水泥混凝土路面施工中真空灌漿技術(shù)的應(yīng)用研究

收稿日期：2023-09-06

作者簡(jiǎn)介：李永飛（1975—），男，本科，高級(jí)工程師（副），研究方向：公路橋梁建設(shè)。

摘要 水泥混凝土路面施工時(shí)，泥漿攪拌方式設(shè)定為單結(jié)構(gòu)、單階段形式，會(huì)降低后期灌漿效率，導(dǎo)致水泥混凝土路面存在支撐效果差、路面荷載比值小的問(wèn)題。文章研究水泥混凝土路面施工中真空灌漿技術(shù)，并且驗(yàn)證分析該技術(shù)的應(yīng)用效果。根據(jù)混凝土路面施工需求及標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)述工程概況，設(shè)計(jì)漿體配比，定位鉆孔位置，搭接預(yù)應(yīng)力筋成孔管材，采用多階形式提高灌漿效率，設(shè)計(jì)多階泥漿攪拌方式，實(shí)現(xiàn)真空灌漿處理，通過(guò)檢測(cè)及清洗完成水泥混凝土路面施工。測(cè)試結(jié)果表明：隨機(jī)選定5個(gè)測(cè)試路段路面位置，路面荷載比值均為5以上，說(shuō)明應(yīng)用該真空灌漿技術(shù)后，有效提高了路面荷載比值，水泥混凝土路面施工效果較好。

關(guān)鍵詞 水泥混凝土；混凝土路面；施工結(jié)構(gòu)搭接；真空灌漿；灌漿技術(shù)；路面維護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）01-0089-03

0 引言

公路路面的表現(xiàn)形式多樣化，常見(jiàn)的一種是水泥混凝土路面，其主要優(yōu)勢(shì)是使用壽命長(zhǎng)、施工環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化、剛度與強(qiáng)度高、受到外部影響的概率較小[1]。隨著使用時(shí)間的增加，路面可能會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。例如接縫較多，可能會(huì)導(dǎo)致路面不平整，早期建設(shè)時(shí)容易脫空、斷裂、唧泥等，這些問(wèn)題都會(huì)影響后續(xù)的建設(shè)和施工[2]。針對(duì)上述問(wèn)題，真空灌漿技術(shù)被應(yīng)用到水泥混凝土路面的施工中。為了確保測(cè)試結(jié)果的可靠性，選擇水泥混凝土施工工程作為測(cè)試目標(biāo)，結(jié)合真空灌漿技術(shù)，制定合理、科學(xué)、有效的施工方案[3]。

1 工程概況

選擇G工程作為測(cè)試對(duì)象。公路路線(xiàn)長(zhǎng)30.387 km，路基初始設(shè)置寬度為5.5 m，橫斷路面布置：行車(chē)道為2×3.5 m，土路肩為2×0.35 m[4]。該公路使用時(shí)間較長(zhǎng)，交通量大，甚至出現(xiàn)裂縫、下沉、斷裂等問(wèn)題，這些問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響車(chē)輛通行[5]。工程部分路面如圖1所示。

施工前確保各項(xiàng)工作準(zhǔn)備充分，詳細(xì)調(diào)查并分析路面的病害，確定需要修復(fù)和加固的區(qū)域，標(biāo)定工程路段出現(xiàn)病害的位置。由于該路段病害種類(lèi)多，引發(fā)病害的原因也較多，維護(hù)與處理難度大。

2 設(shè)計(jì)水泥混凝土路面真空灌漿技術(shù)

從設(shè)計(jì)漿體配比、鉆孔定位及預(yù)應(yīng)力筋成孔管材搭接、多階泥漿攪拌及真空灌漿處理、檢測(cè)及清洗完成施工四個(gè)方面研究水泥混凝土路面真空灌漿技術(shù)，深入研究上述四個(gè)方面，以期優(yōu)化水泥混凝土路面真空灌漿技術(shù)，提高施工質(zhì)量，為水泥混凝土路面施工提供技術(shù)參考。如圖2所示，為真空灌漿技術(shù)應(yīng)用設(shè)備簡(jiǎn)圖。

2.1 設(shè)計(jì)漿體配比

多階泥漿攪拌的前提是設(shè)計(jì)漿體配比，該過(guò)程需要測(cè)算水灰比。混凝土路面的高性能水泥塊自身水灰比存在一定差異，需要根據(jù)路面建設(shè)維護(hù)需求，調(diào)整水灰比，提高混凝土路面施工質(zhì)量。測(cè)定水泥漿的最佳密實(shí)度，公式為：

（1）

式中，D——最佳密實(shí)度；μ——耐久時(shí)間；t——恒溫標(biāo)準(zhǔn)；——泥漿覆蓋范圍；θ——強(qiáng)度值。根據(jù)式（1），完成最佳密實(shí)度計(jì)算，結(jié)合路面能夠承受限制，獲取荷載強(qiáng)度比，該值控制在7.55～9.12之間。另外，最佳密實(shí)度也是測(cè)定混凝土水灰比是否合理的重要因素之一。當(dāng)前，依據(jù)路面灌漿處理標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定水灰比，公式為：

