壓漿技術(shù)在剛性路面病害處治工程中的應(yīng)用

高澤倩

（山西省公路局 長治分局，山西 長治 046000）

0 引言

水泥混凝土路面作為典型的剛性路面在我國應(yīng)用時(shí)間較早，相較于柔性路面有剛度大、承載能力強(qiáng)、耐久性好、耐磨耗和相對環(huán)保等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，因此在高速公路、城市道路、機(jī)場跑道、港口碼頭等工程中得到廣泛應(yīng)用。然而隨著水泥混凝土路面服役年限和交通量的不斷增加，其服役性能逐漸衰減，裂縫、車轍、唧泥、板底脫空等路基路面病害數(shù)量呈幾何級數(shù)增長，且養(yǎng)護(hù)維修難度較大，如不及時(shí)處治病害會(huì)迅速發(fā)展，造成路基路面整體結(jié)構(gòu)承重能力的銳減，從而降低道路的通行能力和使用壽命，并進(jìn)一步威脅道路的運(yùn)營安全[1]。以往的水泥混凝土路面病害處治技術(shù)采用全封閉交通和完全破除路面結(jié)構(gòu)的方式，對病害部位進(jìn)行加固處理后再重新鋪筑路基路面。由于水泥混凝土凝結(jié)和養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長，該方法會(huì)嚴(yán)重影響開放交通時(shí)間，導(dǎo)致病害修復(fù)路段交通壓力增大，引發(fā)連帶的經(jīng)濟(jì)損失。

壓漿技術(shù)最早在十九世紀(jì)應(yīng)用于工程修復(fù)作業(yè)，由于其施工簡便、易操作、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)迅速得到普及，壓漿原材料也由起初的原始黏土發(fā)展為水泥漿液，其后又相繼出現(xiàn)了各類化學(xué)壓漿類材料，進(jìn)一步豐富了壓漿技術(shù)的應(yīng)用條件和范圍。壓漿技術(shù)應(yīng)用于水泥混凝土路面病害修復(fù)工程，可充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，在有限的作業(yè)空間范圍內(nèi)快速完成對路基路面病害部位的精準(zhǔn)修復(fù)工作，從而達(dá)到降低工程規(guī)模、減少車道占用和快速開放交通的目的[2-3]。目前，壓漿技術(shù)在水泥混凝土路面病害修復(fù)工程中的應(yīng)用雖然較多，但其應(yīng)用技術(shù)水平和質(zhì)量還稍顯不足，有待結(jié)合混凝土路面病害特征進(jìn)一步闡明其作用機(jī)理，并從工藝流程和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)方面加以完善和規(guī)范。

1 壓漿技術(shù)原理分析

1.1 路基路面病害機(jī)理分析

水泥混凝土路面基層作為面層結(jié)構(gòu)的持力層，可保證混凝土面板的承載能力和接縫的傳荷能力，控制或減少路基不均勻變形對混凝土面層結(jié)構(gòu)受力的不利影響。混凝土路面面板為小撓度彈性薄板，抗壓承載能力強(qiáng)而韌性較低，極易發(fā)生脆性斷裂，理想狀態(tài)下剛性面板結(jié)構(gòu)的支撐條件應(yīng)均勻[4]。此時(shí)，一旦水泥混凝土路面基層受到破壞，改變了剛性面板結(jié)構(gòu)的支撐條件，甚至發(fā)生脫空，其自身會(huì)產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，如不及時(shí)處理面板很快會(huì)出現(xiàn)裂縫、拱起、掉角、錯(cuò)臺、唧泥等病害，不僅影響路面外觀，還會(huì)縮短路面結(jié)構(gòu)的使用壽命，降低公路通行能力和運(yùn)營安全性。

