高聚物压浆法在水泥混凝土路面中的应用

高聚物压浆法在水泥混凝土路面中的应用

在实际使用过程中，由于车辆负荷的重复，水泥混凝土板下的基础形成了塑料变形，并形成了一个脱离面。屋顶层的水面被渗透，在脱离间歇间隙中积聚。在轮子的负荷下，发生压水，使地板上湿润的详细材料混合均匀，然后沿裂缝间隙扩散，形成湿墙。唧泥的出现,使面板边缘部分失去支承,更进一步加剧板底脱空。另外由于温度、湿度的影响,水泥混凝土板将产生挠曲,致使水泥混凝土板局部范围内不再与基础保持连续接触,或土基压实不均匀,水泥混凝土板下局部都将出现脱空。大量的实际观测与理论计算表明,实际使用中的水泥混凝土路面,基层的局部脱空现象是客观存在的,特别是用细颗粒材料修筑基层的水泥混凝土路面。水泥混凝土路面板下脱空对板角、板边应力极为不利。水泥混凝土路面的缝边板角处,由于基层的脱空,在荷载作用下,水泥混凝土路面板的工作状态近似于悬臂梁,板角或板边产生过量的弯沉和应力,在重复荷载作用下,最终导致路面板的横向疲劳开裂。当面板下产生脱空后,采取灌浆或封底是一种有效的修复措施,但这应当以准确评定脱空状况为基础,否则不但浪费人力、物力,而且可能造成路面的进一步破坏。加拿大的Wu,S-S的研究表明,如果封底处理不当将使路面使用性能下降甚至迅速破坏。因此,对使用中的水泥混凝土路面,以可靠的方法评定板下基础脱空的位置及大小,及时采取有效的修复措施,以阻止此类结构性破坏的发展是极为重要的,同时,这也是现代路面管理系统中一个重要组成部分。近年来,国际上高聚物注浆技术发展很快。由于高聚物自身体积膨胀可达20倍,因此,它不完全依赖压浆压力来填充脱空区。此外,高聚物压浆技术材料用量较少,工时较短,压浆孔径仅在2cm以内,这些特点相对于水泥压浆方法具有明显的优越性。因此针对水泥混凝土路面养护管理的实际需要,以FWD检测系统为基础,研究开发水泥混凝土路面脱空识别技术和高聚物注浆快速维修技术以及注浆效果评价技术,对于准确检测路面脱空程度、科学制定压浆方案、快速评论压浆效果具有实际的工程意义。1混凝土板下脱空识别方法落锤式弯沉仪(FWD)较好地模拟了行车荷载的动力作用,目前被认为是较为理想的路面无损检测设备。FWD测定路基或路面表面所产生的瞬时变形,即测定在动态荷载作用下产生的动态弯沉及弯沉盆,并可由此反算路基路面各层材料的动态弹性模量,作为设计参数使用。所测结果也可用于评定道路承载能力,调查水泥混凝土路面的接缝的传力效果,探查路面板下的空洞等。《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2002)推荐的水泥混凝土板下脱空识别方法,参照AASHTO路面设计指南中提出的判别脱空方法:在同一测点测出3个不同级别荷载下弯沉,建立荷载与弯沉的相关关系,如果该位置没有脱空,则荷载弯沉相关直线经过原点或弯沉轴截距小于50μm;否则,如果截距大于50μm,则可认为脱空。在这里,可采用一个更为保守的脱空判别截距值30μm。根据此方法,对各板边测点测试结果建立荷载与弯沉的相关关系,相关关系式如下:w=aP+b式中:w为中央弯沉值,μm;P为荷载值,kPa;a,b为关系系数,b为弯沉轴截距。该方法可以作为初步评价水泥混凝土板下脱空的方法,可以快速评价板下是否存在脱空。利用FWD对测试水泥混凝土板缝边板中或板角进行三级荷载测试,利用回归法判定其脱空情况,如表1所示,对判定脱空的位置进行检查对比,结果表明三点回归法可以用来评价水泥混凝土路面板下脱空情况。