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水泥混凝土路面板底脫空原因及灌漿處理
2011-11-09 來源:筑龍網
水泥混凝土路面屬于高級路面,是高速公路、一級公路路面的主要形式之一。它屬于剛性路面,板體剛度較大。水穩性比較好,受溫度影響小,且具有承載能力大,養護費用少,抗磨耗能力強,使用壽命長,施工機械簡單等優點。但由于其接縫較多,對超、重載較為敏感,易產生脫空、唧泥等病害,從而導致路面破損。水泥混凝土路面板底脫空是造成路面板斷裂和錯臺的直接原因,尤其是在接縫處產生的脫空。如果不及時進行識別和處置,勢必造成路面面板的斷裂和路面使用性能的衰變,這將會大大降低路面的使用性能。因此如何預防與治理脫空、唧泥等病害,搞好水泥混凝土路面的養護,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。

    一、  水泥混凝土路面板底脫空原因

    水泥混凝土路面交付使用后,在交通荷載和環境的作用下,會逐漸在板塊和基層之間出現空隙,即產生局部脫空,或稱之為原始脫空區。混凝土路面的局部脫空現象較為常見且分布較廣。脫空的出現對水泥混凝土路面板的受力極為不利的,因為它改變了路面的力學結構,使彈性地基上的彈性薄板受力形式不復存在,

    取而代之的是一種類懸臂梁或類簡支梁受力模式(如圖1)。加上混凝土抗彎拉強度很低,脫空后路面一般會迅速斷裂、破碎。如果不及時采取相應的措施,隨著水的浸入,在行車荷載的作用下,經過反復抽吸循環,將使脫空面積加大,面板更容易產生破裂。

    嚴重影響行車質量和路面的使用壽命,也會增加后期的維修費用和難度。板底脫空產生的原因如下:
    

    (一)基層材料選擇不合理

    基層材料級配不夠合理或細料太多,不耐沖刷,穩定性、防凍性差,容易形成脫空。

    (二)接縫、裂縫未及時填封

    接縫料損壞或缺失,造成水的浸入。水的滲入使基層材料強度、剛度進一步降低,此時在荷載的作用下,強度較低的路面就會出現比其他部位更大的變形,且很難恢復而形成脫空。浸入的水在荷載作用下在板下流動,沖刷基層表面。在反復的擠壓和抽吸作用下,擠水與基層材料中的細料形成泥漿,沿接縫縫隙噴濺而出,使脫空面積進一步增大,形成惡性循環。

    (三)水泥混凝土路面自身的缺陷

    水泥混凝土路面基層材料的剛度遠小于水泥混凝土路面的剛度,在行車荷載的作用下,面層和基層對彎沉變形的恢復不一樣,導致面板在荷載離開后恢復原狀,而基層殘留部分變形無法恢復,因此出現基層與路面板的脫離,形成脫空。日趨增大的交通量和重載、超載車的不斷增多,更加劇了脫空病害的產生與發展。

    (四)路面排水系統的缺陷

    路面排水系統存在缺陷,使本應及時排走的水大量長時間滯留在路面上,勢必路面積水會下滲至基層,造成局部基層軟化,下沉形成脫空。

    (五)路基密實度不足

    路基密實度不足,尤其是高填方路段,由于路基填筑材料的不均勻性,造成工后沉降也不均勻,從而形成板底脫空。填石路堤

    未振動夯實或路基設計填土高度較低,當兩側為農田或漁塘時,會導致地下水位升高,地下毛細水浸蝕基層使局部強度降低也會出現脫空現象。

    (六)自然環境因素的影響

    溫度和濕度的變化也對面板產生影響,很容易引起板的翹曲變形;為避免過大的溫度應力使面板斷裂或拱起而設置的縱縫、橫縫,隨著面板的收縮、膨脹、裂縫也隨著張開、閉合,這些都為水的浸入創造了條件。

    二 、灌漿技術施工

    (一)脫空板的確定

    近年來,道路路面脫空檢測設備及其相應的檢測技術得到了迅速的發展,現在國際上比較常用的方法有:落錘式彎沉儀(FWD)判斷法;聲振檢測法。我國還常用貝克曼梁檢測法,除此之外還有:人工敲擊法;外觀判別法等。

