1、 前言
高速公路采用水泥混凝土路面是我國(guó)公路路面主要形式之一，在我國(guó)公路網(wǎng)構(gòu)成中占有較大比重，它具有強(qiáng)度高、剛度大、受溫度影響小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但水泥混凝土路面接縫較多，對(duì)超載較為敏感，易發(fā)生脫空、唧泥、裂縫等先期病害，從而導(dǎo)致路面的破損。橋頭出現(xiàn)跳車現(xiàn)象多，主要原因也是施工時(shí)橋臺(tái)填土碾壓是一個(gè)死角，不易被壓實(shí)，一旦路面出現(xiàn)微裂縫，基墊層就會(huì)受雨水的侵蝕影響，導(dǎo)致填料收縮而引起的路面下沉。如何治理與預(yù)防混凝土路面板脫空、唧泥及橋頭填土不密實(shí)出現(xiàn)的空洞等病害，對(duì)搞好高速公路的路面養(yǎng)護(hù)，延長(zhǎng)其使用壽命，改善其通行能力，都具有十分重要的意義。筆者考察了成渝高速公路成都段水泥混凝土路面處治工程的施工過(guò)程，并結(jié)合重慶段二郎和白市驛水泥混凝土路面改造工程試驗(yàn)路段的施工經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用灌漿技術(shù)處治原水泥混凝土路面脫空板和橋頭跳車，并對(duì)各施工項(xiàng)目進(jìn)行了檢測(cè)，在室內(nèi)外對(duì)灌漿液的配合比進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為該技術(shù)已在成渝高速公路上已取得了良好的應(yīng)用效果。
2、病害形成原因
唧泥和脫空病害的產(chǎn)生有其內(nèi)在因素和外界因素：內(nèi)在因素是基層本身的質(zhì)量、組成以及混凝土面板接縫狀況；外界因素則是汽車荷載和氣候變化。我國(guó)路面基（墊）層材料一般都選用穩(wěn)定類集料，其模量遠(yuǎn)小于混凝土面層的模量。水泥混凝土路面在重車荷載的反復(fù)作用下，板下基（墊）層將產(chǎn)生累積塑性變形，使混凝土板的局部范圍不再與基層保持連續(xù)接觸，于是水泥混凝土路面板底與基（墊）層之間將出現(xiàn)微小的空隙，即出現(xiàn)了板下局部脫空，或稱為原始脫空區(qū)。同時(shí)溫度、濕度的變化，以及板內(nèi)溫度的非線形分布，引起板向上或向下的翹曲，加速了板與基礎(chǔ)之間的分離，形成板底脫空。脫空的出現(xiàn)又為水的浸入創(chuàng)造了條件，當(dāng)路面接縫或裂縫養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，雨水從破損處侵入基層，滲入的水將在板下形成積水（自由水）。積水與基層材料中的細(xì)料形成泥漿，并沿面板接縫縫隙處噴濺出來(lái)，形成唧泥。唧泥的出現(xiàn)進(jìn)一步加劇了板底的脫空。這樣周而復(fù)始，惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致路面的損壞。
3、 脫空判定方法
3.1 脫空板確定方法
脫空板可采用人工觀察法、彎沉測(cè)定法等方法來(lái)確定。人工觀察法是通過(guò)肉眼觀察接縫、裂縫、唧泥等情況初步判定脫空。當(dāng)重車行過(guò)，能感到混凝土板有豎直位移時(shí)，或下雨之后，有明顯唧泥現(xiàn)象的板塊，認(rèn)為是脫空。這種方法的缺點(diǎn)是主觀性強(qiáng)，即便是有經(jīng)驗(yàn)的工程師也不能避免錯(cuò)判、漏判。彎沉測(cè)定法是測(cè)試板角彎沉，如果超過(guò)某一限值，即認(rèn)為存在脫空。我國(guó)交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ073.1-2001）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）中也明確規(guī)定水泥混凝土面板脫空位置的確定可采用彎沉測(cè)定法。
3.2 檢測(cè)方法
