高速公路脫空面板的板底壓漿處理技術(shù)研究

寇俊 葉小華

摘要 文章以某工程為例，從施工準(zhǔn)備、壓漿操作、質(zhì)量控制、壓漿質(zhì)量測試等方面，梳理介紹了混凝土路面板脫空板底壓漿處理及落錘彎沉檢測技術(shù)。案例路面壓漿處理前后的脫空率由67.00%降低到23.40%，1年后跟蹤檢測經(jīng)過治理的壓漿板，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量合格的仍達(dá)到64.16%，表明板底壓漿處理的有效性。

關(guān)鍵詞 高速公路；脫空面板；板底壓漿；技術(shù)研究

中圖分類號 U416.216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號 2096-8949（2023）11-0103-03

0 引言

面板脫空是一種常見的混凝土路面病害，該病害容易引起板邊和板角區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)嚴(yán)重失衡，在板體自身重量和交通荷載作用下，會(huì)產(chǎn)生過大的應(yīng)力應(yīng)變和撓度，導(dǎo)致路面板大面積錯(cuò)位、斷裂和碎裂，嚴(yán)重影響路面性能，縮短路面使用壽命。

壓漿是修補(bǔ)水泥混凝土路面板脫空的常用方法。漿液在板下固結(jié)后，能有效恢復(fù)面板與基層之間的連結(jié)狀態(tài)和面板自身的應(yīng)力狀態(tài)，從而恢復(fù)和提高其路面載荷的承受能力。壓漿技術(shù)操作便捷，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，對交通影響也比較小，在混凝土路面脫空面板治理中得到廣泛運(yùn)用。某高速公路在脫空面板治理中采取了板底壓漿技術(shù)，該文將重點(diǎn)梳理該技術(shù)要點(diǎn)，以為公路混凝土面板脫空治理提供參考。

1 工程概況

江西某高速公路總里程137.90 km，采用雙向四車道，通車運(yùn)行一段時(shí)間后，隨著重車和特重車交通量的迅速增長，部分區(qū)段PCI指數(shù)下降，開始發(fā)生錯(cuò)臺(tái)、面板脫空等病害，病害存在和發(fā)展尤以K531+000～K531+700、K529+700～K530+100、K525+800～K526+100等3個(gè)區(qū)段上的左超車道脫空情況嚴(yán)重。3處路面結(jié)構(gòu)均為：級配碎石底基層18.00 cm + 二灰穩(wěn)定碎石基層20.00 cm + 混凝土面層24.00 cm，采用板底壓漿技術(shù)進(jìn)行處理。

壓漿用水泥砂漿由水泥、砂、粉煤灰、膨脹劑、早強(qiáng)減水劑和水復(fù)合拌和而成，其中水泥選擇早強(qiáng)型普通42.50硅酸鹽水泥；砂采取粒徑≤3.00 mm、表觀密度2 600 kg/m、散積密度1 650 kg/m、孔隙率35.00%、含泥量0.20%、不含泥塊量的當(dāng)?shù)睾由?；水率?0%的復(fù)合型NS015早強(qiáng)高效減水劑；GNA（P）型防水抗裂膨脹劑；地產(chǎn)Ⅱ級粉煤灰；潔凈自來水。優(yōu)化配合比采取水泥∶粉煤灰∶砂∶膨脹劑∶早強(qiáng)減水劑∶水=100∶31∶62∶10∶2.2∶68。

2 脫空面板板底壓漿處理流程及要求

2.1 施工準(zhǔn)備

（1）脫空板評估。施工前先對灌漿范圍內(nèi)的混凝土板給予編號，并沿行車方向以貝克曼梁檢測每塊板的四個(gè)板角，測點(diǎn)的彎沉值超過0.20 mm，即判定為脫空板，對其進(jìn)行灌漿處理。案例在3個(gè)區(qū)段中共識(shí)別了188塊脫空板，并沿行車方向在板中心線和板邊緣的兩個(gè)點(diǎn)以落錘式彎沉儀檢測灌漿前的撓度[1]。

