灌浆技术处治旧水泥混凝土路面应用探讨

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近几年来，我国城乡各地修建了大量的水泥混凝土路面，毋庸置疑，这对提高我国公路路面质量，增强公路的抗灾能力，改善公路行车条件，提高客货运输效益，均起到了积极的作用。随着水泥混凝土路面的养护管理工作日益繁重。一是早期修建的水泥混凝土路面大多已接近使用年限，需要翻修；二是近期修建的水泥混凝土路面，由于诸多原因，有的也出现了不同程度的损坏。为了及时修复已损坏的水泥混凝土路面，保证公路运输畅通，一些设计、科研院（所）、施工及养护管理部门已在这方面做了大量的工作，从实践中探索了一些较为成功的水泥混凝土路面修补技术。这些技术有的已经通过工程考验，证明是可行的；有的则刚刚问世，有待进一步检验。
    路面是公路工程的重要组成部分之一，它直接承受和传递行驶车辆的荷载作用，并抵御各种自然条件的侵袭。在我国176万公里公路网中现有路面里程已达91%，有高级、次高级路面里程为41%。1990以来，随着我国大规模公路基础设施建设的展开，水泥混凝土路面公路得到史无前例的快速发展。截至到2002年底，我国已拥有水泥混凝土路面公路16.8万公里，是1989年里程长度的14.7倍，13年中净增15.6万公里，平均年增长率为25%。在总里程28.9万公里的高级路面（沥青混凝土路面和水泥混凝土路面）公路中，水泥混凝土路面占到了58%。中国已经成为当今世界上拥有水泥混凝土路面里程最多的国家之一。
    为全面建设小康社会，实现交通新的跨越式发展的目标，新世纪头二十年我国公路建设仍将大踏步前进。“五纵七横”国道主干线有望于2010年前贯通，西部八条大通道将于2020年前全面建成，“十三纵十五横”国家重点公路建设由东向西逐步推进。与此同时，为加快农村公路建设，“修好农村路，服务城镇化，让农民兄弟走上油路和水泥路”。国家启动了“通畅工程”和“通达工程”。按照规划，至2020年我国公路通车里程将达到（260~300）万公里，其中高速公路预计达到7万公里。可以预见，水泥混凝土路面公路仍将有大的发展，今后几年水泥混凝土路面的建设规模将会以每年数万公里至十万公里的速度向前延伸。在我国水泥混凝土路面的建设具有得天独厚的资源优势，水泥产量连续13年居世界第一，2002年年产水泥达到6.3亿吨。大力发展水泥混凝土路面技术，不仅全部原材料均可立足国内市场，也有利于促进国民经济的可持续发展。水泥混凝土路面质量的好坏直接影响行车速度、安全、舒适和运输成本。它具有强度高、刚度大、受温度影响小、使用寿命长等优点。但水泥混凝土路面接缝较多，对超载较为敏感，易发生脱空、唧泥、裂缝等先期病害，从而导致路面的破损，如何治理与预防脱空、唧泥等病害，搞好水泥混凝土路面的养护，延长公路的使用寿命，改善其通行能力，具有十分重要的意义。
    1、水泥混凝土面板唧泥、脱空形成主要原因
    唧泥和脱空病害的产生有其内在因素和外界因素：内在因素是基层本身的质量、组成以及混凝土面板接缝状况；外界因素则是汽车荷载和气候变化。我国路面基（垫）层材料一般都选用稳定类集料，其模量远小于混凝土面层的模量。水泥混凝土路面在重车荷载的反复作用下，板下基面板底与基（垫）层之间将出现微小的空隙，即出现了板下局部脱空，或称为原始脱空区。同时温度湿度的变化，以及板内温度的非线形分布，引起板向上或向下的翘曲，加速了板与基础之间的分离，形成板底脱空。脱空的出现又为水的浸入创造了条件，当路面接缝或裂缝养护不及时，雨水从破损处浸入基层，渗入的水将在板下形成积水（自由水）。积水与基层材料中的细料形成泥浆，并沿面板接缝缝隙处喷溅出来，形成唧泥。唧泥的出现进一步加剧了板底的脱空。这样周而复始，恶性循环最终导致路面的损坏。
    2、板下封堵的必要性
    在修复水泥混凝土路面时，采用板下封堵的目的是为了恢复对路面结构的支承，它是通过向这些空隙灌浆而实现的。灌浆时要施加一定的压力，而施加的压力不应使路面板抬升。
    板下封堵作为一种预防性维护措施，应在板角刚一出现支承丧失的情况时就尽快地进行。支承丧失的表现是弯沉增大，横向接缝形成错台，交通车道或路肩的接缝和裂缝附近积存细屑。
    在路面板尚未发生严重裂缝时，板下封堵是一种比较经济的修复方法。如果初始弯沉很小，最好不要灌浆，因为板下封堵所造成的扰动可能会使弯沉增大。
    板下封堵不能矫正沉降，不能提高结构设计能力，也不能消除因板内温、温度变化及板上交通荷载而造成的垂直错台。但是由于空隙被填充，减小了弯沉，恢复了结构的整体性，因此减小了未来发生唧泥以及错台和板断裂的可能性。只有在支承能力丧失程度有限的接缝、裂缝处才进行板下封堵。
    3、加固机理
    在现有混凝土路面设计理论中，我们把混凝土板看作是小挠度弹性薄板，其假定条件是面板与地基间完全接触(不脱空)。同时混凝土板是一种脆性材料,抗压强度高、抗弯拉性能差。在正常情况下，面板均匀支承时，无论荷载作用位置，应力都较小。而一旦脱空，板角处由于基础支撑的丧失处于悬臂状态，板内将产生过大的应力、剪力，混凝土板很快达到极限寿命。水泥混凝土板灌浆是通过注浆管，施加一定压力将浆液均匀注入板底空隙、板下基（垫）层中，以充填、渗透、挤密等方式，赶走板底、基层裂隙中的积水、空气后占据其位置，经人工控制一段时间后，浆液将原来的松散颗粒或裂隙胶结为整体，形成一个良好的“结石体”。灌浆改善了板底原有受力状态，恢复板体与地基的连续性。达到加固基础，治理病害的目的。
    4、设计考虑
    板下封堵工程设计，包括选择一种合格的灌浆混合料，测试路面有没有脱空，预计灌浆的量和决定适宜的灌浆孔。
    4．1灌浆混合料
    水泥混凝土路面板下封堵的灌浆材料一般由水泥、粉煤灰、砂、外掺剂和水组成。灌浆材料质量的优劣直接影响灌浆的效果，因此，不管用何种灌浆材料都应通过试验来选择。