淺析灌漿技術(shù)在舊水泥路面瀝青罩面中的應(yīng)用
摘要：結(jié)合104國道舊水泥路面瀝青罩面改造工程，對瀝青罩面層產(chǎn)生反射裂縫的機理和在瀝青罩面改造工程中灌漿加固應(yīng)用情況進行了詳細的分析和介紹，并從經(jīng)濟的角度評價了舊水泥路面通過灌漿加固后進行瀝青罩面改造的可行性。
關(guān)鍵詞：灌漿加固,舊水泥路面,防治,瀝青罩面層,反射裂縫
水泥混凝土路面由于它具有強度高、剛度大、受溫度影響小、使用壽命長等優(yōu)點，在上世紀(jì)八十年代我國中小城市路網(wǎng)和公路路網(wǎng)建設(shè)中占有很大比重。進入2l世紀(jì)以來，隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展和城市建設(shè)品位的提高，很多水泥路面需要改造，如何合理和經(jīng)濟地改造路況較好、線型又符合城市規(guī)劃的舊水泥路面擺在了每一位城市建設(shè)者面前，而在舊水泥路面上加鋪瀝青層有著施工方便、對交通影響小、開放交通快的優(yōu)點，成了大家的首選方案，但由于舊水泥路面中接縫、裂縫的存在，往往瀝青層加鋪不久，在接縫和裂縫處就出現(xiàn)了很多反射裂縫，這些反射裂縫在自然環(huán)境和車輛荷載的反復(fù)作用下，逐漸加寬，嚴(yán)重影響了路面的使用壽命，因此，在舊水泥路面上加鋪瀝青層的改造方案在業(yè)界還存在不少爭論。筆者結(jié)合104國道瀝青加鋪改造工程的建設(shè)，將工程情況和灌漿加固情況介紹如下。
一、工程情況
104國道改造工程位于紹興老城區(qū)西面，全長1656米，老路建于1997年，機動車道寬16.OOm，板厚240MM，是紹興老城區(qū)連接中國輕紡城柯橋的主要通道。近年來，隨著城區(qū)面積的擴大，這段國道已逐漸變成城市道路，原來的路幅和路面結(jié)構(gòu)已不能適應(yīng)城市的發(fā)展，需拓寬改造�？紤]該水泥路面建成時間短、水泥路面路況較好，今后經(jīng)過該路段的超重車輛又不多的情況，逐決定利用舊水泥路面，采用先對脫空板塊進行灌漿加固再鋪瀝青層的改造方案，罩面瀝青層厚11cm，改造后機動車道為雙向六車道，寬為24.OOm。工程自2003年4月開工，于2003年10月完工，到目前已完工通車二年多了，整條路除在原紹興漓諸鐵路兩側(cè)高填方路段(樁號為0K+900～1K+110)發(fā)現(xiàn)5處橫向裂縫和該地段東半幅新舊路拼寬接縫處出現(xiàn)縱向裂縫外，其余地段沒有發(fā)現(xiàn)一條裂縫。
二、瀝青罩面層反射裂縫形成機理
從加鋪層反射裂縫的擴展模式看，主要有二種，一是溫度應(yīng)力所對應(yīng)的張開模式，二是行車荷載對應(yīng)的剪切模式。具體形成機理如下：
1.行車荷載的作用
按照車輛荷載作用在接縫處位置不同，分二種情況進行結(jié)構(gòu)層的受力分析(為分析的方便，我們通稱水泥路面中的縱向縫、橫向縫、裂縫為接縫)：
(1)車輛荷載通過瀝青加鋪層作用在水泥砼路面接縫一側(cè)位置。此時，由于接縫的影響，作用在接縫一側(cè)板塊上的力不能像非接縫處一樣能將力完全傳遞給接縫另一側(cè)的相鄰板塊，這樣，在接縫兩側(cè)的相鄰板塊所受的力出現(xiàn)了差異，導(dǎo)致在力作用的瞬間，接縫兩側(cè)將出現(xiàn)錯臺。如對于沒有加鋪層的普通水泥路面而言，出現(xiàn)這樣的錯臺，除了在高速行車時略感不舒適外，對路面結(jié)構(gòu)并不產(chǎn)生大的不利影響，但對水泥路面加鋪瀝青層結(jié)構(gòu)而言，卻可使路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大的不利影響，主要是因下層水泥路面出現(xiàn)的錯臺，導(dǎo)致瀝青加鋪層在接縫處處于擠壓剪切狀態(tài)，要承受較大的擠壓剪切力。當(dāng)這擠壓剪切應(yīng)力于瀝青砼的抗剪強度時，瀝青加鋪層就開裂，產(chǎn)生皮射裂縫;
