高速公路水泥混凝土路面板底脫空處理施工技術(shù)研究

張勇

（慶陽(yáng)遠(yuǎn)通公路工程有限公司，甘肅 慶陽(yáng) 745000）

1 概述

水泥混凝土路面具有剛度大、使用壽命長(zhǎng)、高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在各等級(jí)公路中均有廣泛應(yīng)用。但這種路面材料也存在較多缺點(diǎn)，如形成舒適度較瀝青混凝土路面低，對(duì)基層抗沖刷能力要求較高，易發(fā)生板底脫空等病害等。工程實(shí)踐證明，在各等級(jí)水泥混凝土路面中，大量存在板底脫空現(xiàn)象，在行車荷載作用下，進(jìn)而導(dǎo)致路面斷板、龜裂等病害，進(jìn)一步降低行車舒適度。工程實(shí)踐表明，使用鉆孔灌漿技術(shù)能大幅改善水泥混凝土板底脫空問(wèn)題。

2 水泥混凝土路面板底脫空的成因

水泥混凝土路面板底脫空的形成原因有多種，主要包括外力作用、設(shè)計(jì)缺陷、施工缺陷[1]等。

2.1 外力作用

路面板塊在行車荷載、溫度及濕度等多種外力因素的共同作用下，部分區(qū)域出現(xiàn)翹曲，在路面板塊的中部、角隅、邊緣等部位的底面有可能出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。再加上地表雨水通過(guò)縱、橫向接縫滲入基層，逐漸對(duì)基層造成不同程度的破壞，隨著沖刷的不斷加劇，基層表面的細(xì)小顆粒不斷流失，在板底會(huì)出現(xiàn)唧泥，如圖1 所示。這種情況出現(xiàn)后，將進(jìn)一步增加板底脫空區(qū)域，嚴(yán)重時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致路面板塊斷板，甚至龜裂。

圖1 水泥混凝土路面板底唧泥形成示意圖

2.2 設(shè)計(jì)缺陷

設(shè)計(jì)缺陷主要表現(xiàn)在幾個(gè)方面：一是如果路基局部基底承載力不足或路基局部穩(wěn)定性不足，都會(huì)導(dǎo)致路基發(fā)生不均勻沉降。路基發(fā)生不均勻沉降后，都會(huì)導(dǎo)致路面板底脫空現(xiàn)象發(fā)生；二是如果路基排水設(shè)施設(shè)計(jì)存在缺陷，則會(huì)導(dǎo)致地表和地下水難以迅速排出路面，從而導(dǎo)致基層和路基沖刷嚴(yán)重，加劇路面板脫空現(xiàn)象的發(fā)生；三是基層設(shè)計(jì)厚度不足，難以解決防凍問(wèn)題。在北方地區(qū)，基層及路基反復(fù)發(fā)生凍融情況，也會(huì)導(dǎo)致路面板底脫空現(xiàn)象。

2.3 施工缺陷

施工缺陷主要表現(xiàn)在未按照設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求進(jìn)行路基和基層施工。如路基基底未進(jìn)行清表，未按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行軟基處理，路基壓實(shí)度不足則會(huì)導(dǎo)致路基發(fā)生不均勻沉降，從而形成板底脫空；如高填路堤、陡坡路堤、填挖交界處未按設(shè)計(jì)要求處理，則也會(huì)導(dǎo)致局部區(qū)域發(fā)生不均沉降，從而形成板底脫空；如施工單位管理不善，有意或無(wú)意減小了基層厚度或改變基層的配合比等，則會(huì)導(dǎo)致基層強(qiáng)度不足，基層破損嚴(yán)重時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致路面板底脫空情況的發(fā)生。

3 板底脫空情況調(diào)查

目前調(diào)查水泥混凝土路面板底脫空情況的主要方法有外觀評(píng)定法、貝克曼梁彎沉檢測(cè)法、基于FWD 的脫空判別法、探地雷達(dá)法、聲振法等[2]。本文以貝克曼梁彎沉檢測(cè)法為例，介紹板底脫空情況調(diào)查方法。

檢測(cè)主要用到的設(shè)備有貝克曼梁彎沉儀和BZZ-100型標(biāo)準(zhǔn)車（以下簡(jiǎn)稱“檢測(cè)車”）。

檢測(cè)步驟如下：

①封閉待檢路段，禁止社會(huì)車輛通行；

②按要求布設(shè)檢測(cè)點(diǎn)，由專人將檢測(cè)車開至檢測(cè)點(diǎn)指定位置，一般為后輪在檢測(cè)點(diǎn)正前方30～50mm 處；

③將彎沉檢測(cè)儀的前梁放置于檢測(cè)車后輪之間的縫隙處，將百分表安裝于彎沉檢測(cè)儀后梁的測(cè)桿上；

④檢測(cè)車緩慢駛離檢測(cè)點(diǎn)，百分表指針指向最大值時(shí)，讀取該讀數(shù)，記為n1；

⑤檢測(cè)車駛離檢測(cè)點(diǎn)3m 開外時(shí)，百分表指針回轉(zhuǎn)，待穩(wěn)定后，讀取該讀數(shù)，記為n2；

⑥按下式計(jì)算檢測(cè)路面的彎沉值，若實(shí)測(cè)彎沉值超過(guò)0.2mm，則可認(rèn)為該路面存在板底脫空現(xiàn)象。

路面彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)完成后，再配合其他手段對(duì)擬處理的脫空路面板底脫空區(qū)域進(jìn)行調(diào)查，編制相應(yīng)應(yīng)的施工方案，進(jìn)行板底脫空處理。

