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摘要:文章主要就公路路面灌浆技术中危害的形成、脱空确定、加固机理以及灌浆应注意的问题进行了分析。
关键词:路面;公路;灌浆;技术
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。
1、病害形成原因
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, 于是水泥混凝土路面板底与基(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, 加速了板与基础之间的分离, 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。
2、脱空判定方法
脱空板可采用人工观察法、弯沉测定法等方法来确定。人工观察法是通过肉眼观察接缝、裂缝、唧泥等情况初步判定脱空。当重车行过,能感到混凝土板有竖直位移时,或下雨之后,有明显唧泥现象的板块,认为是脱空。这种方法的缺点是主观性强,即便是有经验的工程师也不能避免错判、漏判。弯沉测定法是测试板角弯沉,如果超过某一限值,即认为存在脱空。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018 ram时,就应该采取灌浆加固。
3、灌浆加固原理
在现有混凝土路面设计理论中,我们把混凝土板看作是小挠度弹性薄板,其假定条件是面板与地基间完全接触(不脱空)。同时混凝土板是一种准脆性材料,抗压强度高、抗弯拉性能差。在正常情况下,面板均匀支承时,无论荷载作用位置,应力都较小。而一旦脱空,板角处由于基础支撑的丧失处于悬臂状态,板内将产生过大的应力、剪力,混凝土板很快达到极限寿命。水泥混凝土面板灌浆是通过注浆管,施加一定压力将浆液均匀注入板底空隙、板下基(垫)层中,以充填、渗透、挤密等方式,赶走板底、基层裂隙中的积水、空气后占据其位置,经人工控制一段时间后,浆液将原来的松散颗粒或裂隙胶结为整体,形成一个良好的“结石体”。灌浆改善了板底原有受力状态,恢复板体与地基的连续性。达到加固基础,治理病害的目的。
4、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。在施工中,为防止浆体的干缩,浆液中宜掺加一定量膨胀剂。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。浆体流动度不宜过小,控制在20-30s之间较好。否则会产生泌水现象。
5、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。
6、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。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。
7、结束语
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。
关键词:路面;公路;灌浆;技术
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。
1、病害形成原因
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, 于是水泥混凝土路面板底与基(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, 加速了板与基础之间的分离, 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。
2、脱空判定方法
脱空板可采用人工观察法、弯沉测定法等方法来确定。人工观察法是通过肉眼观察接缝、裂缝、唧泥等情况初步判定脱空。当重车行过,能感到混凝土板有竖直位移时,或下雨之后,有明显唧泥现象的板块,认为是脱空。这种方法的缺点是主观性强,即便是有经验的工程师也不能避免错判、漏判。弯沉测定法是测试板角弯沉,如果超过某一限值,即认为存在脱空。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018 ram时,就应该采取灌浆加固。
3、灌浆加固原理
在现有混凝土路面设计理论中,我们把混凝土板看作是小挠度弹性薄板,其假定条件是面板与地基间完全接触(不脱空)。同时混凝土板是一种准脆性材料,抗压强度高、抗弯拉性能差。在正常情况下,面板均匀支承时,无论荷载作用位置,应力都较小。而一旦脱空,板角处由于基础支撑的丧失处于悬臂状态,板内将产生过大的应力、剪力,混凝土板很快达到极限寿命。水泥混凝土面板灌浆是通过注浆管,施加一定压力将浆液均匀注入板底空隙、板下基(垫)层中,以充填、渗透、挤密等方式,赶走板底、基层裂隙中的积水、空气后占据其位置,经人工控制一段时间后,浆液将原来的松散颗粒或裂隙胶结为整体,形成一个良好的“结石体”。灌浆改善了板底原有受力状态,恢复板体与地基的连续性。达到加固基础,治理病害的目的。
4、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。在施工中,为防止浆体的干缩,浆液中宜掺加一定量膨胀剂。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。浆体流动度不宜过小,控制在20-30s之间较好。否则会产生泌水现象。
5、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。
6、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。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。
7、结束语
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。