圖1 混凝土路面病害機(jī)理

1.2 壓漿主要作用機(jī)理

壓漿技術(shù)是通過在混凝土路面病害區(qū)域鉆孔，再將注漿材料如高聚物或水泥漿等通過注漿孔注入到病害部位，通過注漿材料的凝固硬化，將原本破損或脫空部位修補(bǔ)成一個(gè)整體，起到補(bǔ)強(qiáng)路基或者路面基層的作用[5-6]。壓漿作用機(jī)理主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

a）當(dāng)注漿壓力較小時(shí)，漿液以滲流方式為主，不會(huì)對土體結(jié)構(gòu)造成破壞。此方法適用于空洞較大或粒料類基層，漿液填充到空洞或基層裂隙中將原有的空氣和水分排出，并使分散的顆粒狀土體黏結(jié)起來，從而提升土體的密實(shí)度和強(qiáng)度，維持其整體性，封閉滲水通道。根據(jù)壓漿方式的不同，漿液可以球面或柱面形式擴(kuò)散。

b）當(dāng)注漿壓力提升到一定程度時(shí)，路面基層因?yàn)闈{液的注入產(chǎn)生體積膨脹，部分補(bǔ)償了由于基層壓縮造成的變形損失，提升了基層的整體強(qiáng)度和剛度，同時(shí)還對沉陷路段的路面結(jié)構(gòu)起到一定的抬升作用。

c）當(dāng)注漿壓力進(jìn)一步增大至足以克服基層的初始應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度時(shí)，引起基層材料原有結(jié)構(gòu)破壞和裂隙張開，漿液填充固結(jié)后以網(wǎng)狀相連接，發(fā)揮骨架作用，從而提升路基或路面基層的整體承載能力。

為保證水泥混凝土路面病害處治效果，可根據(jù)基層材料類型和病害特征選擇適合的初始注漿壓力，再根據(jù)現(xiàn)場情況和注漿試驗(yàn)做出具體規(guī)定。

2 壓漿技術(shù)工程應(yīng)用

晉東南地區(qū)某公路采用水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，面板厚度為28 cm，已建成運(yùn)營12年以上。目前該路段車流量較大，但路面結(jié)構(gòu)整體性能良好，能夠滿足正常行車要求，只在部分區(qū)域發(fā)生了掉角、唧泥等病害，為避免病害進(jìn)一步發(fā)展，公路養(yǎng)護(hù)單位決定對該路段病害進(jìn)行檢測和處治，該項(xiàng)目具體工作步驟如下。

2.1 脫空檢測

判斷剛性路面基層和路基空洞一般采用人工目測法或貝克曼梁彎沉測定法。人工目測法指作業(yè)人員通過觀察接縫情況，裂痕狀態(tài)和有無唧泥進(jìn)行主觀判斷，當(dāng)有重型車輛行駛通過時(shí)能明顯感覺到混凝土板有豎向位移，或者下雨后出現(xiàn)明顯唧泥，通常表明板底已發(fā)生脫空。該方法方便快捷，但以定性為主，容易受檢查人員主觀因素影響。

采用貝克曼梁彎沉測定法對典型病害位置進(jìn)行檢測，采用5.4 m長桿彎沉儀以及BZZ-100后軸軸載為10 t的標(biāo)準(zhǔn)測定車，測點(diǎn)設(shè)在每塊面板接縫和裂縫兩側(cè)，車輪位置設(shè)置于角點(diǎn)處，且車輪著地矩形的邊緣距橫縫10 cm[7]。

圖2 貝克曼梁測定示意圖（單位：m）

規(guī)范規(guī)定，針對水泥混凝土路面貝克曼梁的中間支點(diǎn)及百分表支座，應(yīng)當(dāng)與變位感應(yīng)點(diǎn)保持至少相隔一道接縫原則，盡可能落在交叉板上，不能落在同一塊面板塊上。讀數(shù)方面，為了精準(zhǔn)觀測，作業(yè)車輛應(yīng)當(dāng)駛離觀測點(diǎn)5 m以上，相隔一條縫，并且等待至少10 s后讀數(shù)。此次檢測彎沉值均大于0.55 mm，大于規(guī)范要求的0.2 mm限值，判定該路段水泥混凝土面板已發(fā)生脫空。根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行鉆芯驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)路基0.6～0.8 m深度范圍內(nèi)芯樣呈碎塊狀，并包含大量泥漿，表明該部位路基已發(fā)生嚴(yán)重破壞，需盡快進(jìn)行處治。

2.2 漿液配比設(shè)計(jì)

