灌浆技术处治旧水泥混凝土路面应用探析

　　水泥混凝土路面是我国公路路面主要类型之一,在我国公路网构成中占有较大比重。它具有强度高、刚度大、受温度影响小、使用寿命长等优点。但水泥混凝土路面接缝较多,对超载较为敏感,易发生脱空、唧泥、裂缝等先期病害,从而导致路面的破损。如何治理与预防脱空、唧泥等病害,搞好水泥混凝土路面的养护,延长公路的使用寿命,改善其通行能力,具有十分重要的意义。笔者参加了广西南宁至柳州高速公路水泥混凝土路面改建工程试验路段施工,采用灌浆技术处治原水泥混凝土路面,并对施工项目进行跟踪检测,在室内对浆液的配合比进行了对比实验。灌浆技术在该路段取得了良好的效果。
　　1.水泥板底脱空的危害
　　板底脱空的形成将严重危害路面的使用质量及寿命。尽管水泥混凝土路面基层具有较高的强度,但一旦板底脱空,在行车荷载作用下,混凝土路面板将失去连续均匀的支承,发生翘动并随之断裂成为断板,行车荷载及环境因素的连续作用,将加大脱空面积和深度,使断裂增加,进而成为破碎板。由于断板及破碎板的存在,雨水冲刷基层加剧,并影响至周边板,而使路面产生大面积破损,形成恶性循环。
　　2.水泥混凝土面板唧泥、脱空形成的主要原因
　　唧泥和脱空病害的产生有其内在因素和外界因素:内在因素是基层本身的质量、组成以及混凝土面板接缝状况;外界因素则是汽车荷载和气候变化。我国路面基(垫)层材料一般都选用稳定类集料,其模量远小于混凝土面层的模量。水泥混凝土路面在重车荷载的反复作用下,板下基(垫)层将产生累积塑性变形,使混凝土板的局部范围不再与基层保持连续接触,于是水泥砼路面板底与基(垫)层之间将出现微小的空隙,即出现了板下局部脱空,或称为原始脱空区。同时温度、湿度的变化,以及板内温度的非线形分布,引起板向上或向下的翘曲,加速了板与基层之间的分离,形成板底脱空。脱空的出现又为水的浸入创造了条件,当路面接缝或裂缝养护不及时,雨水从破损处侵入基层,渗入的水将在板下形成积水(自由水)。积水与基层材料中的细料形成泥浆,并沿面板接缝缝隙处喷溅出来,形成唧泥。唧泥的出现进一步加剧了板底的脱空。这样周而复始,恶性循环,最终导致路面的损坏。
　　3.脱空板确定
　　3.1脱空板确定方法
　　并非所有的旧水泥路面都适合采用板底灌浆来加固。板底灌浆作为一种养护措施,只有在板底已存在脱空,混凝土路面本身的强度基本满足要求,支承能力丧失程度有限且板尚未严重破损的情形下,进行评定板底脱空的方法有以下几种:
　　3.1.1目测法
　　当观察到某路面发生下列情形之一时,决策者应优先考虑采用灌浆加固。
　　①硷路面接缝中填缝材料由于板的松动而产生剥落现象。
　　②在雨天车辆经过时,接缝中有泥浆冒出。
　　③在行车荷载作用下,硷路面板发生翘动现象;或重车经过时有明显的空洞声(也可采用重锤敲击听声法)。
　　④板角及板纵、横向部位开始产生裂缝、断裂现象。
　　⑤板发生垂直错台现象。对于破碎板(或已换板)的周边板块,脱空往往已经形成,因此应采用灌浆加固,以防止周边板继续发生破碎现象。
　　3.1.2弯沉测试法
　　在路面板尚未发生严重裂缝时,板下封堵和研磨是取代罩面层的一种比较经济的修复方法,同时也是对路面板裂缝和接缝的垂直错位进行直观的评定并进行弯沉测量确定路面支承的状况。应用弯沉测试载重车、弯沉仪、百分表测定砼路面板4个板角的弯沉值。根据有关文献及实践经验,当混凝土路面板某个板角弯沉大于0.8ram时(BZZ-100荷载标准),就应该采取灌浆加固。