4 水泥混凝土路面板底脫空處理

4.1 交通疏導(dǎo)方案

為保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在高速公路上對(duì)路面板底脫空進(jìn)行處理時(shí)，往往采取不封路施工的方法來(lái)施工。由于高速公路車輛速度快，如果沒(méi)有進(jìn)行良好的交通疏導(dǎo)，則極容易發(fā)生交通事故。為保證施工安全，應(yīng)按照《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》（JTG H30-2015）設(shè)置作業(yè)控制區(qū)[3]。作業(yè)布置如圖2、圖3 所示。

圖2 高速公路封閉車道養(yǎng)護(hù)作業(yè)控制區(qū)布置示意圖

圖3 高速公路封閉硬路肩養(yǎng)護(hù)作業(yè)控制區(qū)布置示意圖

作業(yè)控制區(qū)的設(shè)置，與高速公路設(shè)計(jì)時(shí)速、作業(yè)區(qū)域、線路縱坡、交通量等因素綜合確定，具體如表1～3 所示。

表1 高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)警告區(qū)最小長(zhǎng)度取值表

表2 高速公路封閉車道時(shí)上游過(guò)渡區(qū)最小長(zhǎng)度取值表

表3 高速公路養(yǎng)護(hù)作業(yè)縱向緩沖區(qū)最小長(zhǎng)度取值表

4.2 鉆孔及壓漿

4.2.1 鉆孔

水泥混凝土路面板底注漿處理中，多為梅花形布孔，鉆孔孔位布置示意圖如圖4 所示（以路面板5×4m為例）。

如圖4 中，每塊路面板均布置5 個(gè)注漿孔，呈梅花形布置，孔徑控制在40～50mm 為宜[4]，且宜與壓漿頭保持一致，鉆孔深度宜控制在0.7m 左右，且穿過(guò)基層。為保證鉆孔施工安全，鉆孔作業(yè)人員應(yīng)保持面向來(lái)車方向，且在鉆孔作業(yè)區(qū)100m 外設(shè)置專人揮舞紅色小旗，以提醒過(guò)往社會(huì)車輛減速。鉆孔完成后的芯樣，應(yīng)妥善保管，不得隨意丟棄。鉆孔完成后，為保持孔內(nèi)清潔，可在孔口用木塞堵塞，直至開始?jí)簼{。

圖4 水泥混凝土路面板底注漿孔位布置示意圖

4.2.2 壓漿

鉆孔完成后，可立即按照經(jīng)批準(zhǔn)的配合比拌制水泥砂漿，拌制前，原材料應(yīng)經(jīng)檢驗(yàn)合格。漿液應(yīng)保持適宜的流動(dòng)度，宜控制在20～30s，可添加一定比例的膨脹劑，以確保壓漿飽滿。開始?jí)簼{前，應(yīng)仔細(xì)檢查壓漿管路，有必要時(shí)可進(jìn)行壓氣試驗(yàn)，防止壓漿過(guò)程中漏漿。壓漿宜由低處向高處進(jìn)行。壓漿時(shí)，應(yīng)保持壓力在500～1000kPa，然后保持壓力穩(wěn)定，直至漿液從相鄰板塊的縱、橫縫處流出，或路面板有明顯抬升方可停止壓漿。

4.2.3 養(yǎng)生及二次壓漿

壓漿完成后，應(yīng)立即對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)生，養(yǎng)生期間不得開放交通，嚴(yán)禁重載車輛碾壓壓漿區(qū)域，以保證漿液強(qiáng)度的增長(zhǎng)，經(jīng)檢測(cè)漿液強(qiáng)度及路面彎沉值達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可開放交通。若漿液強(qiáng)度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求且彎沉值還未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，此時(shí)應(yīng)按照壓漿的步驟和要求，進(jìn)行二次壓漿，直至漿液強(qiáng)度和彎沉值都滿足相關(guān)規(guī)定。

4.3 質(zhì)量檢驗(yàn)及驗(yàn)收

從前人的研究結(jié)論看，荷載型反射裂縫和壓漿效果關(guān)系非常密切[5]。若壓漿效果不理想，板底脫空問(wèn)題沒(méi)有得到根本的改善，則路面板會(huì)產(chǎn)生一部分豎向位移?？梢酝ㄟ^(guò)壓漿完成3 天后，對(duì)所處理板塊進(jìn)行彎沉檢測(cè)，如果板角處的彎沉值或者橫縫處的彎沉差超過(guò)設(shè)計(jì)要求時(shí)則應(yīng)進(jìn)行二次壓漿。驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)隨機(jī)抽查20%，檢測(cè)不合格的路面板重新進(jìn)行壓漿，直至彎沉值滿足相關(guān)規(guī)定。除彎沉值外，其余檢驗(yàn)項(xiàng)目可參照表4 進(jìn)行檢查驗(yàn)收，當(dāng)表內(nèi)所有檢查項(xiàng)目均合格時(shí)，方可驗(yàn)收。

表4

5 結(jié)論

壓漿是一種水泥混凝土路面板底脫空處理效果非常好的技術(shù)措施，也是水泥混凝土路面高速公路養(yǎng)護(hù)中最常用的工藝之一。通過(guò)對(duì)板底脫空部位進(jìn)行壓漿處理，加固了基層及局部路床，填充了由于各種原因?qū)е碌目p隙，同時(shí)也提高了路基及基層的承載力，能有效減小斷板的概率，延長(zhǎng)混凝土面板的使用壽命，同時(shí)也提高了行車舒適性。值得注意的是，在處理前后都應(yīng)仔細(xì)對(duì)路面進(jìn)行彎沉值檢測(cè)，通過(guò)彎沉值檢測(cè)，能有效提高壓漿使用效率，也能全面對(duì)高速公路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。