路面性能，縮短路面使用壽命。

壓漿是修補水泥混凝土路面板脫空的常用方法。漿液在板下固結后，能有效恢復面板與基層之間的連結狀態和面板自身的應力狀態，從而恢復和提高其路面載荷的承受能力。壓漿技術操作便捷，經濟實用，對交通影響也比較小，在混凝土路面脫空面板治理中得到廣泛運用。某高速公路在脫空面板治理中采取了板底壓漿技術，該文將重點梳理該技術要點，以為公路混凝土面板脫空治理提供參考。

1 工程概況

江西某高速公路總里程137.90 km，采用雙向四車道，通車運行一段時間后，隨著重車和特重車交通量的迅速增長，部分區段PCI指數下降，開始發生錯臺、面板脫空等病害，病害存在和發展尤以K531+000～K531+700、K529+700～K530+100、K525+800～K526+100等3個區段上的左超車道脫空情況嚴重。3處路面結構均為：級配碎石底基層18.00 cm + 二灰穩定碎石基層20.00 cm + 混凝土面層24.00 cm，采用板底壓漿技術進行處理。

壓漿用水泥砂漿由水泥、砂、粉煤灰、膨脹劑、早強減水劑和水復合拌和而成，其中水泥選擇早強型普通42.50硅酸鹽水泥；砂采取粒徑≤3.00 mm、表觀密度2 600 kg/m、散積密度1 650 kg/m、孔隙率35.00%、含泥量0.20%、不含泥塊量的當地河砂；水率≥20%的復合型NS015早強高效減水劑；GNA（P）型防水抗裂膨脹劑；地產Ⅱ級粉煤灰；潔凈自來水。優化配合比采取水泥∶粉煤灰∶砂∶膨脹劑∶早強減水劑∶水=100∶31∶62∶10∶2.2∶68。

2 脫空面板板底壓漿處理流程及要求

2.1 施工準備

（1）脫空板評估。施工前先對灌漿范圍內的混凝土板給予編號，并沿行車方向以貝克曼梁檢測每塊板的四個板角，測點的彎沉值超過0.20 mm，即判定為脫空板，對其進行灌漿處理。案例在3個區段中共識別了188塊脫空板，并沿行車方向在板中心線和板邊緣的兩個點以落錘式彎沉儀檢測灌漿前的撓度[1]。

（2）壓漿設備。要求設備操作簡單、移動靈活、作業安全。設備主要包括制漿、鉆孔、灌漿、漿液運輸和安全警示設施等。

（3）壓漿工序。壓漿作業按制漿、攪拌、壓漿三個工序進行。機械配置應移動靈活方便，緊湊有序，并符合交通需求。通過改裝原拖車，依次將制漿機和灌漿機固定在拖車上，制漿機出漿口應高出灌漿機進漿口高度20～50 cm；拖車配有手剎和氣剎制動，并裝備雨棚。

機械設備現場配置如下：

（1）兩臺發電機組：鉆孔機由2.2 kW的發電機組供電，制漿機和輸送泵由30 kW的發電機組供電。

（2）拌漿機：漿液制備使用拌漿機，已制備好的漿液儲存在儲漿罐中，且必須不停地攪拌。

（3）鉆孔機：使用金剛石鉆孔機，其鉆孔直徑設置在38 mm。

（4）壓漿泵：壓力一般控制在0.50～1.00 MPa范圍，出漿量按6 m3/h。

（5）壓漿管，配有自脹型卡頭。

（6）運料車：運送粉煤灰、水泥等原材料。

（7）灑水車：配置1臺。

2.2 壓漿操作

（1）壓漿孔配置。板角位置是最不利受力、自由度最大的位置，容易發生脫空，現場布孔時要重點考慮2個因素：①中度或輕微裂縫的病害板，只需在板角鉆孔進行灌漿即可。②對于裂縫過多沉降過大的病害板，可以適當加密配孔，以方便灌漿操作。