為了保證壓漿質(zhì)量，該項(xiàng)目選用的壓漿材料應(yīng)滿足以下幾方面的性能要求[8]：

a）早期強(qiáng)度高 為了盡早開放交通，減少施工耗時(shí)，應(yīng)選用早期強(qiáng)度高的壓漿材料。

b）流動(dòng)性好 漿液黏性大，流動(dòng)性不好會(huì)導(dǎo)致漿液難以充分填滿空隙，影響注漿質(zhì)量，另外也會(huì)增加漿液的泵送難度，容易造成注漿管堵管。

c）無泌水 漿液流動(dòng)性增加，相應(yīng)地水灰比也會(huì)隨之增大，可能會(huì)導(dǎo)致漿液發(fā)生泌水現(xiàn)象，不僅影響注漿加固效果，多余的水還會(huì)流到板底脫空處加劇病害發(fā)展，反而起到相反作用。

d）結(jié)石率高 壓漿注入相應(yīng)破損路基路面時(shí)應(yīng)保證一定的結(jié)石率，如若收縮則會(huì)使路基路面和基層的黏結(jié)力大大減弱，同時(shí)還會(huì)留下部分孔隙再次成為滲水通道，直接影響注漿處治效果。

為滿足以上性能要求，該項(xiàng)目注漿材料分別采用42.5級硅酸鹽水泥和細(xì)度模數(shù)為12的Ⅱ級粉煤灰，硅酸鹽水泥與粉煤灰共同發(fā)揮膠結(jié)和填充作用，另需添加少量的添加劑以保持漿液上述性能。漿液水灰比為0.9∶1，水泥粉煤灰質(zhì)量比為1.0∶0.7，添加劑為水泥質(zhì)量的0.5%，通過配合比試驗(yàn)得到固結(jié)體28 d抗壓強(qiáng)度為2.1 MPa，結(jié)石率為92%，能夠滿足相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件要求。

2.3 壓漿工藝流程

該項(xiàng)目現(xiàn)場壓漿作業(yè)包括確定孔位、成孔、漿液制備、灌壓漿液、封堵壓漿孔、清理路面等步驟。

a）成孔 壓漿孔間距可根據(jù)現(xiàn)場注漿試驗(yàn)得到的漿液擴(kuò)散半徑確定，該項(xiàng)目壓漿孔的排距和間距均為3.0 m，鉆孔深度為1.0 m，保證注漿段能夠達(dá)到路基病害部位。

b）制備漿液 壓漿施工前對漿液的流動(dòng)度進(jìn)行檢測，采用流錐流動(dòng)度試驗(yàn)測得初始流動(dòng)度和30 min流動(dòng)度分別為31 s和47 s，滿足規(guī)范對漿液流動(dòng)度的要求[9]。

c）壓漿 首先進(jìn)行現(xiàn)場壓漿試驗(yàn)，確定注漿壓力應(yīng)不小于0.8 MPa，其后進(jìn)行跳孔壓漿，以防止出現(xiàn)竄漿現(xiàn)象，保證注漿效果。

d）堵塞壓漿孔 在壓漿完成后，采用木塞堵住壓漿孔防止?jié){液外溢，木塞具有一定的彈性，且有一定的透氣性，有助于壓漿漿液早期強(qiáng)度的增加。

2.4 壓漿施工質(zhì)量檢測

在壓漿施工作業(yè)結(jié)束7 d后，對修復(fù)路段的壓漿部分進(jìn)行鉆孔取芯，芯樣的提取率達(dá)到93%，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3 結(jié)語

壓漿技術(shù)不僅可以在不破壞原路面結(jié)構(gòu)的情況下有效修復(fù)水泥混凝土路面基層的各種常見病害，顯著改善路面基層的工作性能，延長剛性路面的使用壽命，還可控制病害修復(fù)的施工作業(yè)時(shí)間和工程總體造價(jià)成本。本文在分析壓漿機(jī)理的基礎(chǔ)上，依托實(shí)體工程對采用壓漿技術(shù)處治水泥混凝土路面病害的工藝流程進(jìn)行了詳盡說明，可為今后剛性路面基層病害處治、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)和加鋪改造等相關(guān)工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。