Feed訂閱

灌漿技術處治舊水泥混凝土路面應用探討

時間:2007-04-28  來源:  瀏覽:18433次
為了及時修復已損壞的水泥混凝土路面,保證公路運輸暢通,些設計科研院所施工及養護管理部門已在這方面做了大量的工作,從實踐中探索了些較為成功的水泥混凝土路面修補技術…板下封堵不能矯正沉降,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…其中,在室溫條件下,純水的流出時間為s室內試驗結果…路面是公路工程的重要組成部分之,它直接承受和傳遞行駛
灌漿技術處治舊水泥混凝土路面應用探討摘要:水泥混凝土路面在使用過程中會產生諸多的病害,本文嘗試通過對舊水泥混凝土路面板唧泥,脫空等混凝土路面主要病害的分析,分析討論采用灌漿技術來解決此類病害的相關問題,并從對脫空板的確定,灌漿加固機理、設計考慮、施工方法,技術實施等方面進行了較詳細的介紹和分析從經濟的角度評價了灌漿技術的可行性。

關鍵詞:水泥混凝土路面脫空分析灌漿處治評定

前言:

近幾年來,我國城鄉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量,增強公路的抗災能力,改善公路行車條件,提高客貨運輸效益,均起到了積極的作用。隨著水泥混凝土路面的養護管理工作日益繁重。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,有的也出現了不同程度的損壞。為了及時修復已損壞的水泥混凝土路面,保證公路運輸暢通,一些設計、科研院(所)、施工及養護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技術。這些技術有的已經通過工程考驗,證明是可行的;有的則剛剛問世,有待進一步檢驗。

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176萬公里公路網中現有路面里程已達91%,有高級、次高級路面里程為41%。1990以來,隨著我國大規模公路基礎設施建設的展開,水泥混凝土路面公路得到史無前例的快速發展。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%。中國已經成為當今世界上擁有水泥混凝土路面里程最多的國家之一。

為全面建設小康社會,實現交通新的跨越式發展的目標,新世紀頭二十年我國公路建設仍將大踏步前進。“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”國家重點公路建設由東向西逐步推進。與此同時,為加快農村公路建設,“修好農村路,服務城鎮化,讓農民兄弟走上油路和水泥路”。國家啟動了“通暢工程”和“通達工程”。按照規劃,至2020年我國公路通車里程將達到(260~300)萬公里,其中高速公路預計達到7萬公里。可以預見,水泥混凝土路面公路仍將有大的發展,今后幾年水泥混凝土路面的建設規模將會以每年數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具有得天獨厚的資源優勢,水泥產量連續13年居世界第一,2002年年產水泥達到6.3億噸。大力發展水泥混凝土路面技術,不僅全部原材料均可立足國內市場,也有利于促進國民經濟的可持續發展。水泥混凝土路面質量的好壞直接影響行車速度、安全、舒適和運輸成本。它具有強度高、剛度大、受溫度影響小、使用壽命長等優點。但水泥混凝土路面接縫較多,對超載較為敏感,易發生脫空、唧泥、裂縫等先期病害,從而導致路面的破損,如何治理與預防脫空、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。

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生有其內在因素和外界因素:內在因素是基層本身的質量、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定類集料,其模量遠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作用下,板下基面板底與基(墊)層之間將出現微小的空隙,即出現了板下局部脫空,或稱為原始脫空區。同時溫度濕度的變化,以及板內溫度的非線形分布,引起板向上或向下的翹曲,加速了板與基礎之間的分離,形成板底脫空。脫空的出現又為水的浸入創造了條件,當路面接縫或裂縫養護不及時,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。唧泥的出現進一步加劇了板底的脫空。這樣周而復始,惡性循環最終導致路面的損壞。

2、板下封堵的必要性

在修復水泥混凝土路面時,采用板下封堵的目的是為了恢復對路面結構的支承,它是通過向這些空隙灌漿而實現的。灌漿時要施加一定的壓力,而施加的壓力不應使路面板抬升。

板下封堵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,板下封堵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、裂縫處才進行板下封堵。

3、加固機理

在現有混凝土路面設計理論中,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(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。