    落錘式彎沉儀(FWD)判斷法在國外得到了廣泛的應用,可方便地測定彎沉曲線,具有測試速度快、精度高、準確率高的優點,是進行混凝土路面彎沉量測的較為理想的設備,但該設備昂貴笨重,操作復雜,需專業人員協助,檢測結果需要從原檢測數據中提取后,再進行二次判斷才能得出,識別率較聲振法較低。

    聲振法是一種快速簡便的無損檢測方法(如圖2)。它具有識別率高 ,造價低,速度快,可操作性強,對交通影響小等特點。其速度至少是FWD的三倍,數據處理快捷水

    泥路面脫空檢測儀現場可以輸出檢測結果,并與路線樁號對應。但準確率不如FWD判斷法。

    貝克曼梁(Benleman Beam,簡稱BB),即在規定的標準軸載

    作用下,路基或路面表面輪隙位置產生的垂直變形值(回彈彎沉),利用載重汽車加載,人工讀取百分表的讀數,以此來測量路基或路面表面的回彈彎沉值。該方法以人工操作為主,工作強度大、速度慢。

    外觀判別法和人工敲擊法是人工對路面板進行肉眼觀察和敲擊,根據經驗得出脫空范圍和程度,但無法對板底進行觀察別,這兩種方法的缺點是主觀性強,很不準確,即使是有經驗的工程師也不能避免錯判、漏判。

    (二)板下灌漿的必要性

    在修復水泥混凝土路面時,采用板下灌漿的目的是為了恢復對路面結構的支承。板下灌漿作為一種預防性維護措施,應在板角剛一出現支承喪失的情況時就盡快地進行。支承喪失的表現是彎 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屑。在路面板尚未發生嚴重裂縫時,板下灌漿是一種比較經濟的修復方法。如果初始彎沉很小,最好不要灌漿,因為板下灌漿所造成的擾動可能會使彎沉增大。板下灌漿不能矯正沉降,不能提高結構設計能力,也不能消除因板內溫、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,恢復了結構的整體性,因此減小了未來發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、裂縫處才進行板下灌漿。

    (三)加固機理

    在現有混凝土路面設計理論中,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,應力都較小。而一旦脫空,板角處由于基礎支撐的喪失處于懸臂狀態,板內將產生過大的應

    力、剪力,混凝土板很快達到極限壽命。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、空氣后占據其位置,經人工控制一段時間后,漿液將原來的松散顆粒或裂隙膠結為整體,形成一個良好的“結石體”。灌漿改善了板底原有受力狀態,恢復板體與地基的連續性。達到加固基礎,治理病害的目的。

    (四)漿液材料基本要求

    常用的水泥漿材料包括:水泥、粉煤灰、水、外加劑等。將漿體制成7. 07 cm ×7. 07 cm ×7. 07 cm立方體試件,養護7 d 后,

    使其抗壓強度達到5MPa 以上。制成的漿體應具有良好的可泵性、和易性、保水性,漿體過稠不能均勻布滿板底空隙,漿體過稀,干縮性大。在施工中,有時為防止漿體的干縮,漿液中宜摻加一定量膨脹劑。流動度是影響可灌性的主要因素,一般流動度越高,可灌性就越好。由于在現行規范中未對此做明確規定,參照預制梁板壓漿施工經驗,采用水泥漿稠度試驗漏斗(體積1725ml ±5ml) ,以漿體自由全部流完的時間作為流動度來控制(詳見《公路橋涵施工技術規范》JTJ 041 - 2000 附錄G - 11) 。其中,在室溫條件下,純水的流出時間為8 s (室內試驗結果) ,漿體流動度不應小于16 s ,摻減水劑的漿體可減小到12 s ,流動度最大應不大于26 s。 在施工中,漿體流動度不宜過小,控制在20~26 s之間較好,否則