（2）壓漿設(shè)備。要求設(shè)備操作簡單、移動(dòng)靈活、作業(yè)安全。設(shè)備主要包括制漿、鉆孔、灌漿、漿液運(yùn)輸和安全警示設(shè)施等。

（3）壓漿工序。壓漿作業(yè)按制漿、攪拌、壓漿三個(gè)工序進(jìn)行。機(jī)械配置應(yīng)移動(dòng)靈活方便，緊湊有序，并符合交通需求。通過改裝原拖車，依次將制漿機(jī)和灌漿機(jī)固定在拖車上，制漿機(jī)出漿口應(yīng)高出灌漿機(jī)進(jìn)漿口高度20～50 cm；拖車配有手剎和氣剎制動(dòng)，并裝備雨棚。

機(jī)械設(shè)備現(xiàn)場配置如下：

（1）兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組：鉆孔機(jī)由2.2 kW的發(fā)電機(jī)組供電，制漿機(jī)和輸送泵由30 kW的發(fā)電機(jī)組供電。

（2）拌漿機(jī)：漿液制備使用拌漿機(jī)，已制備好的漿液儲(chǔ)存在儲(chǔ)漿罐中，且必須不停地?cái)嚢琛?/p>

（3）鉆孔機(jī)：使用金剛石鉆孔機(jī)，其鉆孔直徑設(shè)置在38 mm。

（4）壓漿泵：壓力一般控制在0.50～1.00 MPa范圍，出漿量按6 m3/h。

（5）壓漿管，配有自脹型卡頭。

（6）運(yùn)料車：運(yùn)送粉煤灰、水泥等原材料。

（7）灑水車：配置1臺(tái)。

2.2 壓漿操作

（1）壓漿孔配置。板角位置是最不利受力、自由度最大的位置，容易發(fā)生脫空，現(xiàn)場布孔時(shí)要重點(diǎn)考慮2個(gè)因素：①中度或輕微裂縫的病害板，只需在板角鉆孔進(jìn)行灌漿即可。②對于裂縫過多沉降過大的病害板，可以適當(dāng)加密配孔，以方便灌漿操作。

（2）板底壓漿。①鉆孔。選定鉆孔位置后，采用Φ38 mm鉆芯取樣器在板上鉆孔，孔深70 cm，要穿透碎石基層。應(yīng)提前完成鉆孔。每鉆完1個(gè)孔后，用空壓機(jī)清理孔內(nèi)的混凝土碎屑和雜物，保持孔內(nèi)干燥，并以泡沫塞封，防止散落物再落入孔內(nèi)，以利于灌漿材料在壓力泵的作用下順利流入空心處。②制漿。按設(shè)計(jì)的優(yōu)化配合比進(jìn)行漿液配制。先加入規(guī)定水量，然后在攪拌機(jī)運(yùn)行的前提下，加入早強(qiáng)減水劑，最后依次添加水泥以及其他材料。注意材料中不得存在過期料、結(jié)塊料，以免壓注過程中塞堵輸漿管和影響壓漿質(zhì)量。漿液材料現(xiàn)用現(xiàn)配，攪拌均勻，防止發(fā)生沉淀現(xiàn)象。③壓漿。用漿泵將混合好的灰漿通過孔道壓入病害部位，在0.50～1.00 MPa左右控制壓力，直到相鄰孔或接縫溢漿或者不溢漿，板面略有提升；注漿過程中，控制壓力和注漿時(shí)間，可以防止土肩開裂和破壞，應(yīng)及時(shí)用圓木塞堵塞溢流孔，防止壓力損失；灌漿孔在灌漿頭拔出后立即用木塞塞住，以防砂漿倒流。所有塞堵必須在8～10 min后才能拔出；采用“圍、擠、壓”的方法，先圍住灌漿區(qū)，再中間插孔擠密，保證灌漿質(zhì)量[2]。