（2）

式中，M——泥漿水灰比；d——真空度；k——強(qiáng)度差值；v——灌漿覆蓋范圍；n和m——預(yù)設(shè)灌漿體積和實(shí)際灌漿體積；q——重復(fù)灌漿次數(shù)。當(dāng)前所設(shè)計(jì)的水灰比并不是固定的，要結(jié)合實(shí)際施工需求，根據(jù)施工環(huán)境、施工季節(jié)、混凝土厚度等進(jìn)行實(shí)時(shí)性調(diào)整。

2.2 鉆孔定位及預(yù)應(yīng)力筋成孔管材搭接

根據(jù)G工程信息，設(shè)置鉆孔位置，劃分區(qū)域，測(cè)算各個(gè)路面核心鉆孔位置。每塊水泥混凝土板的鉆孔數(shù)量控制在5～6個(gè)，鉆孔中間可以增設(shè)一個(gè)輔助性的支撐管柱，更好地保障鉆孔位置間距合理。

結(jié)合路面維護(hù)要求，搭接內(nèi)置結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力筋成孔管材，此時(shí)先對(duì)內(nèi)置結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力分布情況進(jìn)行測(cè)定分析，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)是否處于平衡、穩(wěn)定的狀態(tài)。隨機(jī)選擇6個(gè)位置進(jìn)行測(cè)定，利用專(zhuān)業(yè)的儀器進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的測(cè)定與比對(duì)分析，具體如表1所示。

基于預(yù)應(yīng)力的變動(dòng)狀態(tài)，標(biāo)記出核心均衡點(diǎn)的位置，同時(shí)，混凝土構(gòu)件采用直束、彎曲或者U形束方式布筋，形成穩(wěn)定建筑結(jié)構(gòu)，通過(guò)金屬波紋管支撐加固，構(gòu)建支撐框架，以強(qiáng)化結(jié)構(gòu)的支撐能力，降低出現(xiàn)斷裂、坍塌、下沉等問(wèn)題的發(fā)生概率，更好地維護(hù)建筑的穩(wěn)定性、安全性。

真空灌漿處理時(shí)，采用塑料波紋管，增加混凝土路面的剛度及耐腐蝕度。施工過(guò)程需要注意的是，預(yù)應(yīng)力筋成孔管材的搭接位置及距離不固定，需要結(jié)合真空灌漿要求適當(dāng)調(diào)整搭接位置和距離，確保灌漿維持長(zhǎng)時(shí)間的真空環(huán)境。

2.3 多階泥漿攪拌及真空灌漿處理

設(shè)計(jì)多階泥漿攪拌，完成真空灌漿處理。其施工流程如圖3所示。

圖3的施工流程為：泥漿攪拌前，攪拌設(shè)備加水空轉(zhuǎn)5 min，過(guò)程中持續(xù)加水沖刷；5 min后，清空設(shè)備內(nèi)置積水，將水泥、煤灰、膨脹水泥等物料按照順序倒入攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間為3 min，攪拌過(guò)程觀(guān)察物料攪拌狀態(tài)，如果水灰呈黏稠狀，增加水量，如果水灰呈稀釋狀，加入減水劑，攪拌5 min。整個(gè)過(guò)程所使用的時(shí)間必須嚴(yán)格把控，確保所制配的灌注泥漿更加貼近于初始的配置黏稠度，有利于增強(qiáng)路面的平衡性。

完成上述施工后進(jìn)行真空灌漿處理。試抽真空，關(guān)閉所有的關(guān)聯(lián)設(shè)備，包括灌漿閥、真空閥、排氣閥等，打開(kāi)抽真空閥，設(shè)定真空讀數(shù)、控制程度、真空度等參數(shù)，初始?jí)毫Ρ３制胶猓瑔?dòng)真空泵抽至真空抽狀態(tài)。不同灌漿泵送階段、真空度、泵送時(shí)間和壓力波動(dòng)比存在差異，如表2所示。

按照表2，設(shè)置多階段泵送控制指標(biāo)參數(shù)。停泵后，靜置1.5 min，測(cè)定真空壓力是否在設(shè)定范圍，如果在設(shè)定范圍，打開(kāi)排氣閥，排出氣體，確保內(nèi)部的平衡，此時(shí)排氣管處于穩(wěn)定出漿狀態(tài)。觀(guān)察實(shí)時(shí)的出漿情況，如果黏稠度與預(yù)期設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)不符，采用沖洗泵送方式，經(jīng)過(guò)3 min的處理以及情況調(diào)整之后，增加當(dāng)前管道內(nèi)部的壓力，初始期始終維持真空的狀態(tài)，并且將灰漿加入泵內(nèi)，以高壓慢慢打出漿體，達(dá)到對(duì)應(yīng)濃稠度后，關(guān)聯(lián)橡膠管與孔道，漿液灌入孔內(nèi)，填充孔內(nèi)空間。