成渝高速公路全線建成通車于1994年，設(shè)計(jì)板厚24cm。主要采用彎沉指標(biāo)來(lái)確定脫空板。首先選取水泥混凝土面板荷載最不利作用位置作為檢測(cè)點(diǎn)，宜選取橫縫及縱縫附近的點(diǎn)。采用兩臺(tái)5.4m長(zhǎng)桿彎沉儀及BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載 (后軸軸載為10t)測(cè)定車。檢測(cè)點(diǎn)分主點(diǎn)、副點(diǎn)。主點(diǎn)位于板橫縫前10cm，加卸載。副點(diǎn)在橫縫后10cm，無(wú)荷載（正常行車方向?yàn)榍埃⒁慌_(tái)彎沉儀置于主點(diǎn)，即測(cè)定車的輪隙中間；另一臺(tái)彎沉儀置于副點(diǎn)處。分別測(cè)定主、副點(diǎn)彎沉（按前進(jìn)方向右輪測(cè)試）。右輪處于縱縫30cm左右。在《美國(guó)路面修復(fù)手冊(cè)》中規(guī)定，凡彎沉值超過(guò)0.635mm的，應(yīng)確定為板塊脫空。根據(jù)我國(guó)公路修建狀況和檢測(cè)儀器的實(shí)際情況，有關(guān)專家推薦凡彎沉值超過(guò)0.2mm的，應(yīng)確定為面板脫空（詳見(jiàn)規(guī)范）。在本實(shí)驗(yàn)路段，采用雙指標(biāo)控制，即主點(diǎn)彎沉大于0.2mm或差異彎沉（主點(diǎn)-副點(diǎn)）大于0.06mm的，均認(rèn)為板底可能出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。
4、 灌漿加固原理
在現(xiàn)有混凝土路面設(shè)計(jì)理論中，我們把混凝土板看作是小撓度彈性薄板，其假定條件是面板與地基間完全接觸（不脫空）。同時(shí)混凝土板是一種準(zhǔn)脆性材料，抗壓強(qiáng)度高、抗彎拉性能差。在正常情況下，面板均勻支承時(shí)，無(wú)論荷載作用位置，應(yīng)力都較小。而一旦脫空，板角處由于基礎(chǔ)支撐的喪失處于懸臂狀態(tài)，板內(nèi)將產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力、剪力，混凝土板很快達(dá)到極限壽命。水泥混凝土面板灌漿是通過(guò)注漿管，施加一定壓力將漿液均勻注入板底空隙、板下基（墊）層中，以充填、滲透、擠密等方式，趕走板底、基層裂隙中的積水、空氣后占據(jù)其位置，經(jīng)人工控制一段時(shí)間后，漿液將原來(lái)的松散顆粒或裂隙膠結(jié)為整體，形成一個(gè)良好的“結(jié)石體”。灌漿改善了板底原有受力狀態(tài)，恢復(fù)板體與地基的連續(xù)性。達(dá)到加固基礎(chǔ)，治理病害的目的。
4.1 漿液材料基本要求
常用的水泥漿材料包括：水泥、粉煤灰、水、外加劑等。將漿體制成7.07×7.07×7.07cm立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d，其抗壓強(qiáng)度應(yīng)到5MPa以上。漿體應(yīng)具有良好的可泵性、和易性、保水性，漿體過(guò)稠不能均勻布滿板底空隙，漿體過(guò)稀，干縮性大。在施工中，筆者認(rèn)為為防止?jié){體的干縮，漿液中宜摻加一定量膨脹劑。流動(dòng)度是影響可灌性的主要因素，一般流動(dòng)度越高，可灌性就越好。由于在現(xiàn)行規(guī)范中未對(duì)此做明確規(guī)定，參照預(yù)制梁板壓漿施工經(jīng)驗(yàn)，采用水泥漿稠度試驗(yàn)漏斗（體積1725ml±5ml），以漿體自由全部流完的時(shí)間作為流動(dòng)度來(lái)控制（詳見(jiàn)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ041-2000附錄G-11）。其中，在室溫條件下，純水的流出時(shí)間為8s（室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果）。表1列出了在標(biāo)準(zhǔn)條件下，不同水灰比、不同材料配比之間的流動(dòng)度結(jié)果及試件強(qiáng)度。從表中可發(fā)現(xiàn)水泥凈漿不管摻或不摻減水劑，其流動(dòng)性都比相同條件下水泥粉煤灰漿體的流動(dòng)性要好。因此，可以看出，二級(jí)粉煤灰單位體積的需水量要大于水泥。文獻(xiàn)（1）中提出：對(duì)于不摻減水劑的水泥凈漿，其流動(dòng)度不應(yīng)小于16s；摻減水劑的漿體可減小到12s；流動(dòng)度最大應(yīng)不大于26s。在施工中，筆者認(rèn)為漿體流動(dòng)度不宜過(guò)小，控制在20-30s之間較好。否則會(huì)產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。
4.2 試驗(yàn)資料