2.3 漿體抗壓測試

試樣由現(xiàn)場澆注的泥漿制成。試樣養(yǎng)護(hù)條件與路用養(yǎng)護(hù)條件相同。制備的試樣應(yīng)標(biāo)明詳細(xì)位置和取樣日期。每個(gè)施工周期制作兩組試樣，每組6個(gè)。12 h齡期的抗壓強(qiáng)度應(yīng)在3.50 MPa左右，24 h齡期的抗壓強(qiáng)度應(yīng)在5.00 MPa左右。如果水泥漿24 h強(qiáng)度達(dá)不到規(guī)定要求，必須重新灌漿。

案例現(xiàn)場取樣漿體抗壓抽檢強(qiáng)度見表1所示，結(jié)果表明水泥漿12 h和24 h的抗壓強(qiáng)度滿足要求[3]。

2.4 壓漿質(zhì)量測試

完成壓漿操作3 d后，進(jìn)行壓漿質(zhì)量測試。

（1）貝克曼梁撓度檢測。灌漿完成后，用貝克曼梁沿每塊板的行駛方向檢測四個(gè)板角，要求任一測點(diǎn)檢測的撓度值≤8（單位：0.01 mm）。

（2）注水試驗(yàn)。用38 mm鉆頭鉆至30 cm深，取芯樣，向孔內(nèi)注水，觀察水位60 min，確保水位不下降。

（3）底基層水泥漿檢查。用38 mm中等鉆頭分2步取芯，先鉆至30 cm深，再鉆至60 cm深，芯樣的級配碎石的底基層應(yīng)存在水泥漿。芯孔與灌漿孔的距離≥60 cm。

（4）復(fù)壓漿試驗(yàn)。取芯后，用原配合比配制的漿液重新充填取芯孔，要求注漿壓力保持在2～5 Pa達(dá)到60 s，壓漿低于5 L。彎沉值貝克曼梁檢測結(jié)果、鉆芯注水、底基層壓漿及復(fù)壓漿測試如表2、3所示。測試結(jié)果顯示質(zhì)量合格。

采用落錘彎沉儀開展壓漿質(zhì)量檢測，方法如下：

（1）傳荷性能：水泥面板壓漿后傳荷性能高于80%，則評定為合格。

（2）彎沉截距：板邊載荷－彎沉經(jīng)線性回歸以后的彎沉截距b滿足10 m≥b≥?10 μm范圍，則板底不存在脫空，評定為合格。

（3）板邊中區(qū)彎沉D1：采用落錘彎沉測試方法，測得板邊中區(qū)彎沉D1≤150 μm，則板底不存在脫空，評定為合格。

（4）壓漿后傳荷性能、彎沉截距、板邊中區(qū)彎沉D1均滿足設(shè)計(jì)要求，則壓漿質(zhì)量評定為合格。

3 落錘彎沉檢測與分析

落錘彎沉檢測系統(tǒng)載荷范圍0.7～12 t，感受器數(shù)量9，分辨率為1 μm，檢測誤差保持在≤±0.02。落錘彎沉檢測系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)操控液壓系統(tǒng)升降重錘，對檢測面施加脈沖載荷，產(chǎn)生的載荷脈沖可以模擬行駛中車輪載荷對路面的影響。通過變更重錘提升高度，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)載荷。施加的載荷通過30 cm直徑的載荷板傳遞至路面，致使路面形變，載荷值由傳感器檢測。路面形變由9個(gè)傳感器測量，數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)拾取，經(jīng)轉(zhuǎn)換得到各測點(diǎn)的撓度值，同時(shí)形成彎沉盆圖。

3.1 檢測方法

每塊板沿行車方向的板中線，采用落錘彎沉系統(tǒng)，在板邊和板中測量2個(gè)測點(diǎn)。每個(gè)測點(diǎn)按6 t、8 t、10 t變換加荷級，傳感器檢測不同加荷級下的各測點(diǎn)彎沉值，數(shù)據(jù)由信息處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