4、設計考慮

板下封堵工程設計,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。灌漿材料質量的優劣直接影響灌漿的效果,因此,不管用何種灌漿材料都應通過試驗來選擇。

4.1.1灌漿材料應具有的特點

(1)早期強度高。要求材料具有一定抗壓強度和彎拉強度,同時強度應盡可能早的形成,以便及早通車。

(2)流動性好。灌漿加固是在一定壓力下將漿體壓入到板下的空隙,常用的灌漿壓力在1.0~1.5Mpa左右,若漿體本身粘度大,流動性不好,在灌漿過程中不能充分灌入空隙,影響加固質量。

(3)無收縮。灌漿加固層的收縮將造成與板體和基層之間的粘結減弱,影響灌漿加固效果。

4.2脫空板的確定

脫空板可采用人工觀察法、彎沉測定法等方法來確定。人工觀察法是通過肉眼觀察接縫、裂縫、唧泥等情況初步判定脫空,當重車行過,能感到混凝土板有豎直位移進,或下雨之后,有明顯唧泥現象的板塊,認為是脫空。這種方法的缺點是主觀性強,即使是有經驗的工程師也不能避免錯判、漏判。彎沉測定法是測試板角彎沉,如果超過某一限值,即認為存在脫空。我國交通部行業標準《公路水泥混凝土路面養護技術規范》(JTJ073.1-2001)(以下簡稱《規范》)中也明確規定水泥混凝土面板脫空位置的確定可采用彎沉測定法。

4.2.1彎沉儀測定法

(1) 加載車。采用相當于黃河JN150重型標準汽車,后軸重10t

(2) 儀表。5.4m長桿貝克曼梁,百分數表(至少三套)。

(3) 測點。路面每幅每條橫向接縫或裂縫測4個點位,測點在接、裂縫兩則的4個角點上。

(4) 車輪位置。角點處,車輪著地矩形的邊緣離中縫及橫向接(裂)縫的距離不大于10cm。

(5) 變位感應支點位置。貝克曼梁的變位感應支點應盡量接近角部或邊縫,不一定要緊靠近車輪,不必將感應支點落在兩輪胎之間的間隙處。

(6) 相隔兩道縫。貝殼曼梁的中間支點及百分表支座支點應與變位感應點保持相隔兩道接(裂)縫,至少相隔一道縫,不能落在同一完整板塊上。

(7) 讀數。汽車應以5km/h的速度駛離測點至少5m以上,并且相隔至少一道縫,當百分表讀數穩定時,才能讀數。

(8) 記錄。

(9) 凡彎沉值超過0.635mm的,應確定為板塊脫空。

4.3砂漿量的預測

每個接縫的灌漿量一般為0.03m3~0.09m3。

4.4材料

采用粉煤灰水泥混合料并摻外加劑。粉煤灰摻水泥是一種能支承荷載的高強度耐久混合料,粉煤灰的顆粒級配和球形形狀還使它具有填充細小空隙所需要的易流動性。

外摻劑包括減水劑、膨脹劑,以補償粉煤灰的收縮。

4.5設備要求

配制粉煤灰砂漿,需要專門用于配制膠質材料的混合器才能配制出處于懸浮狀態、抗游離稀釋的真正的膠質混合料。可用一部水泥噴射泵為砂漿加壓。為了能在發現板移動時盡快地停止灌漿,應使用回流管以減少板的移動或過度灌漿。采用砂漿回流系統有助于消除砂漿在噴射管內的初凝,砂漿的流動一被切斷,管內的砂漿就可回流到泵中,水箱也需要加壓泵,且容量應能滿足一天的生產需要。有些砂漿拌和裝置帶有大小適宜的水箱。應使用能擴張的膠噴嘴以便使噴射管牢牢地貼緊也壁。

4.6板上封堵砂漿孔的分布

鉆孔的的形式應能提供足夠多的孔,使砂漿能流到路面下的所有空隙內。板下封堵的常用鉆孔分布形式。孔的分布形式隨水泥混凝土路面的不同設計類型而變化。因為對不同的板長、使用性能和破損形式的分布會有所不同,板下封堵的位置也需做相應的調整。

