隧道多孔混凝土排水基層路用性能及施工技術(shù)分析

吳海華

（保利長大工程有限公司，廣東 廣州 510620）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路建設(shè)的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。高速公路大規(guī)模擴(kuò)建，向山區(qū)方向延伸的趨勢(shì)已成必然，隧道建設(shè)的規(guī)模也在逐漸擴(kuò)大。對(duì)于隧道建設(shè)而言，突出的問題是道路排水不便，這嚴(yán)重影響著路面的交通安全性以及舒適性。華南地區(qū)屬于多雨地帶，降雨會(huì)使隧道滲水和地下水發(fā)生變化，給路面帶來很大的損害。為減少相關(guān)損失、降低經(jīng)濟(jì)投入，解決這一問題對(duì)道路工程而言非常重要。

1 工程介紹

廣東龍懷高速石凹頂隧道處于華南多雨帶，有極其豐富的地下水，若不立即排出，隧道路面便會(huì)在車輛載荷和水的聯(lián)合作用下受到損害，縮短道路使用期限。保利長大工程有限公司相關(guān)工作者基于此隧道，在前期試驗(yàn)基礎(chǔ)上提出多孔混凝土相關(guān)工藝，研究出一類隧道專用混凝土，7d的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為10MPa，抗彎拉強(qiáng)度≥1.2MPa，孔隙率≥20%（±3%）。鑒于此，文章提出隧道多孔混凝土排水基層相關(guān)的施工工藝及質(zhì)量檢測方法，以有效減少路面受損情況，增加隧道路面使用期限。此次研究主要是對(duì)隧道多孔混凝土排水基層路用性能及施工工藝進(jìn)行分析，并提出相關(guān)理論及施工技術(shù)，為隧道路面施工提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)也是對(duì)廣東省隧道路面施工相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的進(jìn)一步完善。另外，此次研究也對(duì)華南地區(qū)隧道多孔混凝土路面推廣有一定的促進(jìn)作用，促使公路運(yùn)營的效益進(jìn)一步提高，且意義重大。

2 隧道多孔混凝土排水基層路用性能

2.1 排水性能

此次研究設(shè)計(jì)的多孔混凝土相關(guān)基層配合比，已完成設(shè)計(jì)的排水基層材料7d抗壓強(qiáng)度為10MPa，孔隙率為23%，所對(duì)應(yīng)滲透系數(shù)是1.6cm/s。此隧道設(shè)計(jì)是左右分離式[1]。

（1）排水基層相關(guān)設(shè)計(jì)要求。在進(jìn)行排水基層的設(shè)計(jì)時(shí)，相應(yīng)的技術(shù)要求具體有如下幾方面：第一，在設(shè)計(jì)基層排水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮上游排水能力小于下游。第二，為避免在確認(rèn)滲入量估值以及排水材料相應(yīng)的滲透系數(shù)時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，避免建設(shè)過程中一些不確定因素的影響，要求相關(guān)設(shè)施在排水方面必須做好萬全準(zhǔn)備，確保排水安全。第三，若自由水于道路內(nèi)徑流時(shí)間過長，流經(jīng)的道路偏長，路面結(jié)構(gòu)就會(huì)因?yàn)樵谒薪輹r(shí)受到一定的損害從而降低其強(qiáng)度，進(jìn)而降低路面質(zhì)量以及使用期限。若是在冰凍區(qū)域，水在基層中停留的時(shí)間過長，便會(huì)結(jié)冰，引起體積膨脹，阻礙排水通道，最后引起膨脹破壞等相關(guān)問題。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)路面內(nèi)部的水流時(shí)間及流經(jīng)路程進(jìn)行限制，將其盡量排出路界之外。相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，在重交通路段最大徑流時(shí)間應(yīng)低于2h，輕交通路段徑流時(shí)間應(yīng)低于3h，在冰凍區(qū)域的徑流時(shí)間應(yīng)低于1h，水滲流路徑應(yīng)低于45.60m，若是冰凍區(qū)域，水滲流路徑需更短。第四，檢驗(yàn)排水設(shè)施耐久性。應(yīng)避免道路使用期間因?yàn)橐恍┘?xì)微的雜物引起排水設(shè)施發(fā)生堵塞等情況，從而降低排水設(shè)施相應(yīng)的排水力[2]。