從表中可看出，在相同水灰比的情況下，流動(dòng)性隨著水泥與粉煤灰的比例產(chǎn)生變化。同時(shí)，粉煤灰比例也影響水泥漿的后期強(qiáng)度。在相同條件下，水灰比越大，則漿體的強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，因此，不宜采用過(guò)大的水灰比；根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，在施工中采用的漿液配比為：水泥﹕粉煤灰﹕水﹕早強(qiáng)劑=1﹕0.5﹕0.7+0.5%。在取得大流動(dòng)性的前提下，保證了漿液的強(qiáng)度。
| 漿液配合比（水泥﹕粉煤灰﹕水） | 水灰比 | 流動(dòng)度(s) | 7天強(qiáng)度（MPa） | 28天強(qiáng)度（MPa） |
| 1﹕0.0﹕0.4 | 0.4 | 96.79 | 21.58 | 51.25 |
| 1﹕0.5﹕0.7 | 0.47 | 85 | 10.41 | 23.65 |
| 1﹕0.5﹕0.75 | 0.5 | 32.53 | 6.97 | |
| 1﹕0.7﹕0.8 | 0.47 | 79.21 | 7.96 | 19.13 |
| 1﹕0.7﹕0.9 | 0.53 | 21.75 | 8.08 | 17.18 |
| 1﹕1.0﹕1.0 | 0.5 | 47.51 | 5.93 | |
| 1﹕0.5:0.4+0.5%SN-Ⅱ | 0.4 | 16.4 | 18.42 | 42.1 |
| 1﹕0.5﹕0.65+0.5%SN-Ⅱ | 0.43 | 42.96 | 17.10 | |
| 1﹕0.5﹕0.7+0.5%SN-Ⅱ | 0.47 | 21.99 | 11.85 | 27.27 |
| 1﹕0.7﹕0.8+0.5%SN-Ⅱ | 0.47 | 32.16 | 10.55 | 24.51 |
| 1﹕0.7﹕0.8+0.75%SN-Ⅱ | 0.47 | 29.5 | 10.55 |
漿液流動(dòng)度及力學(xué)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)表1
5、具體操作程序
孔位布設(shè)一般為3-5孔，應(yīng)根據(jù)混凝土面板尺寸、裂縫狀況以及灌漿機(jī)械等確定。灌漿孔大小應(yīng)和灌注嘴大小一致，一般為5cm左右。灌漿順序從沉降量大的地方開(kāi)始，由遠(yuǎn)到近，由大到小。灌漿壓力的控制應(yīng)視混凝土板的損壞及脫空情況具體確定。當(dāng)漿液從接縫處或另一注漿孔冒出，就可認(rèn)為完成該孔注漿,即停止注漿，迅速移至另一注孔繼續(xù)作業(yè)。壓力一般控制在1MPa-4MPa之間，并停留3min-5min，效果較好。
6、質(zhì)量效果評(píng)定
灌漿后，應(yīng)在7d齡期后，再次測(cè)量主點(diǎn)彎沉值和副點(diǎn)彎沉值。當(dāng)主點(diǎn)或差異彎沉值均低于設(shè)計(jì)要求值時(shí)，可認(rèn)為灌漿效果已經(jīng)達(dá)到。成都試驗(yàn)段灌漿前后彎沉資料見(jiàn)表2（單位：mm）。表2中灌漿前數(shù)值均大于控制指標(biāo)，認(rèn)為板底出現(xiàn)脫空，需灌漿處治。從檢測(cè)資料可看出，原混凝土面板通過(guò)灌漿提高了板底承載力。
| 樁號(hào) | 灌漿前值 | 灌漿后值 | 主點(diǎn)比較 | 副點(diǎn)比較 | ||
| 主 點(diǎn)彎 沉 | 差 異彎 沉 | 主 點(diǎn)彎 沉 | 差 異彎 沉 | 前-后 | 前-后 | |
| 4km+478.7 | 0.34 | 0.12 | 0.24 | 0.04 | 0.1 | 0.08 |
| 4km+483.7 | 0.36 | 0.16 | 0.18 | 0.04 | 0.18 | 0.12 |
| 4km+488.7 | 0.34 | 0.08 | 0.18 | 0.04 | 0.16 | 0.04 |
| 4km+513.7 | 0.34 | 0.08 | 0.24 | 0.02 | 0.1 | 0.06 |
| 4km+518.7 | 0.32 | 0.16 | 0.2 | 0.04 | 0.12 | 0.12 |
| 4km+523.7 | 0.44 | 0.18 | 0.34 | 0.08 | 0.1 | 0.1 |
| 4km+583.6 | 0.42 | 0.22 | 0.22 | 0.02 | 0.2 | 0.2 |
| 4km+588.6 | 0.32 | 0.08 | 0.18 | 0.02 | 0.14 | 0.06 |
| 4km+593.6 | 0.28 | 0.06 | 0.24 | 0.02 | 0.04 | 0.04 |
| 4km+598.6 | 0.36 | 0.22 | 0.2 | 0.02 | 0.16 | 0.2 |
| 4km+603.6 | 0.3 | 0.1 | 0.2 | 0.04 | 0.1 | 0.06 |