鉆孔應穿過板并進入未經處治的墊層。如果基層經過穩定處理,空隙往往存在于墊層和土基之間。側孔應穿透經過墊層并鉆入土基內,深度最大不超過7cm。砂漿噴射管的輸出管口不能低于混凝土板的板底,這樣才能使砂漿流入混凝土板以下的所有空隙以及基層以下的所有空隙。在砂漿流不到的地方,必須用泵向孔內射入少量的空氣以形成一個小空腔同脫空部位貫通。

板下封堵期間要進行嚴密的觀察,以免灌漿過度,板被抬升。當砂漿從相鄰孔流入裂縫、接縫與路肩下方時,可停止灌漿。

5、板下封堵施工準備

板下封堵工作是用泵將稀砂漿混合料從路面上的鉆孔灌入到板下的空隙中。對水泥混凝土路面進行穩定和板下封堵,用混合料填充板下的空隙,使之形成一個不溶解的堅硬塊體。

5.1定位

上海某公路試驗段為一級公路,建于1997年,設計板厚24cm。主要采用彎沉指標來確定脫空板。首先選取水泥混凝土面板荷載最不利作用位置作為檢測點,宜選取橫縫及縱縫附近的點。采用兩臺5.4m長桿彎沉儀及BZZ-100標準軸載(后軸軸載為10t)測定。測點分主點、副點。主點位于板橫縫前10cm,加卸載,副點在橫縫后10cm,無荷載(正常行車方向為前)。將一臺彎沉儀置于主點,即測定車的輪隙中間,另一臺彎沉儀置于副點處。分別測定主、副點彎沉(按前進方向右輪測試)右輪處于縱縫30cm左右。在《美國路面修復手冊》中規定凡彎沉值超過0.635mm的,應確定為板塊脫空。

5.2制備砂漿混合料

5.2.1漿液材料基本要求

常用的水泥礫材料包括:水泥、粉煤灰、水、外加劑等。將漿體制成7.07*7.07*7.07cm立方體試件,標準養護7d,其抗壓強度應到5Mpa以上,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,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。其中,在室溫條件下,純水的流出時間為8s(室內試驗結果)。表1列出了在標準條件下,不同水灰比、不同材料配比之間的流動度結果及試件強度。從表中可發現水泥凈漿不管摻或不摻減水劑,其流動性都比相同條件下水泥粉煤灰漿體的流動性要好。因此,可以看出,二級粉煤灰單位何種的需水量要同條件下水泥粉煤灰漿體的流動性要好。因此,可以看出,二級粉煤灰單位體積的需水量要大于水泥。文獻(1)中提出:對于不摻減水劑的水泥凈漿,其流動度不應小于16s;摻減水劑的漿體可減小到12s;流動度最大應不大于26s。在施工中,漿體流動度不宜過小,控制在20-30s之間較好。否則會產生泌水現象。

5.2.2試驗資料

從表中可看出,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。在相同條件下,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;根據上述試驗結果,在施工中采用的漿液配比為:水泥:粉煤灰:水:早強劑=1:0.5:0.7+0.5%。在取得大流動性的前提下,保證了漿液的強度。如表1

漿液流動度及力學試驗指標

漿液配合比(水泥:粉煤灰:水) 水灰比 流動度(s)7天強度(Mpa) 28天強度(Mpa)漿液配合比(水泥:粉煤灰:水)水灰比 流動度(s)7天強度(Mpa)28天強度(Mpa)