（2）板底壓漿。①鉆孔。選定鉆孔位置后，采用Φ38 mm鉆芯取樣器在板上鉆孔，孔深70 cm，要穿透碎石基層。應提前完成鉆孔。每鉆完1個孔后，用空壓機清理孔內的混凝土碎屑和雜物，保持孔內干燥，并以泡沫塞封，防止散落物再落入孔內，以利于灌漿材料在壓力泵的作用下順利流入空心處。②制漿。按設計的優化配合比進行漿液配制。先加入規定水量，然后在攪拌機運行的前提下，加入早強減水劑，最后依次添加水泥以及其他材料。注意材料中不得存在過期料、結塊料，以免壓注過程中塞堵輸漿管和影響壓漿質量。漿液材料現用現配，攪拌均勻，防止發生沉淀現象。③壓漿。用漿泵將混合好的灰漿通過孔道壓入病害部位，在0.50～1.00 MPa左右控制壓力，直到相鄰孔或接縫溢漿或者不溢漿，板面略有提升；注漿過程中，控制壓力和注漿時間，可以防止土肩開裂和破壞，應及時用圓木塞堵塞溢流孔，防止壓力損失；灌漿孔在灌漿頭拔出后立即用木塞塞住，以防砂漿倒流。所有塞堵必須在8～10 min后才能拔出；采用“圍、擠、壓”的方法，先圍住灌漿區，再中間插孔擠密，保證灌漿質量[2]。

2.3 漿體抗壓測試

試樣由現場澆注的泥漿制成。試樣養護條件與路用養護條件相同。制備的試樣應標明詳細位置和取樣日期。每個施工周期制作兩組試樣，每組6個。12 h齡期的抗壓強度應在3.50 MPa左右，24 h齡期的抗壓強度應在5.00 MPa左右。如果水泥漿24 h強度達不到規定要求，必須重新灌漿。

案例現場取樣漿體抗壓抽檢強度見表1所示，結果表明水泥漿12 h和24 h的抗壓強度滿足要求[3]。

2.4 壓漿質量測試

完成壓漿操作3 d后，進行壓漿質量測試。

（1）貝克曼梁撓度檢測。灌漿完成后，用貝克曼梁沿每塊板的行駛方向檢測四個板角，要求任一測點檢測的撓度值≤8（單位：0.01 mm）。

（2）注水試驗。用38 mm鉆頭鉆至30 cm深，取芯樣，向孔內注水，觀察水位60 min，確保水位不下降。

（3）底基層水泥漿檢查。用38 mm中等鉆頭分2步取芯，先鉆至30 cm深，再鉆至60 cm深，芯樣的級配碎石的底基層應存在水泥漿。芯孔與灌漿孔的距離≥60 cm。

（4）復壓漿試驗。取芯后，用原配合比配制的漿液重新充填取芯孔，要求注漿壓力保持在2～5 Pa達到60 s，壓漿低于5 L。彎沉值貝克曼梁檢測結果、鉆芯注水、底基層壓漿及復壓漿測試如表2、3所示。測試結果顯示質量合格。

采用落錘彎沉儀開展壓漿質量檢測，方法如下：

（1）傳荷性能：水泥面板壓漿后傳荷性能高于80%，則評定為合格。

（2）彎沉截距：板邊載荷－彎沉經線性回歸以后的彎沉截距b滿足10 m≥b≥?10 μm范圍，則板底不存在脫空，評定為合格。

（3）板邊中區彎沉D1：采用落錘彎沉測試方法，測得板邊中區彎沉D1≤150 μm，則板底不存在脫空，評定為合格。

（4）壓漿后傳荷性能、彎沉截距、板邊中區彎沉D1均滿足設計要求，則壓漿質量評定為合格。

3 落錘彎沉檢測與分析

落錘彎沉檢測系統載荷范圍0.7～12 t，感受器數量9，分辨率為1 μm，檢測誤差保持在≤±0.02。落錘彎沉檢測系統利用計算機操控液壓系統升降重錘，對檢測面施加脈沖載荷，產生的載荷脈沖可以模擬行駛中車輪載荷對路面的影響。通過變更重錘提升高度，可以在一定范圍內調節載荷。施加的載荷通過30 cm直徑的載荷板傳遞至路面，致使路面形變，載荷值由傳感器檢測。路面形變由9個傳感器測量，數據由計算機系統拾取，經轉換得到各測點的撓度值，同時形成彎沉盆圖。

