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灌漿技術(shù)處治舊水泥混凝土路面應(yīng)用探討
近幾年來,我國城鄉(xiāng)各地修建了大量的水泥混凝土路面,毋庸置疑,這對提高我國公路路面質(zhì)量,增強(qiáng)公路的抗災(zāi)能力,改善公路行車條件,提高客貨運(yùn)輸效益,均起到了積極的作用。隨著水泥混凝土路面的養(yǎng)護(hù)管理工作日益繁重。一是早期修建的水泥混凝土路面大多已接近使用年限,需要翻修;二是近期修建的水泥混凝土路面,由于諸多原因,有的也出現(xiàn)了不同程度的損壞。為了及時修復(fù)已損壞的水泥混凝土路面,保證公路運(yùn)輸暢通,一些設(shè)計、科研院(所)、施工及養(yǎng)護(hù)管理部門已在這方面做了大量的工作,從實踐中探索了一些較為成功的水泥混凝土路面修補(bǔ)技術(shù)。這些技術(shù)有的已經(jīng)通過工程考驗,證明是可行的;有的則剛剛問世,有待進(jìn)一步檢驗。
路面是公路工程的重要組成部分之一,它直接承受和傳遞行駛車輛的荷載作用,并抵御各種自然條件的侵襲。在我國176萬公里公路網(wǎng)中現(xiàn)有路面里程已達(dá)91%,有高級、次高級路面里程為41%。1990以來,隨著我國大規(guī)模公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的展開,水泥混凝土路面公路得到史無前例的快速發(fā)展。截至到2002年底,我國已擁有水泥混凝土路面公路16.8萬公里,是1989年里程長度的14.7倍,13年中凈增15.6萬公里,平均年增長率為25%。在總里程28.9萬公里的高級路面(瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面)公路中,水泥混凝土路面占到了58%。中國已經(jīng)成為當(dāng)今世界上擁有水泥混凝土路面里程最多的國家之一。
為全面建設(shè)小康社會,實現(xiàn)交通新的跨越式發(fā)展的目標(biāo),新世紀(jì)頭二十年我國公路建設(shè)仍將大踏步前進(jìn)。“五縱七橫”國道主干線有望于2010年前貫通,西部八條大通道將于2020年前全面建成,“十三縱十五橫”國家重點公路建設(shè)由東向西逐步推進(jìn)。與此同時,為加快農(nóng)村公路建設(shè),“修好農(nóng)村路,服務(wù)城鎮(zhèn)化,讓農(nóng)民兄弟走上油路和水泥路”。國家啟動了“通暢工程”和“通達(dá)工程”。按照規(guī)劃,至2020年我國公路通車?yán)锍虒⑦_(dá)到(260~300)萬公里,其中高速公路預(yù)計達(dá)到7萬公里??梢灶A(yù)見,水泥混凝土路面公路仍將有大的發(fā)展,今后幾年水泥混凝土路面的建設(shè)規(guī)模將會以每年數(shù)萬公里至十萬公里的速度向前延伸。在我國水泥混凝土路面的建設(shè)具有得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢,水泥產(chǎn)量連續(xù)13年居世界第一,2002年年產(chǎn)水泥達(dá)到6.3億噸。大力發(fā)展水泥混凝土路面技術(shù),不僅全部原材料均可立足國內(nèi)市場,也有利于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。水泥混凝土路面質(zhì)量的好壞直接影響行車速度、安全、舒適和運(yùn)輸成本。它具有強(qiáng)度高、剛度大、受溫度影響小、使用壽命長等優(yōu)點。但水泥混凝土路面接縫較多,對超載較為敏感,易發(fā)生脫空、唧泥、裂縫等先期病害,從而導(dǎo)致路面的破損,如何治理與預(yù)防脫空、唧泥等病害,搞好水泥混凝土路面的養(yǎng)護(hù),延長公路的使用壽命,改善其通行能力,具有十分重要的意義。
