水泥混凝土路面板底脱空原因及灌浆处理
水泥混凝土路面属于高级路面，是高速公路、一级公路路面的主要形式之一。它属于刚性路面，板体刚度较大。水稳性比较好，受温度影响小，且具有承载能力大，养护费用少，抗磨耗能力强，使用寿命长，施工机械简单等优点。但由于其接缝较多，对超、重载较为敏感，易产生脱空、唧泥等病害，从而导致路面破损。水泥混凝土路面板底脱空是造成路面板断裂和错台的直接原因，尤其是在接缝处产生的脱空。如果不及时进行识别和处置，势必造成路面面板的断裂和路面使用性能的衰变，这将会大大降低路面的使用性能。因此如何预防与治理脱空、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。
一、 水泥混凝土路面板底脱空原因
水泥混凝土路面交付使用后，在交通荷载和环境的作用下，会逐渐在板块和基层之间出现空隙，即产生局部脱空，或称之为原始脱空区。混凝土路面的局部脱空现象较为常见且分布较广。脱空的出现对水泥混凝土路面板的受力极为不利的，因为它改变了路面的力学结构，使弹性地基上的弹性薄板受力形式不复存在，
取而代之的是一种类悬臂梁或类简支梁受力模式（如图1）。加上混凝土抗弯拉强度很低，脱空后路面一般会迅速断裂、破碎。如果不及时采取相应的措施，随着水的浸入，在行车荷载的作用下，经过反复抽吸循环，将使脱空面积加大，面板更容易产生破裂。
严重影响行车质量和路面的使用寿命，也会增加后期的维修费用和难度。板底脱空产生的原因如下：
（一）基层材料选择不合理
基层材料级配不够合理或细料太多，不耐冲刷，稳定性、防冻性差，容易形成脱空。
（二）接缝、裂缝未及时填封
接缝料损坏或缺失，造成水的浸入。水的渗入使基层材料强度、刚度进一步降低，此时在荷载的作用下，强度较低的路面就会出现比其他部位更大的变形，且很难恢复而形成脱空。浸入的水在荷载作用下在板下流动，冲刷基层表面。在反复的挤压和抽吸作用下，挤水与基层材料中的细料形成泥浆，沿接缝缝隙喷溅而出，使脱空面积进一步增大，形成恶性循环。
（三）水泥混凝土路面自身的缺陷
水泥混凝土路面基层材料的刚度远小于水泥混凝土路面的刚度，在行车荷载的作用下，面层和基层对弯沉变形的恢复不一样，导致面板在荷载离开后恢复原状，而基层残留部分变形无法恢复，因此出现基层与路面板的脱离，形成脱空。日趋增大的交通量和重载、超载车的不断增多，更加剧了脱空病害的产生与发展。
（四）路面排水系统的缺陷
路面排水系统存在缺陷，使本应及时排走的水大量长时间滞留在路面上，势必路面积水会下渗至基层，造成局部基层软化，下沉形成脱空。
（五）路基密实度不足
路基密实度不足，尤其是高填方路段，由于路基填筑材料的不均匀性，造成工后沉降也不均匀，从而形成板底脱空。填石路堤
未振动夯实或路基设计填土高度较低，当两侧为农田或渔塘时，会导致地下水位升高，地下毛细水浸蚀基层使局部强度降低也会出现脱空现象。
（六）自然环境因素的影响
温度和湿度的变化也对面板产生影响，很容易引起板的翘曲变形；为避免过大的温度应力使面板断裂或拱起而设置的纵缝、横缝，随着面板的收缩、膨胀、裂缝也随着张开、闭合，这些都为水的浸入创造了条件。
二 、灌浆技术施工
（一）脱空板的确定
近年来，道路路面脱空检测设备及其相应的检测技术得到了迅速的发展，现在国际上比较常用的方法有：落锤式弯沉仪（FWD）判断法；声振检测法。我国还常用贝克曼梁检测法，除此之外还有：人工敲击法；外观判别法等。
落锤式弯沉仪（FWD）判断法在国外得到了广泛的应用，可方便地测定弯沉曲线，具有测试速度快、精度高、准确率高的优点，是进行混凝土路面弯沉量测的较为理想的设备，但该设备昂贵笨重，操作复杂，需专业人员协助，检测结果需要从原检测数据中提取后，再进行二次判断才能得出，识别率较声振法较低。
声振法是一种快速简便的无损检测方法（如图2）。它具有识别率高 ，造价低，速度快，可操作性强，对交通影响小等特点。其速度至少是FWD的三倍，数据处理快捷水
泥路面脱空检测仪现场可以输出检测结果，并与路线桩号对应。但准确率不如FWD判断法。
贝克曼梁（Benleman Beam，简称BB），即在规定的标准轴载
作用下，路基或路面表面轮隙位置产生的垂直变形值（回弹弯沉），利用载重汽车加载，人工读取百分表的读数，以此来测量路基或路面表面的回弹弯沉值。该方法以人工操作为主，工作强度大、速度慢。
外观判别法和人工敲击法是人工对路面板进行肉眼观察和敲击，根据经验得出脱空范围和程度，但无法对板底进行观察别，这两种方法的缺点是主观性强，很不准确，即使是有经验的工程师也不能避免错判、漏判。
（二）板下灌浆的必要性
在修复水泥混凝土路面时，采用板下灌浆的目的是为了恢复对路面结构的支承。板下灌浆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，板下灌浆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，因为板下灌浆所造成的扰动可能会使弯沉增大。板下灌浆不能矫正沉降，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、裂缝处才进行板下灌浆。