　　3.1.3探地雷达无损检测法或超声波法
　　从理论上可以检测出脱空程度相对较小的部位,但2种方法均无成熟的测试经验,且测试费用昂贵,难以在养护工程中推广应用。
　　3.2检测方法
　　广西南宁至柳州公路试验段为高速公路,建于1997年,设计板厚24cm。主要采用弯沉指标来确定脱空板。首先选取水泥混凝土面板荷载最不利作用位置作为检测点,宜选取横缝及纵缝附近的点。采用2台5.4m长杆弯沉仪及BZZ-100标准轴载(后轴轴载为10t)测定车。检测点分主点、副点。主点位于板横缝前10cm,加卸载。副点在横缝后10cm,无荷载(正常行车方向为前)。将一台弯沉仪置于主点,即测定车的轮隙中间;另一台弯沉仪置于副点处。分别测定主、副点弯沉(按前进方向右轮测试)。右轮处于纵缝30cm左右。在《美国路面修复手册》中规定,凡弯沉值超过0.635mm的,应确定为板块脱空。根据我国公路修建状况和检测仪器的实际情况,有关专家推荐凡弯沉值超过0.2mm的,应确定为面板脱空(详见规范)。在该实验路段,采用双指标控制,即主点弯沉大于0.2mm或差异弯沉(主点-副点)大于0.06mm的,均认为板底可能出现脱空现象。
　　4.加固机理
　　板底灌浆加固的目的,就是在已脱空的板底,采取合适的工艺,压注一定配比的砂浆材料,填充板底空隙,胶结已被冲刷而失去结合料的松散基层材料,改善基层和路基的密实度和水稳定性,使之成为一个连续、均匀的整体结构来支承水泥砼路面,使砼面板在行车荷载作用下不再发生翘动而造成断裂、破碎等现象。
　　4.1浆液材料基本要求
　　常用的水泥浆材料包括:水泥、粉煤灰、水、外加剂等。将浆体制成7.07×7.07×7.07cm立方体试件,标准养护7d,其抗压强度应到5MPa以上。浆体应具有良好的可泵性、和易性、保水性,浆体过稠不能均匀布满板底空隙,浆体过稀,干缩性大。
流动度是影响可灌性的主要因素,一般流动度越高,可灌性就越好。由于在现行规范中未对此做明确规定,参照预制梁板压浆施工经验,采用水泥浆稠度试验漏斗(体积1725ml±5ml),以浆体自由全部流完的时间作为流动度来控制其中,在室温条件下,纯水的流出时间为8s(室内试验结果)。
　　4.2试验资料
　　在相同水灰比情况下,流动性随着水泥与粉煤灰的比例产生变化。同时,粉煤灰比例也影响水泥浆的后期强度。在相同条件下,水灰比越大,则浆体的强度会逐渐降低,因此,不宜采用过大的水灰比;根据上述分析,在施工中采用的浆液配比为:
　　水泥:粉煤灰:水:早强剂=1:0.5:0.7+0.5%
　　在取得大流动性的前提下,保证了浆液的强度。
　　5.灌浆技术的实施
　　灌浆孔位置与孔径的选择灌浆孔位置及灌浆孔数量选择的合适与否,直接影响到压浆的效果及成本,最理想的情况是钻取最少的孔,并在合适的平面位置上,能确保板底全部空隙充填密实。由于目前尚无理想的检测设备来精确测定板底脱空的确切部位及脱空程度,故在此仅以外观状况结合弯沉测量综合分析来确定。灌浆孔的数量应根据面板尺寸、脱空程度、结合灌浆试验及施工人员的经验加以确定。因不能判断脱空板板底脱空的连贯性,面板可根据具体脱空情况布孔,一般布2个灌浆孔为宜,孔的位置通过试验及施工人员积累的经验来确定。一般距接缝0.8～1.2m,对已产生断裂的板,可在断缝与两侧接缝中间部位钻孔(如图1所示)可取得预期效果。