3.2 檢測結(jié)果與分析

（1）接縫傳荷能力的測量結(jié)果與分析，接縫傳荷能力匯總表如表4所示。

K525+800處11塊板的荷載傳遞系數(shù)>0.80，灌漿后荷載傳遞系數(shù)增大?？傮w來看，灌漿前后荷載傳遞系數(shù)>80%的板由129塊增加到151塊，比例68.6%提高到80.3%，取得了一定的治理效果。

（2）彎沉截距b測量結(jié)果與分析，彎沉截距b測量結(jié)果如表5所示。

K531+700～K531+000處135塊板的脫空率由75.60%降至25.90%；K530+100～K529+700處42塊板的脫空率由40.40%降至16.70%；K526+100～K525+800處11塊板的脫空率由63.60%降至18.20%。總體來講，注漿前后的脫空率由67.00%降低到23.40%，基于截距b控制脫空率的測量結(jié)果表明，三個(gè)區(qū)間的注漿效果良好。

3.3 后期跟蹤檢測結(jié)果與分析

壓漿1年后，跟蹤進(jìn)行落錘彎沉檢測，檢測結(jié)果如表6所示。從表6可以看出，K531+700～K531+000段，灌漿后和一年后，基于傳荷能力、彎沉截距b、板中彎沉評測指標(biāo)，分別對135塊板和120塊板的測試結(jié)構(gòu)顯示，一年后合格板數(shù)由98塊降低到73塊，合格率由72.60%降低到60.80%。K529+700～K530+100段一年后合格板數(shù)由35塊降低到30塊，合格率由83.80%降低到71.40%。K525+800～K526+100段一年后合格板數(shù)由9塊降低到8塊，合格率由81.80%降低到72.80%。壓漿1年后質(zhì)量合格的經(jīng)過前期治理的壓漿板仍達(dá)到64.16%。

4 結(jié)語

基于高速公路脫空面板治理案例，進(jìn)行了水泥混凝土公路脫空面板的板底壓漿處理技術(shù)研究。①介紹了板底壓漿材料構(gòu)成及所應(yīng)用的漿液優(yōu)化配合比。②介紹了脫空面板板底壓漿處理的操作技術(shù)要點(diǎn)，包括施工準(zhǔn)備、壓漿操作、質(zhì)量控制、壓漿質(zhì)量測試等主要操作環(huán)節(jié)和技術(shù)點(diǎn)。③介紹了壓漿質(zhì)量檢測技術(shù)要點(diǎn)。圍繞傳荷能力、彎沉截距、板中彎沉3個(gè)技術(shù)指標(biāo)，采用落錘彎沉儀開展檢測，三個(gè)指標(biāo)同時(shí)滿足要求，則壓漿質(zhì)量評定為合格。④落錘彎沉檢測數(shù)據(jù)顯示，案例路面壓漿處理前后的脫空率由67.00%降低到23.40%，改進(jìn)提高幅度達(dá)53.6個(gè)百分點(diǎn)。壓漿1年后質(zhì)量合格的經(jīng)過前期治理的壓漿板仍達(dá)到64.16%。⑤三個(gè)試驗(yàn)段注漿效果差異較大，K530+100～K529+700段42塊病害板的壓漿后的合格率達(dá)到83.30%，K526+100～K525+800段11塊病害板的壓漿后的合格率達(dá)到81.80%，治理提高效果較好，而K531+700～K531+000段135塊病害板壓漿后的合格率只有51.90%。主要原因是該區(qū)段處于超車彎道，脫空病害比較嚴(yán)重，壓漿操作過程中漿液容易流失，壓漿質(zhì)量難以控制。由此可見，可見案例所用的壓漿材料更適用于處于直道的板底脫空壓漿處理。

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