（2）滲入水量的設(shè)計(jì)及確定。滲透路面的水包含兩種：第一，大量地下水浸透防水墊或從切縫滲透到基層；第二，大量車輛行駛帶來的水自上而下滲透，導(dǎo)致隧道路面潮濕。影響兩種滲透自由水滲入量的因素是路面的裂縫或接縫的寬度、數(shù)量以及被堵塞情況，基層孔隙率以及透水性，外部水壓力以及所持續(xù)的時(shí)間，等等。在進(jìn)行滲入水量設(shè)計(jì)時(shí)，關(guān)鍵在于確定其滲入率。由于很多外部因素的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)所需考慮的內(nèi)容較多，因此在計(jì)算外部水滲入率時(shí)，無法獲得最精確的數(shù)值，具體數(shù)值的確定，需按照當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行估算[3]。

2.2 多孔混凝土基層耐疲勞性能

為證實(shí)此次研究中多孔混凝土基層耐疲勞性，判斷其在道路的荷載作用下的力學(xué)性能變化情況，采用疲勞試驗(yàn)來對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，觀察基層的路用性能。當(dāng)前，用來驗(yàn)證基層耐疲勞性的方式有兩種：（1）實(shí)際路段。利用設(shè)計(jì)車輛對(duì)其進(jìn)行反復(fù)作用，再判斷其疲勞性能。例如，修建一段大型試驗(yàn)路段，采用模擬汽車對(duì)其反復(fù)作用，再對(duì)路段的耐疲勞性進(jìn)行測量。（2）室內(nèi)試驗(yàn)。利用相關(guān)試驗(yàn)機(jī)模擬車輛荷載，并采用試驗(yàn)試件代替路面，對(duì)其疲勞性進(jìn)行分析。前者的優(yōu)勢(shì)是所得結(jié)果比較準(zhǔn)確，并且可以真實(shí)反映路段的實(shí)際情況，缺點(diǎn)是成本高、所需的試驗(yàn)時(shí)間比較長。因此，現(xiàn)在通常會(huì)采用實(shí)驗(yàn)室的方式測驗(yàn)基層耐疲勞性。以文章中的研究對(duì)象為例進(jìn)行多孔混凝土基層耐疲勞性試驗(yàn)，選擇的大梁試件為150mm×150mm×150mm。在試驗(yàn)中，選擇應(yīng)力控制的模式，于三分點(diǎn)處加壓。為了使所得的壓力值真實(shí)有效，并與實(shí)際的受力情況相符，選擇Havesin波來實(shí)行動(dòng)態(tài)周期壓載。其所呈現(xiàn)的波形如圖1所示。其中，Pmax為最大荷載；Pmin為最小荷載；T0為加載周期；P0為荷載振幅，也就是最大荷載與最小荷載之間的差值[4]。

圖1 疲勞性能加載波形圖

3 隧道多孔水泥混凝土基層路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

3.1 應(yīng)力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中需按照業(yè)主所提供的相關(guān)設(shè)計(jì)圖，將公路自然區(qū)提煉出來，并對(duì)當(dāng)量軸次進(jìn)行累計(jì)，再根據(jù)實(shí)際的交通等級(jí)、目標(biāo)可靠程度、混凝土彈性模量、安全等級(jí)、軸載等資料進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算過程中利用三維有限元技術(shù)以及規(guī)范算例，得出不同荷載下不同結(jié)構(gòu)隧道路面的荷載分布，并對(duì)多孔混凝土排水層相應(yīng)的荷載力分布原因進(jìn)行分析，最終得出隧道排水路面相應(yīng)的結(jié)構(gòu)[5]。