    會產生泌水現象。在標準條件下,不同水灰比、不同材料配比之間的流動度結果及試件強度不同,在相同水灰比情況下,流動性隨著水泥與粉煤灰的比例產生變化,同時,粉煤灰比例也影響水泥漿的后期強度,水灰比越大,則漿體的強度會逐漸降低,因此不宜采用過大的水灰比。

    (五)灌漿施工

    灌漿技術分為水泥灌注法和瀝青灌注法,灌漿孔位布設應根據路面板的大小、下沉量大小、裂縫狀況以及灌漿機械、灌漿壓力來確定,一般為3~5 孔,灌漿孔大小應和灌注嘴大小一致,一般為5cm 左右(如圖3)。灌注機械可用壓力灌漿機或壓漿泵。灌漿順序應從沉

    陷量大的地方開始,由遠到近,由大到小。灌漿壓力的控制應視混凝土板的損壞及脫空情況具體確定。當漿液從接縫處或另一注漿孔冒出,就可認為完成該孔注漿,即停止注漿,迅速移至另一注孔繼續作業。待漿體抗壓強度達到3 MPa時,用水泥砂漿堵孔,即可開放交通。

    (六)注漿注意事項

    通過現場試驗總結如下幾點注意事項:

    1、當混凝土板縱橫縫有漿液冒出,繼續注漿10~20 s 即應停止。若板底有積水,積水會在壓力下從縫隙冒出,并出現冒氣泡現象,繼續注漿直至停止冒泡且漿液冒出10~20s 即停止。

    2、 對于裂縫及板邊緣冒漿壓強無法上升,則先讓漿液凝固后,再重新鉆孔注漿。

    3、漿液從相鄰板縫隙或硬路肩縫隙冒出時 ,立即停止注漿。

    4、注漿時發現漿液從壓孔、泄氣孔、已壓孔溢出時應用木塞壓緊10 min,拔出木塞具,此孔無須再進行注漿。

    5、注漿時應注意高壓管前不能站人,防止噴漿傷人。經常檢查機械,作好防水、防漏電工作,避免安全事故發生。

    6、注漿施工后,必須用清水將各部件、管道沖洗干凈。

    (七)壓漿效果檢驗與分析

    混凝土板底壓漿的目的在于填充板底空隙,給板塊提供一均勻的支承,減少板的翹動和震動。我們通過以下幾種方法檢驗壓漿效果:

    1、直觀觀察壓漿前后重型車輛通過脫空板時的運動位移情況(限于壓漿前有明顯垂直位移的板塊),壓漿前后對比相當明顯,板的翹動、震動幅度明顯降低,垂直位移大幅度減小。

    2、鉆孔取芯檢查灰漿充填情況。

    3、采用貝克曼梁測彎沉法對壓漿板逐塊檢測板四角彎沉值。

    (八)壓漿工藝存在的問題

    采用注漿技術處治板底脫空是一種新型的預防性養護工藝,其還存在如下一些問題:

    1、如何準確地確定空隙的位置和大小,如何鑒定壓漿是否充實。

    2、壓漿處理脫空、斷板、錯臺、沉陷、唧泥等病害具有一定的效果,但通車實踐表明,壓漿處理過的板塊會產生新的以封孔為核心的放射狀裂縫,在抬升錯臺、沉陷板塊時,會產生板角翹曲的現象。

    3、由于壓漿漿液分布不密實,容易產生應力集中點,形成桌腿式支撐和新的空隙。

    三 、結 語 

    灌漿技術作為一種新型的加固技術,可廣泛地使用到公路施工其他方面,如:高速公路橋頭跳車、軟土地基處理、機場路加固等。而且由于其處治質量主要控制指標—彎沉與舊板加鋪瀝青混凝土面層的設計指標相吻合,具有一定科學性,所以也適用于舊板加罩瀝青面層的舊板加固中。大多數破損板本身的質量良好,病害主要是由于下承層造成的。有關資料建議灌漿鉆孔深度一般為混凝土板底3~5 cm。傳統的“換板”只能改善板本身狀態,而板下灌漿通過灌漿壓力可把漿液滲透到相鄰混凝土板下,起到灌漿一塊板加固幾塊板的作用。 
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