3.1 檢測方法

每塊板沿行車方向的板中線，采用落錘彎沉系統，在板邊和板中測量2個測點。每個測點按6 t、8 t、10 t變換加荷級，傳感器檢測不同加荷級下的各測點彎沉值，數據由信息處理系統進行處理。

3.2 檢測結果與分析

（1）接縫傳荷能力的測量結果與分析，接縫傳荷能力匯總表如表4所示。

K525+800處11塊板的荷載傳遞系數>0.80，灌漿后荷載傳遞系數增大。總體來看，灌漿前后荷載傳遞系數>80%的板由129塊增加到151塊，比例68.6%提高到80.3%，取得了一定的治理效果。

（2）彎沉截距b測量結果與分析，彎沉截距b測量結果如表5所示。

K531+700～K531+000處135塊板的脫空率由75.60%降至25.90%；K530+100～K529+700處42塊板的脫空率由40.40%降至16.70%；K526+100～K525+800處11塊板的脫空率由63.60%降至18.20%。總體來講，注漿前后的脫空率由67.00%降低到23.40%，基于截距b控制脫空率的測量結果表明，三個區間的注漿效果良好。

3.3 后期跟蹤檢測結果與分析

壓漿1年后，跟蹤進行落錘彎沉檢測，檢測結果如表6所示。從表6可以看出，K531+700～K531+000段，灌漿后和一年后，基于傳荷能力、彎沉截距b、板中彎沉評測指標，分別對135塊板和120塊板的測試結構顯示，一年后合格板數由98塊降低到73塊，合格率由72.60%降低到60.80%。K529+700～K530+100段一年后合格板數由35塊降低到30塊，合格率由83.80%降低到71.40%。K525+800～K526+100段一年后合格板數由9塊降低到8塊，合格率由81.80%降低到72.80%。壓漿1年后質量合格的經過前期治理的壓漿板仍達到64.16%。

4 結語

基于高速公路脫空面板治理案例，進行了水泥混凝土公路脫空面板的板底壓漿處理技術研究。①介紹了板底壓漿材料構成及所應用的漿液優化配合比。②介紹了脫空面板板底壓漿處理的操作技術要點，包括施工準備、壓漿操作、質量控制、壓漿質量測試等主要操作環節和技術點。③介紹了壓漿質量檢測技術要點。圍繞傳荷能力、彎沉截距、板中彎沉3個技術指標，采用落錘彎沉儀開展檢測，三個指標同時滿足要求，則壓漿質量評定為合格。④落錘彎沉檢測數據顯示，案例路面壓漿處理前后的脫空率由67.00%降低到23.40%，改進提高幅度達53.6個百分點。壓漿1年后質量合格的經過前期治理的壓漿板仍達到64.16%。⑤三個試驗段注漿效果差異較大，K530+100～K529+700段42塊病害板的壓漿后的合格率達到83.30%，K526+100～K525+800段11塊病害板的壓漿后的合格率達到81.80%，治理提高效果較好，而K531+700～K531+000段135塊病害板壓漿后的合格率只有51.90%。主要原因是該區段處于超車彎道，脫空病害比較嚴重，壓漿操作過程中漿液容易流失，壓漿質量難以控制。由此可見，可見案例所用的壓漿材料更適用于處于直道的板底脫空壓漿處理。

參考文獻

[1]雷麗君. 水泥混凝土路面板脫空評定及壓漿技術研究[D]. 西安：長安大學， 2002.

[2]趙茂才. 水泥混凝土路面板下脫空對使用壽命的影響分析[J]. 公路交通科技， 2004（2）： 1-4.

[3]林有貴， 凌桂芳， 周書林， 等. 水泥混凝土路面板底脫空檢測方法研究[J]. 公路交通科技， 2005（4）： 20-22.