3.2 施工工藝和質(zhì)量控制

據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，多孔混凝土是無坍落度干硬混凝土，這就與普通水泥的混凝土在施工技術(shù)上有所不同，多孔混凝土的施工技術(shù)更具特殊性。因此，在進(jìn)行施工的過程中，可以利用基層攤鋪機(jī)攤鋪，使用壓路機(jī)碾壓，并通過現(xiàn)場試鋪以及室內(nèi)試驗(yàn)確定相應(yīng)的松鋪系數(shù)。由于多孔混凝土的基層材料集料孔隙率較大，其水分也會(huì)較快散失，因此在進(jìn)行攪拌時(shí)所需用水量會(huì)高于設(shè)計(jì)值，這樣即使在運(yùn)輸混合料或等待運(yùn)輸過程中損失了一部分水分，到施工攤鋪時(shí)也還在最佳含水量狀態(tài)，具備設(shè)計(jì)施工和易性。因?yàn)槎嗫谆炷恋乃稚⑹П容^快，所以需在1h內(nèi)將混合料自車中卸載施工，保持運(yùn)距在10km以下，并需保證所有的混合料在2h之內(nèi)碾壓成型，整個(gè)施工過程應(yīng)根據(jù)較高標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)行。在施工之前，還需對(duì)基層實(shí)行清掃，對(duì)于局部轉(zhuǎn)角的地方，可采用空壓機(jī)吹掃，再使用水沖洗，以保證其沒有雜物、灰塵和積水。在攤鋪之前，應(yīng)當(dāng)保持下承層的表面濕潤，可采用灑水的方式實(shí)現(xiàn)，這樣起到補(bǔ)充水泥水化反應(yīng)用水的作用。對(duì)于垂直施工縫，通常都會(huì)做成二級(jí)斜槎，并保持縫線的平直。斜槎寬和高的比是1∶1.15。此次研究中，主要是根據(jù)試驗(yàn)地段相關(guān)工程研究多孔混凝土基層排水的施工技術(shù)，其目的是獲得更準(zhǔn)確的施工參數(shù)[6]。

3.3 施工流程

在進(jìn)行多孔混凝土排水基層施工時(shí)，應(yīng)考慮其與一般水泥基層施工不同。其施工的控制方法表現(xiàn)為，應(yīng)確?；鶎訑備佉约澳雺汗ば虻你暯勇?lián)系緊密，還要重視基層的壓實(shí)度及孔隙率，預(yù)防多孔混凝土基層的拌合物發(fā)生離析或者松散等不良情況。整個(gè)施工流程包含了施工前的準(zhǔn)備、攪拌混合料、運(yùn)輸、攤鋪和整平、覆膜養(yǎng)生，最后對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行檢查并驗(yàn)收[7]。

3.4 多孔混凝土基層和面層之間的處治技術(shù)

基層與面層之間的處治就是對(duì)已經(jīng)施工完成并經(jīng)過檢測合格的基層和需要鋪設(shè)的面層隔離進(jìn)行處治，其目的如下：（1）預(yù)防在面層施工過程中水泥砂漿滲入多孔混凝土的基層中，使孔隙發(fā)生堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致基層排水性能降低甚至是消失；（2）在道路使用的過程中，可以很好地隔離基層內(nèi)從上到下的滲透水，防止面層被水損害；（3）層間處治能夠起到相應(yīng)的隔離、連接作用，也有其他的特殊性能。此次研究路段中，建議采用防滲復(fù)合土工織物來當(dāng)作連接層。

4 結(jié)束語

文章對(duì)隧道多孔混凝土排水基層路用性能進(jìn)行了分析，得出排水性能以及耐疲勞性能對(duì)隧道排水基層的優(yōu)劣有決定性作用，優(yōu)良的排水性能和耐疲勞性可有效延長隧道的使用期限。