2聚物注浆技术高聚物注浆技术是新近发展起来的基础工程设施快速维修技术,高聚物注浆技术是通过注浆材料混合注射达到填充路面结构脱空或加固路基的目的。根据高聚物注浆的技术特点和施工过程,研究了针对水泥混凝土路面脱空的高聚物注浆技术施工工艺,具体过程如下。2.1fwd对注浆ph的影响利用落锤式弯沉仪(FWD)对拟注浆路段进行弯沉检测,判断路段结构损坏情况,以判定水泥混凝土路面脱空的范围,使注浆处理做到有的放矢。对于FWD检测,荷载设置为10t;测点布置在超车道右板角和行车道左板角(裂缝处加密),距板边30cm。2.2路面脱空注浆孔布置根据FWD测试结果,分析路面脱空状况,对高聚物注浆孔的位置进行布置。通过研究,水泥混凝土路面脱空注浆孔布置沿行车方向分布:横向间距1.5m,纵向间距1.5m,如图3所示。如遇到板断裂,在裂缝处增加注浆孔,注浆孔距离裂缝0.30m。2.3土路面注浆孔的确定高聚物材料要达到脱空的位置,以起到填充脱空的目的,通常水泥混凝土路面由水泥混凝土面层、水泥稳定碎石基层和路基组成,有的路面仅由水泥混凝土面层和路基组成,脱空一般发生在面层和路基之间或者面层和基层之间,为此确定注浆孔直径约1.6cm,钻孔深60cm。2.4水泥混凝土注浆施工根据FWD检测结果制定施工方案,并确定注浆量,实施注浆,实时监控路面的高度变化,控制注浆过程,使得脱空位置得到有效填充,实现对水泥混凝土路面的快速修复。2.5高聚物注浆技术应用利用落锤式弯沉仪(FWD)对注浆路段进行弯沉检测,重新评价水泥混凝土路面的脱空状况,以验证注浆的效果,对仍存在脱空的部位及时进行补注,使得板下脱空得到根治。试验段依托107国道信阳市区段大修工程。工程位于107国道信阳市城区过境路段,原路面为1986年修建的水泥混凝土路面,目前路况较差,由于该路段位于信阳市城区,两边有非机动车道,因此要求主路面进行大修时不宜抬得过高,否则会影响两侧非机动车道的正常使用。此次运用高聚物注浆快速维修技术对路面进行加固,然后再在这种加固后的路面上加铺一层7cm的沥青混凝土。根据现场观察和检测结果,在水泥混凝土板脱空位置分缝两侧分别钻孔,然后开始注浆。为了精确控制注浆过程,在注浆孔附近放上标尺,旁边放激光水准仪实时监控路面的高度变化,当标尺处地面出现微动或有浆体冒出路面时视为注浆量己达到要求,停止注浆。高聚物注浆示意见图5所示。从施工过程可以看出:高聚物注浆技术在迅速填充脱空、排出下层积水等方面有良好的效果;能够实现对水泥混凝土路面脱空的快速修复,并且对路面破坏小,精确可控,维修过程方便,对交通运营影响很小。3模量反算反算注浆前先对水泥混凝土路面进行检测,对弯沉值≥350μm的板进行注浆,注浆后对同一块板同一测试位置进行弯沉检测,具体的注浆前后弯沉值比较见表2和图6。由表2和图6分析,注浆后落锤式弯沉仪(FWD)检测弯沉普遍降低,表明高聚物注浆技术能够填充脱空、提高路面强度,通过对注浆后落锤式弯沉仪(FWD)检测结果分析,此次高聚物注浆维修效果非常明显。利用模量反算软件SIDMOD对注浆前后的水泥混凝土板进行模量反算,这里固定面层模量,比较了注浆前后路基的模量,具体结果见表3和图7所示。注浆后路基模量增加明显,大大提高了其承载能力。为了检验高聚物注浆对水泥混凝土板接缝传荷能力的影响,还选取了5块脱空板,在注浆前后分别测试了接缝传荷系数,测试结果见表4。从测试结果看,采用高聚物注浆技术注浆后,水泥混凝土板的接缝传荷能力大幅提高,接缝传荷能力都达到了优良(>80%)。图8为取自分层施工的水泥混凝土路面的芯样,可以看出,膨胀后的材料已经很好地填充了两层之间的脱空(芯样中间的薄层部分),这是因为高聚物注浆材料的流动性好