水泥混凝土路面板底脱空原因及灌浆处理

水泥混凝土路面板底脱空原因及灌浆处理【引言】水泥混凝土路面属于高级路面，是高速公路、一级公路路面的主要形式之一。它属于刚性路面，板体刚度较大。水稳性比较好，受温度影响小，且具有承载能力大，养护费用少，抗磨耗能力强，使用寿命长，施工机械简单等优点。但由于其接缝较多，对超、重载较为敏感，易产生脱空、唧泥等病害，从而导致路面破损。水泥混凝土路面板底脱空是造成路面板断裂和错台的直接原因，尤其是在接缝处产生的脱空。如果不及时进行识别和处置，势必造成路面面板的断裂和路面使用性能的衰变，这将会大大降低路面的使用性能。因此如何预防与治理脱空、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。水泥混凝土路面板底脱空原因水泥混凝土路面交付使用后，在交通荷载和环境的作用下，会逐渐在板块和基层之间出现空隙，即产生局部脱空，或称之为原始脱空区。混凝土路面的局部脱空现象较为常见且分布较广。脱空的出现对水泥混凝土路面板的受力极为不利的，因为它改变了路面的力学结构，使弹性地基上的弹性薄板受力形式不复存在，取而代之的是一种类悬臂梁或类简支梁受力模式（如图1）。加上混凝土抗弯拉强度很低，脱空后路面一般会迅速断裂、破碎。如果不及时采取相应的措施，随着水的浸入，在行车荷载的作用下，经过反复抽吸循环，将使脱空面积加大，面板更容易产生破裂。严重影响行车质量和路面的使用寿命，也会增加后期的维修费用和难度。板底脱空产生的原因如下：（一）基层材料选择不合理基层材料级配不够合理或细料太多，不耐冲刷，稳定性、防冻性差，容易形成脱空。（二）接缝、裂缝未及时填封接缝料损坏或缺失，造成水的浸入。水的渗入使基层材料强度、刚度进一步降低，此时在荷载的作用下，强度较低的路面就会出现比其他部位更大的变形，且很难恢复而形成脱空。浸入的水在荷载作用下在板下流动，冲刷基层表面。在反复的挤压和抽吸作用下，挤水与基层材料中的细料形成泥浆，沿接缝缝隙喷溅而出，使脱空面积进一步增大，形成恶性循环。（三）水泥混凝土路面自身的缺陷水泥混凝土路面基层材料的刚度远小于水泥混凝土路面的刚度，在行车荷载的作用下，面层和基层对弯沉变形的恢复不一样，导致面板在荷载离开后恢复原状，而基层残留部分变形无法恢复，因此出现基层与路面板的脱离，形成脱空。日趋增大的交通量和重载、超载车的不断增多，更加剧了脱空病害的产生与发展。（四）路面排水系统的缺陷路面排水系统存在缺陷，使本应及时排走的水大量长时间滞留在路面上，势必路面积水会下渗至基层，造成局部基层软化，下沉形成脱空。（五）路基密实度不足路基密实度不足，尤其是高填方路段，由于路基填筑材料的不均匀性，造成工后沉降也不均匀，从而形成板底脱空。填石路堤未振动夯实或路基设计填土高度较低，当两侧为农田或渔塘时，会导致地下水位升高，地下毛细水浸蚀基层使局部强度降低也会出现脱空现象。（六）自然环境因素的影响温度和湿度的变化也对面板产生影响，很容易引起板的翘曲变形；为避免过大的温度应力使面板断裂或拱起而设置的纵缝、横缝，随着面板的收缩、膨胀、裂缝也随着张开、闭合，这些都为水的浸入创造了条件。二、灌浆技术施工（一）脱空板的确定近年来，道路路面脱空检测设备及其相应的检测技术得到了迅速的发展，现在国际上比较常用的方法有：落锤式弯沉仪（FWD）判断法；声振检测法。我国还常用贝克曼梁检测法，除此之外还有：人工敲击法；外观判别法等。落锤式弯沉仪（FWD）判断法在国外得到了广泛的应用，可方便地测定弯沉曲线，具有测试速度快、精度高、准确率高的优点，是进行混凝土路面弯沉量测的较为理想的设备，但该设备昂贵笨重，操作复杂，需专业人员协助，检测结果需要从原检测数据中提取后，再进行二次判断才能得出，识别率较声振法较低。图2BB法和声振法对脱空板的检测声振法是一种快速简便的无损检测方法（如图2）。它具有识别率高，造价低，速度快，可操作性强，对交通影响小等特点。其速度至少是FWD的三倍，数据处理快捷水泥路面脱空检测仪现场可以输出检测结果，并与路线桩号对应。但准确率不如FWD图2BB法和声振法对脱空板的检测贝克曼梁（BenlemanBeam，简称BB），即在规定的标准轴载作用下，路基或路面表面轮隙位置产生的垂直变形值（回弹弯沉），利用载重汽车加载，人工读取百分表的读数，以此来测量路基或路面表面的回弹弯沉值。该方法以人工操作为主，工作强度大、速度慢。外观判别法和人工敲击法是人工对路面板进行肉眼观察和敲击，根据经验得出脱空范围和程度，但无法对板底进行观察别，这两种方法的缺点是主观性强，很不准确，即使是有经验的工程师也不能避免错判、漏判。