1、水泥混凝土面板唧泥、脫空形成主要原因
唧泥和脫空病害的產(chǎn)生有其內(nèi)在因素和外界因素:內(nèi)在因素是基層本身的質(zhì)量、組成以及混凝土面板接縫狀況;外界因素則是汽車荷載和氣候變化。我國路面基(墊)層材料一般都選用穩(wěn)定類集料,其模量遠(yuǎn)小于混凝土面層的模量。水泥混凝土路面在重車荷載的反復(fù)作用下,板下基面板底與基(墊)層之間將出現(xiàn)微小的空隙,即出現(xiàn)了板下局部脫空,或稱為原始脫空區(qū)。同時溫度濕度的變化,以及板內(nèi)溫度的非線形分布,引起板向上或向下的翹曲,加速了板與基礎(chǔ)之間的分離,形成板底脫空。脫空的出現(xiàn)又為水的浸入創(chuàng)造了條件,當(dāng)路面接縫或裂縫養(yǎng)護(hù)不及時,雨水從破損處浸入基層,滲入的水將在板下形成積水(自由水)。積水與基層材料中的細(xì)料形成泥漿,并沿面板接縫縫隙處噴濺出來,形成唧泥。唧泥的出現(xiàn)進(jìn)一步加劇了板底的脫空。這樣周而復(fù)始,惡性循環(huán)最終導(dǎo)致路面的損壞。
2、板下封堵的必要性
在修復(fù)水泥混凝土路面時,采用板下封堵的目的是為了恢復(fù)對路面結(jié)構(gòu)的支承,它是通過向這些空隙灌漿而實現(xiàn)的。灌漿時要施加一定的壓力,而施加的壓力不應(yīng)使路面板抬升。
板下封堵作為一種預(yù)防性維護(hù)措施,應(yīng)在板角剛一出現(xiàn)支承喪失的情況時就盡快地進(jìn)行。支承喪失的表現(xiàn)是彎沉增大,橫向接縫形成錯臺,交通車道或路肩的接縫和裂縫附近積存細(xì)屑。
在路面板尚未發(fā)生嚴(yán)重裂縫時,板下封堵是一種比較經(jīng)濟(jì)的修復(fù)方法。如果初始彎沉很小,最好不要灌漿,因為板下封堵所造成的擾動可能會使彎沉增大。
板下封堵不能矯正沉降,不能提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力,也不能消除因板內(nèi)溫、溫度變化及板上交通荷載而造成的垂直錯臺。但是由于空隙被填充,減小了彎沉,恢復(fù)了結(jié)構(gòu)的整體性,因此減小了未來發(fā)生唧泥以及錯臺和板斷裂的可能性。只有在支承能力喪失程度有限的接縫、裂縫處才進(jìn)行板下封堵。
3、加固機(jī)理
在現(xiàn)有混凝土路面設(shè)計理論中,我們把混凝土板看作是小撓度彈性薄板,其假定條件是面板與地基間完全接觸(不脫空)。同時混凝土板是一種脆性材料,抗壓強(qiáng)度高、抗彎拉性能差。在正常情況下,面板均勻支承時,無論荷載作用位置,應(yīng)力都較小。而一旦脫空,板角處由于基礎(chǔ)支撐的喪失處于懸臂狀態(tài),板內(nèi)將產(chǎn)生過大的應(yīng)力、剪力,混凝土板很快達(dá)到極限壽命。水泥混凝土板灌漿是通過注漿管,施加一定壓力將漿液均勻注入板底空隙、板下基(墊)層中,以充填、滲透、擠密等方式,趕走板底、基層裂隙中的積水、空氣后占據(jù)其位置,經(jīng)人工控制一段時間后,漿液將原來的松散顆?;蛄严赌z結(jié)為整體,形成一個良好的“結(jié)石體”。灌漿改善了板底原有受力狀態(tài),恢復(fù)板體與地基的連續(xù)性。達(dá)到加固基礎(chǔ),治理病害的目的。
4、設(shè)計考慮
板下封堵工程設(shè)計,包括選擇一種合格的灌漿混合料,測試路面有沒有脫空,預(yù)計灌漿的量和決定適宜的灌漿孔。
4.1灌漿混合料
水泥混凝土路面板下封堵的灌漿材料一般由水泥、粉煤灰、砂、外摻劑和水組成。灌漿材料質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響灌漿的效果,因此,不管用何種灌漿材料都應(yīng)通過試驗來選擇。
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