1:0.0:0.4 0.4 96.79 21.58 51.25 1:0.4+0.5%SN-II 0.4 16.4 18.42 42.1

1:0.5:0.7 0.47 85 10.41 23.65 1:0.5:0.65+0.5%SN-II 0.43 42.96 17.1  

1:0.5:0.75 0.5 32.53 6.97   1:0.5:0.7+0.5%SN-II 0.47 21.99 11.85 27.27

1:0.7:0.8 0.47 79.21 7.96 19.13 1:0.7:0.8+0.5%SN-II 0.47 32.16 10.55 24.51

1:0.7:0.9 0.56 21.75 8.08 17.18 1:0.7:0.8+0.75%SN-II 0.47 29.5 10.55  

1.0:1.0:1.0 0.5 47.51 5.93            

注:漿體制成7.07*7.07*7.07cm立方體試件,放在標準養護室進行養護;SN-II指早強劑。

5.3機械設備

水泥混凝土路面板下封堵的灌漿設備主要由壓漿泵、灰漿攪拌機、脹卡頭、水箱和30kw發電機組等組成。

5.3.1壓漿泵的選擇

(1)泵的壓力。壓漿泵的壓力應根據灌漿材料不同,管路的長短等因素來確定。水泥粉煤灰作為灌漿材料,壓漿泵的初始起動壓力宜為1.5Mpa,即15Kg/cm2。

(2)輸送管的管徑。由于輸送距離較短,一般輸送半徑不大于30m,故宜選用壓漿管管徑64mm,排漿管徑51mm。

(3)輸送量。每臺壓漿機組額定工程量為單幅100m即20塊,每班工作有效壓漿時間按4h計,則壓漿機每小時材料輸送量應大于是1.5m2,宜采用3m2/h輸送量的壓漿泵。

5.3.2灰漿攪拌機的選擇

灰漿攪拌機有兩個功能,一是灰漿攪拌,二是灰漿儲存,且灰漿儲存內設有攪拌軸以防止灰漿沉淀離析。該設備主要參數:工作效率:6m3/h;攪拌軸轉速70n/min。

5.3.3脹卡頭

脹卡頭是壓漿工作的重要部件,它是壓漿管與水泥混凝土板銜接的媒介。脹卡頭宜選用最大外徑107mm,內孔直徑為38mm。為使壓漿順利進行,脹卡頭的最小旋緊力矩不得小于120kh.m

6、施工方法

6.1確定板下封堵位置

對板角進行彎沉測定,凡彎沉超過0.635mm的板,就應進行板下封堵。

6.2鉆砂漿噴射孔

孔的直徑不大于5cm,要保持垂直同時又圓,其深度要穿透經過穩定的基層墊層,但鉆入土基的深度不行大于7cm,用吹氣的方法形成空腔以便于砂漿的初始分布。

6.3砂漿準備

將水泥、粉煤灰放入筒內,攪拌15s,然后加入所需的外加劑,攪拌15s。再加水攪拌,將砂漿送入攪拌器,用泵送出。

7、灌漿技術的實施

將膨脹橡膠灌漿栓塞或與裝配有和出料口相接的軟管插入孔內,灌漿栓塞或軟管的出料口不能伸至混凝土板底部以下。要連續地向泵內送砂漿,直至觀察到砂漿已從一個孔流入另一個孔。當觀察到板開始抬升,或砂漿流動線路內的壓力迅速升高時停止泵送。管線中的精密的壓力計來監視。壓力計帶有保護罩,以防稀砂漿流入。

空隙中的水被砂漿排擠出來后,可任其流走和排走。灌漿后至少2h以內要求所有交通避開此區域。流到路面接縫內的砂漿應予清除,以保持適宜的接縫縫隙。在相鄰的兩個砂漿噴射孔之間出現橫向裂縫的情況下,可用噴涂環氧樹脂的方法封堵。

一個孔灌完漿后,應撥出灌漿栓塞并立即插上木塞,以便有足夠的時間使砂漿充分凝固。在回復壓力的作用下不會將砂漿從孔中擠出時,方可將臨時用的木塞撥出,并將孔用快凝水泥砂漿久性地密封,抹平與路面等高。

殘留在路面或路肩頂面上的砂漿要趁其未粘在面層上時掃掉,并用水沖刷,以免留下斑漬。如果砂漿流到了縫隙內,應趁其尚未將縫隙密封時,及早將砂漿混合料去除,并將損壞的接縫及時用填縫料填好。灌漿后2h內應避免車輛通過灌漿區。