　　灌浆孔孔深只要穿透面板至基层内2～3cm即可(以恢复支承为目的),灌浆孔孔径以50mm左右为宜,只要能保证砂浆顺利流畅,对硷板整体性不致于造成太大影响。
　　6.板底灌浆应注意的问题
　　(1)板底灌浆应选择气温相对较低时进行,以5～30℃为宜。
　　(2)板底灌浆宜选择在气温相对干燥时进行。在雨季或雨后的几天,应停止灌浆施工,因为此时脱空的板底往往存有大量的积水,尽管灌注时有部分水可被排出,但也不可能全部排出积水，因此而影响灌浆效果。
　　(3)当某些孔位灌浆不畅,浆液难以灌入时,可先用泵向孔内压射少量的水或喷射空气,使之形成小空腔与脱空部位贯通,以便浆液的初始分布。
　　(4)应控制灌浆压力,当不考虑板块抬升时,灌浆压力以不超过2MPa为宜。当观察到灌浆泵上的压力计压力升高并超过控制值时,应停止泵送,以免造成板体扰动;同时,压力过高易造成灌浆栓塞拔起伤人。
　　(5)当观察到浆液从一个孔流入另一个孔或浆液沿接缝冒出并不再延伸时,应视为注饱;若压浆时浆液从相邻孔中大量冒出,应关闭相邻孔灌浆栓塞上的阀门(或以木塞塞住孔口)并静压一段时间,以免压力损失,确保空隙充填密实。
　　(6)灌浆后必须在砂浆终凝前,及时清除接缝及裂缝中的残渣,以免诱发板块推挤破裂,并在开放交通前,用合适的填缝材料重新灌缝,同时应及时清除残留在路面的砂浆,避免造成路面污染。
　　(7)对灌浆孔,可采用标号不低于原路面设计强度的细石砼进行填补,再次灌浆应重新钻孔。
　　(8)板底灌浆既不能使沉陷、错台板抬升到规定标高或原位,也不能解决因裂缝产生从而降低砼路面板使用品质、性能的问题。因而,板底灌浆、局部修补和罩面层三种手段并用将成为一种更为有效的养护技术。
　　(9)灌浆时应做好详细的施工原始记录,记录表上应能反映出每块板灌浆孔的位置及布孔数量，每个灌浆孔灌浆时的压力及灌浆量,冒浆情况描述等。施工记录同时应包括灌浆板的脱空状况、病害情况的描述及采用的灌浆材料配合比和主要技术指标数据。
　　(10)为确保旧水泥砼路面板底灌浆加固的施工质量,应组织施工人员相对稳定的专业队伍进行施工。
　　7.经济效益评价
　　灌浆处治旧水泥砼路面早中期破坏与“换板”相比最大的优点就是利用原路面板。其直接成本随脱空情况及处治目的不同而不同,一般介于10～30元/m2左右。“换板”翻修砼路面每平方米成本一般需120～140元。与后者相比,前者的直接成本明显低。灌浆作为一种治理砼路面病害、及时可行的科学养护技术,具有成本低、见效快、操作简便、对车辆行驶影响小、受自然因素影响小等优点。在公路施工和养护工程中,具有可观的经济效益和社会效益。
　　8.结语
　　(1)灌浆技术作为一种新型的加固技术,可广泛地使用到公路施工其他方面,如:高速公路桥头跳车、软土地基处理、机场路加固等。而且由于其处治质量主要控制指标——弯沉与旧板加铺沥青砼面层的设计指标相吻合,具有一定科学性,所以也适用于旧板加罩沥青面层的旧板加固中。
　　(2)大多数破损板本身的质量良好,病害主要是由于下承层造成的。有关资料建议灌浆钻孔深度一般为砼板底3～5cm,根据施工经验,钻孔深度应穿透基层达到垫层中。传统的“换板”只能改善板本身状态,而板下灌浆通过灌浆压力可把浆液渗透到相邻砼板下,起到灌浆一块板加固几块板的作用。
　　(3)产生脱空板的原因有:填缝料的失效,水的浸入,基层材料中的细集料。因此,必须加强接缝的养护,及时疏导路面积水,来预防防治路面先期病害。在基(垫)层施工中,应严格控制混合料中的细集料含量。