2.4 檢測(cè)及清洗完成施工

水泥混凝土路面灌漿處理靜置24 h后，采用多目標(biāo)的檢測(cè)核驗(yàn)方式測(cè)定灌漿施工效果，隨機(jī)在混凝土路面上標(biāo)定出幾個(gè)測(cè)試點(diǎn)，每一個(gè)點(diǎn)均使用專(zhuān)業(yè)的儀器進(jìn)行受力情況與數(shù)值的測(cè)定。通過(guò)不同重量重物的碾壓，測(cè)定計(jì)算出前后受力情況的變化，同時(shí)計(jì)算出前后受力分布的變動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)前，對(duì)于平整度的測(cè)定需要擴(kuò)大實(shí)際的測(cè)定范圍。范圍越大，最終得出的平整度數(shù)值越有代表性和可靠性。通過(guò)檢測(cè)平整度，進(jìn)一步判斷施工質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求；通過(guò)模擬車(chē)輛通行方式，檢測(cè)路面支撐能力，檢測(cè)路面的承壓效果和荷載能力，測(cè)算出路面的支撐能力和荷載情況。但是需要進(jìn)行多路段核驗(yàn)，這樣的方式能夠提升測(cè)試結(jié)果的可靠性，也會(huì)更加容易發(fā)現(xiàn)路面施工存在的細(xì)節(jié)性問(wèn)題，更為精準(zhǔn)地評(píng)估路面使用壽命，依據(jù)過(guò)程中存在的問(wèn)題，制定與之相匹配的養(yǎng)護(hù)和維修方案。

施工完成后，按照預(yù)設(shè)的順序清洗施工中所使用的設(shè)備。設(shè)備清洗處理分為兩個(gè)階段，第一階段為基礎(chǔ)沖洗階段，主要是針對(duì)灌漿裝置進(jìn)行處理，拆除抽真空管、真空泵等裝置，沖洗膠管、攪拌機(jī)、閥門(mén)、水灰攪拌工具等；第二階段為深層清洗階段，采用高壓水槍無(wú)死角式清洗攪拌機(jī)、泵送機(jī)等精密化設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并且檢測(cè)精密化設(shè)備內(nèi)部是否存在損壞情況，加強(qiáng)安全隱患的后期控制。

綜上所述，真空灌漿技術(shù)是后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工的一項(xiàng)新技術(shù)，具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)深入研究和探討設(shè)計(jì)漿體配比、鉆孔定位及預(yù)應(yīng)力筋成孔管材搭接、多階泥漿攪拌及真空灌漿處理和檢測(cè)及清洗完成施工四個(gè)方面的問(wèn)題，進(jìn)一步優(yōu)化水泥混凝土路面真空灌漿技術(shù)，提高施工質(zhì)量。

3 施工技術(shù)應(yīng)用結(jié)果分析

在應(yīng)用該文設(shè)計(jì)的真空灌漿技術(shù)后，隨機(jī)選擇該水泥混凝土路面的5個(gè)位置，采集路面數(shù)據(jù)，計(jì)算荷載比值，公式為：

（3）

式中，J——路面荷載比值；φ——承壓范圍；D——單元點(diǎn)位受力值；λ——承壓點(diǎn)位數(shù)量；W——抗壓強(qiáng)度。

通過(guò)公式（3）計(jì)算水泥混凝土路面荷載比值，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3的測(cè)試結(jié)果可知，比對(duì)隨機(jī)選定的5個(gè)測(cè)試路段路面位置，路面荷載比值均達(dá)到5.0以上，其中路面位置5的路面荷載比值最高，該數(shù)值達(dá)到6.8，路面位置1的荷載比值最低，但是該數(shù)值也達(dá)到5.5，說(shuō)明水泥混凝土路面施工應(yīng)用該文研究的真空灌漿技術(shù)后，有效提高了路面荷載比值，路面施工效果較好。

4 結(jié)束語(yǔ)

為提高水泥混凝土路面施工效果，研究了真空灌漿技術(shù)。研究過(guò)程選定G工程作為測(cè)試對(duì)象，從設(shè)計(jì)漿體配比、鉆孔定位及預(yù)應(yīng)力筋成孔管材搭接、多階泥漿攪拌及真空灌漿處理和檢測(cè)及清洗完成施工四個(gè)方面研究了真空灌漿技術(shù)。該技術(shù)是一種具有重大意義的方法，通過(guò)一系列步驟的設(shè)計(jì)和操作，可以有效地提高路面的承載能力。該技術(shù)應(yīng)用后，路面位置1的荷載比值最低，但是該數(shù)值也達(dá)到5.5，說(shuō)明該技術(shù)通過(guò)設(shè)計(jì)漿體配比、定位鉆孔位置、搭接預(yù)應(yīng)力筋成孔管材，通過(guò)多階改進(jìn)泥漿攪拌及真空灌漿處理等方法，有效提高了路面的荷載比值。

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