8、灌漿效果評定

試驗段灌漿前后彎沉資料見表2(單位mm)。表2中灌漿前數值均大于控制指標,認為板底出現脫空,需灌漿處治,從檢測資料可看出原混凝土面板通過灌漿提高了承載力。

試驗段灌漿前后彎沉對照表

  表2

樁號 灌漿前值 灌漿后值 主點比較 副點比較

主點彎沉 差異彎沉 主點彎沉 差異彎沉 前-后 前-后

4+478.7 0.34 0.12 0.24 0.04 0.1 0.08

4+483.7 0.36 0.16 0.18 0.04 0.18 0.12

4+488.7 0.34 0.08 0.18 0.04 0.16 0.04

4+513.7 0.34 0.08 0.24 0.02 0.1 0.06

4+518.7 0.32 0.16 0.2 0.04 0.12 0.12

4+523.7 0.44 0.18 0.34 0.08 0.1 0.1

4+583.6 0.42 0.22 0.22 0.02 0.2 0.2

4+588.6 0.32 0.08 0.18 0.02 0.14 0.06

4+593.6 0.28 0.06 0.24 0.02 0.04 0.04

4+598.6 0.36 0.22 0.2 0.02 0.16 0.2

4+603.6 0.3 0.1 0.2 0.04 0.1 0.06

4+618.6 0.6 0.38 0.26 0.06 0.34 0.32

4+623.6 0.3 0.08 0.22 0.08 0.08 0

4+628.6 0.3 0.1 0.2 0.06 0.1 0.04

4+633.6 0.22 0.02 0.16 0.02 0.06 0

4+638.6 0.34 0.1 0.22 0.02 0.12 0.08

4+643.6 0.48 0.16 0.34 0.08 0.14 0.08

灌漿處治舊水泥混凝土路面早中期破壞與“換板”相比最大的優點就是利用原路面板。其直接成本隨脫空情況及處治目的不同而不同,一般介于每平方米10—30元左右。“換板”翻修混凝土路面每平方米成本一般需120-140元。與后者相比,前者的直接成本明顯低。灌漿作為一種治理混凝土路面病害、及時可行的科學養護技術,具有成本低、見效快、操作簡便、對車輛行駛影響小,受自然因素影響小等優點。在公路施工和養護工程中,具有可觀的經濟效益和社會效益。

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深度一般為混凝土板底3-5cm,根據施工經驗,鉆孔深度應穿透達到墊層中。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。

產生脫空板的原因有:填縫料的失效,水的浸入,基層材料中的細集料。因此,必須加強接縫的養護,及時疏導路面積水,來預防、防治路面先期病害,在基(墊)層施工中,應嚴格控制混合料中的細集料含量。

9、結束語

灌漿技術作為一種新型的加固技術,可廣泛的應用到公路施工其它方面。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。相信在以后灌漿技術會更好的為我們服務,提高我們混凝土路面的質量。



參考文獻:

1.中華人民共和國行標準.公路水泥混凝土路面養護技術規范(JTJ073.1-2001).北京:人民交通出版社,2001

2.中華人民共和國交通部標準.公路橋涵施工技術規范(JTJ041-89).北京:人民交通出版社,1989

3.李華、金志強.水泥混凝土路面修補技術.北京:人民交通出版社,1997

4.傅智、金志強.水泥混凝土路面施工與養護技術.北京:人民交通出版社,2003

5.交通部行業標準.公路養護技術規范(JTJ073-96).北京:人民交通出版社,1996

6.中華人民共和國國家標準.水泥混凝土路面施工及驗收規范(GBJ97-87).北京:中國計劃出版社,1987

7.翟站立.路基路面施工及養護技術.北京:人民交通出版社,2001

(李偉)

編輯:

版權聲明:本文文字和圖片版權歸原作者所有,如有侵犯您的權益請及時聯系,我們將第一時間刪除。

歡迎投稿:點擊這里查看投稿方式及聯系方式

微信

最熱評論

發布評論

項目對接平臺
五分彩骗局 单和双两码是什么数字 森林之王 24码中特-精选24码 大唐棋牌怎么下载 重庆时时彩网 中国对北韩比分 股票市场指数有哪些 哈尔滨麻将窍门 江西快三开奖最新结果 重庆百变王牌开奖势图 哈灵江苏麻将 未来云南麻将保山麻将 山东老十一选五开奖 北单比分三串一中奖单 股票涨停的规定 最新国际棋牌娱乐下载