| 4km+618.6 | 0.6 | 0.38 | 0.26 | 0.06 | 0.34 | 0.32 |
| 4km+623.6 | 0.3 | 0.08 | 0.22 | 0.08 | 0.08 | 0 |
| 4km+628.6 | 0.3 | 0.1 | 0.2 | 0.06 | 0.1 | 0.04 |
| 4km+633.6 | 0.22 | 0.02 | 0.16 | 0.02 | 0.06 | 0 |
| 4km+638.6 | 0.34 | 0.1 | 0.22 | 0.02 | 0.12 | 0.08 |
| 4km+643.6 | 0.48 | 0.16 | 0.34 | 0.08 | 0.14 | 0.08 |
2004年成都試驗(yàn)段4km處灌漿前后彎沉對(duì)照表表2
7、 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估
灌漿處治舊水泥混凝土路面早中期破壞與“換板”相比最大的優(yōu)點(diǎn)就是利用原路面板。其直接成本隨脫空情況及處治目的不同而不同，一般介于10—30元/ m2左右。 “換板”翻修混凝土路面每m2成本一般需120—140元。與后者相比，前者的直接成本明顯低。灌漿作為一種治理混凝土路面病害、及時(shí)可行的科學(xué)養(yǎng)護(hù)技術(shù)，具有成本低，見(jiàn)效快，操作簡(jiǎn)便，對(duì)車輛行駛影響小，受自然因素影響小等優(yōu)點(diǎn)。在公路施工和養(yǎng)護(hù)工程中，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
8、 結(jié)束語(yǔ)
8.1 灌漿技術(shù)作為一種新型的加固技術(shù)，可廣泛地使用到公路施工其他方面，如：高速公路橋頭跳車、軟土地基處理、機(jī)場(chǎng)路加固等。而且由于其處治質(zhì)量主要控制指標(biāo)——彎沉與舊板加鋪瀝青混凝土面層的設(shè)計(jì)指標(biāo)相吻合，具有一定科學(xué)性，所以也適用于舊板加罩瀝青面層的加固處治。
8.2 大多數(shù)破損板本身的質(zhì)量良好，病害原因主要是由于下承層造成的。有關(guān)資料建議灌漿鉆孔深度一般為混凝土板底3-5cm，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，鉆孔深度應(yīng)穿透基層達(dá)到墊層中。傳統(tǒng)的“換板”處治，在破碎時(shí)由于操作人員的失誤或連接桿的傳遞影響，可能造成相臨混凝土板塊不同程度的松動(dòng)或破損，處治一處病害又出現(xiàn)多處新的病害，且只能改善板本身狀態(tài)，正是所謂的“治標(biāo)不治本”，而混凝土板下灌漿通過(guò)灌漿壓力可把漿液滲透到相鄰混凝土板下，起到灌漿一塊板加固幾塊板的作用。
8.3 產(chǎn)生脫空板的原因有：填縫料的失效，水的浸入，基層材料中的細(xì)集料。因此，必須加強(qiáng)接縫的養(yǎng)護(hù)，及時(shí)疏導(dǎo)路面積水，來(lái)預(yù)防或防治混凝土路面的先期病害。在基（墊）層的施工中，應(yīng)嚴(yán)格控制混合料中的細(xì)集料含量。
參考資料
1. 田波，《水泥混凝土路面脫空的檢測(cè)及對(duì)策》，華東公路（2004年134期）；
2. 黃彭，《現(xiàn)有水泥混凝土路面板整治、補(bǔ)強(qiáng)措施實(shí)施要點(diǎn)》，路苑（2003年29期）；
3. 劉冬生，《灌漿技術(shù)處治舊混凝土路面應(yīng)用探討》，交通論文（2003年95期）。
作者簡(jiǎn)介 陳豪，男，生于1965年6月，1989年7月畢業(yè)于重慶交通學(xué)院，學(xué)士學(xué)位，土木工程工程師，目前在重慶通力高速公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司擔(dān)任養(yǎng)護(hù)隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)。榮譽(yù)稱號(hào)：1996年10月獲取重慶市優(yōu)秀質(zhì)量管理小組成員榮譽(yù)證書，主要成果：《抓多渣基層施工，創(chuàng)優(yōu)良工程》永川段渝隆路油路翻修QC小組，重慶成渝高速公路高邊坡治理優(yōu)化方案的推廣與運(yùn)用。通訊地址：重慶永川市高速公路家屬院1-2#，郵編：401420，電話：12509470582（手機(jī)），49834316（宅話），E-mail（電子郵件）：chenhao1965.6.30@163.com。