（二）板下灌浆的必要性在修复水泥混凝土路面时，采用板下灌浆的目的是为了恢复对路面结构的支承。板下灌浆作为一种预防性维护措施，应在板角刚一出现支承丧失的情况时就尽快地进行。支承丧失的表现是弯沉增大，横向接缝形成错台，交通车道或路肩的接缝和裂缝附近积存细屑。在路面板尚未发生严重裂缝时，板下灌浆是一种比较经济的修复方法。如果初始弯沉很小，最好不要灌浆，因为板下灌浆所造成的扰动可能会使弯沉增大。板下灌浆不能矫正沉降，不能提高结构设计能力，也不能消除因板内温、温度变化及板上交通荷载而造成的垂直错台。但是由于空隙被填充，减小了弯沉，恢复了结构的整体性，因此减小了未来发生唧泥以及错台和板断裂的可能性。只有在支承能力丧失程度有限的接缝、裂缝处才进行板下灌浆。（三）加固机理在现有混凝土路面设计理论中，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。（四）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7.07cm×7.07cm×7.07cm立方体试件,养护7d后,使其抗压强度达到5MPa以上。制成的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,有时为防止浆体的干缩,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(详见《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000附录G-11)。其中,在室温条件下,纯水的流出时间为8s(室内试验结果),浆体流动度不应小于16s,掺减水剂的浆体可减小到12s,流动度最大应不大于26s。在施工中,浆体流动度不宜过小,控制在20～26s之间较好,否则会产生泌水现象。在标准条件下,不同水灰比、不同材料配比之间的流动度结果及试件强度不同,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,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。（五）灌浆施工图3灌浆施工灌浆技术分为水泥灌注法和沥青灌注法,灌浆孔位布设应根据路面板的大小、下沉量大小、裂缝状况以及灌浆机械、灌浆压力来确定,一般为3～5孔,灌浆孔大小应和灌注嘴大小一致,一般为5cm左右（如图3）。灌注机械可用压力灌浆机或压浆泵。灌浆顺序应从沉图3灌浆施工陷量大的地方开始,由远到近,由大到小。灌浆压力的控制应视混凝土板的损坏及脱空情况具体确定。当浆液从接缝处或另一注浆孔冒出,就可认为完成该孔注浆,即停止注浆,迅速移至另一注孔继续作业。待浆体抗压强度达到3MPa时,用水泥砂浆堵孔,即可开放交通。（六）注浆注意事项通过现场试验总结如下几点注意事项:1、当混凝土板纵横缝有浆液冒出,继续注浆10～20s即应停止。若板底有积水,积水会在压力下从缝隙冒出,并出现冒气泡现象,继续注浆直至停止冒泡且浆液冒出10～20s即停止。2、对于裂缝及板边缘冒浆压强无法上升,则先让浆液凝固后,再重新钻孔注浆。3、浆液从相邻板缝隙或硬路肩缝隙冒出时,立即停止注浆。4、注浆时发现浆液从压孔、泄气孔、已压孔溢出时应用木塞压紧10min,拔出木塞具,此孔无须再进行注浆。5、注浆时应注意高压管前不能站人,防止喷浆伤人。经常检查机械,作好防水、防漏电工作,避免安全事故发生。6、注浆施工后,必须用清水将各部件、管道冲洗干净。（七）压浆效果检验与分析混凝土板底压浆的目的在于填充板底空隙，给板块提供一均匀的支承，减少板的翘动和震动。我们通过以下几种方法检验压浆效果：1、直观观察压浆前后重型车辆通过脱空板时的运动位移情况（限于压浆前有明显垂直位移的板块），压浆前后对比相当明显，板的翘动、震动幅度明显降低，垂直位移大幅度减小。2、钻孔取芯检查灰浆充填情况。3、采用贝克曼梁测弯沉法对压浆板逐块检测板四角弯沉值。（八）压浆工艺存在的问题采用注浆技术处治板底脱空是一种新型的预防性养护工艺，其还存在如下一些问题：1、如何准确地确定空隙的位置和大小，如何鉴定压浆是否充实。2、压浆处理脱空、断板、错台、沉陷、唧泥等病害具有一定的效果，但通车实践表明，压浆处理过的板块会产生新的以封孔为核心的放射状裂缝，在抬升错台、沉陷板块时，会产生板角翘曲的现象。3、由于压浆浆液分布不密实，容易产生应力集中点，形成桌腿式支撑和新的空隙。三、结语灌浆技术作为一种新型的加固技术，可广泛地使