（三）加固机理
在现有混凝土路面设计理论中，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。
（四）浆液材料基本要求
常用的水泥浆材料包括:水泥、粉煤灰、水、外加剂等。将浆体制成7. 07 cm ×7. 07 cm ×7. 07 cm立方体试件,养护7 d 后,
使其抗压强度达到5MPa 以上。制成的浆体应具有良好的可泵性、和易性、保水性,浆体过稠不能均匀布满板底空隙,浆体过稀,干缩性大。在施工中,有时为防止浆体的干缩,浆液中宜掺加一定量膨胀剂。流动度是影响可灌性的主要因素,一般流动度越高,可灌性就越好。由于在现行规范中未对此做明确规定,参照预制梁板压浆施工经验,采用水泥浆稠度试验漏斗（体积1725ml ±5ml） ,以浆体自由全部流完的时间作为流动度来控制（详见《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041 – 2000 附录G – 11） 。其中,在室温条件下,纯水的流出时间为8 s （室内试验结果） ,浆体流动度不应小于16 s ,掺减水剂的浆体可减小到12 s ,流动度最大应不大于26 s。 在施工中,浆体流动度不宜过小,控制在20～26 s之间较好,否则
会产生泌水现象。在标准条件下,不同水灰比、不同材料配比之间的流动度结果及试件强度不同,在相同水灰比情况下,流动性随着水泥与粉煤灰的比例产生变化,同时,粉煤灰比例也影响水泥浆的后期强度,水灰比越大,则浆体的强度会逐渐降低,因此不宜采用过大的水灰比。
（五）灌浆施工
灌浆技术分为水泥灌注法和沥青灌注法,灌浆孔位布设应根据路面板的大小、下沉量大小、裂缝状况以及灌浆机械、灌浆压力来确定,一般为3～5 孔,灌浆孔大小应和灌注嘴大小一致,一般为5cm 左右（如图3）。灌注机械可用压力灌浆机或压浆泵。灌浆顺序应从沉
陷量大的地方开始,由远到近,由大到小。灌浆压力的控制应视混凝土板的损坏及脱空情况具体确定。当浆液从接缝处或另一注浆孔冒出,就可认为完成该孔注浆,即停止注浆,迅速移至另一注孔继续作业。待浆体抗压强度达到3 MPa时,用水泥砂浆堵孔,即可开放交通。
（六）注浆注意事项
通过现场试验总结如下几点注意事项:
1、当混凝土板纵横缝有浆液冒出,继续注浆10～20 s 即应停止。若板底有积水,积水会在压力下从缝隙冒出,并出现冒气泡现象,继续注浆直至停止冒泡且浆液冒出10～20s 即停止。
2、 对于裂缝及板边缘冒浆压强无法上升,则先让浆液凝固后,再重新钻孔注浆。
3、浆液从相邻板缝隙或硬路肩缝隙冒出时 ,立即停止注浆。
4、注浆时发现浆液从压孔、泄气孔、已压孔溢出时应用木塞压紧10 min,拔出木塞具,此孔无须再进行注浆。
5、注浆时应注意高压管前不能站人,防止喷浆伤人。经常检查机械,作好防水、防漏电工作,避免安全事故发生。
6、注浆施工后,必须用清水将各部件、管道冲洗干净。
（七）压浆效果检验与分析
混凝土板底压浆的目的在于填充板底空隙，给板块提供一均匀的支承，减少板的翘动和震动。我们通过以下几种方法检验压浆效果：
1、直观观察压浆前后重型车辆通过脱空板时的运动位移情况（限于压浆前有明显垂直位移的板块），压浆前后对比相当明显，板的翘动、震动幅度明显降低，垂直位移大幅度减小。
2、钻孔取芯检查灰浆充填情况。
3、采用贝克曼梁测弯沉法对压浆板逐块检测板四角弯沉值。
（八）压浆工艺存在的问题
采用注浆技术处治板底脱空是一种新型的预防性养护工艺，其还存在如下一些问题：
1、如何准确地确定空隙的位置和大小，如何鉴定压浆是否充实。
2、压浆处理脱空、断板、错台、沉陷、唧泥等病害具有一定的效果，但通车实践表明，压浆处理过的板块会产生新的以封孔为核心的放射状裂缝，在抬升错台、沉陷板块时，会产生板角翘曲的现象。
3、由于压浆浆液分布不密实，容易产生应力集中点，形成桌腿式支撑和新的空隙。
三 、结 语
灌浆技术作为一种新型的加固技术，可广泛地使用到公路施工其他方面，如：高速公路桥头跳车、软土地基处理、机场路加固等。而且由于其处治质量主要控制指标—弯沉与旧板加铺沥青混凝土面层的设计指标相吻合，具有一定科学性，所以也适用于旧板加罩沥青面层的旧板加固中。大多数破损板本身的质量良好，病害主要是由于下承层造成的。有关资料建议灌浆钻孔深度一般为混凝土板底3～5 cm。传统的“换板”只能改善板本身状态，而板下灌浆通过灌浆压力可把浆液渗透到相邻混凝土板下，起到灌浆一块板加固几块板的作用。
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