(2)當(dāng)行車荷載通過瀝青加鋪層作用于水泥路面接縫正上方位置。此時，接縫兩側(cè)的相鄰板塊所受的力基本上是相等的，兩側(cè)板塊的板端也將產(chǎn)生基本一致的豎向位移，導(dǎo)致產(chǎn)生錯臺。但如果當(dāng)接縫處舊水泥路面下的地基基礎(chǔ)較差時，接縫處相鄰水泥路面板塊將產(chǎn)生較大彎沉，可使接縫上的瀝青加鋪層失去下層結(jié)構(gòu)的支撐，產(chǎn)生“脫空”，這“脫空”使瀝青加鋪在接縫處產(chǎn)生了較大彎曲變形，導(dǎo)致加鋪層底將承受比非接縫處大得多的彎拉應(yīng)力。若此彎位應(yīng)力超過瀝青砼的抗彎拉強度時，同樣也可使瀝青加鋪層底開裂、擴展，產(chǎn)生反射裂縫。
2、溫度應(yīng)力的作用
眾所周知，瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應(yīng)力松馳性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過大的溫度應(yīng)力，但當(dāng)氣溫大幅度下降時，瀝青材料存在冷脆現(xiàn)象。故在寒冷的冬季，瀝青砼和水泥砼作為兩種不同的材料，其收縮和膨脹系數(shù)不一，存在裂縫的舊板塊的位移使得直接在裂縫上的面層內(nèi)產(chǎn)生大的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變，而這時瀝青面層出現(xiàn)了冷脆現(xiàn)象，它只能承受小的拉應(yīng)力或拉應(yīng)變，因此，容易被拉裂，并且裂縫的擴展途徑是由下至上的。瀝青面層的厚度愈薄，反射裂縫形成的愈早和愈多。
通常認為，溫度應(yīng)力引起的反射裂縫可通過適當(dāng)增加罩面層的厚度和增設(shè)土工布過渡層來控制，同時溫度應(yīng)力引起的反射裂縫在新修的瀝青路面中也是普遍存在的，故在舊水泥路面瀝青罩面改造工程中重點是防治行車荷載對應(yīng)的反射裂縫。
三、灌漿加固情況
1、灌漿加固機理
針對舊水泥路面出現(xiàn)的唧泥、脫空和基層承載力下降的情況，通過彎沉檢測，確定板塊脫空的位置，并對相應(yīng)板塊布設(shè)2-5個灌漿孔，通過注漿機械施加一定壓力，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)人工控制一段時間后，漿液將原來的松散顆�；蛄严赌z結(jié)為整體，形成一個良好的“結(jié)石體”，達到加固基礎(chǔ)、提高基層的承載力，減小對應(yīng)部位瀝青罩面層在荷載作用下的豎向位移，防治罩面層剪切型反射裂縫的目的。
2、采用板下灌漿加固板塊的確定
采用板下灌漿加固主要是針對脫空板，而碎裂、錯臺嚴(yán)重的板塊在罩面前需挖除作補丁處理。脫空板一般可采用人工觀察法、彎沉測定法等方法來確定，人工觀察法是通過肉眼觀察接縫、裂縫、唧泥等情況初步判定脫空，當(dāng)重車行過，能感到砼板有豎直位移時，或下雨之后，有明顯唧泥現(xiàn)象的板塊，認為是脫空;這種方法的缺點是主觀性強，即便是經(jīng)驗的工程師也不能避免錯判、漏判。彎沉測定法是測試板角彎沉，如果超過某一限值，即認為存在脫空，我國交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路水泥砼路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》(JTJ073.1—2001)(以下簡稱《規(guī)范》)中也明確規(guī)定水泥砼面板脫空位置的確定可采用彎沉測定法。
在104國道紹興市區(qū)西大門改造工程中，主要采用彎沉指標(biāo)來確定脫空板。首先由技術(shù)人員對所有舊板進行初步檢查、編號，發(fā)現(xiàn)碎裂、錯臺嚴(yán)重的直接作挖除處理，其余再采用彎沉指標(biāo)作進一步檢查，測點宜選取橫縫及縱縫附近的位置。彎沉檢測采用兩臺5.4m長桿彎沉儀及BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載測定車，檢測點分主點、副點，主點位于板橫縫前10cm，加卸載，副點在橫縫后10cm，無荷載。將一臺彎沉儀置于主點，即測定車的輪隙中間，另一臺彎沉儀置于副點處，分別測定主、副點彎沉，右輪處于縱縫30cm左右。根據(jù)我國公路修建狀況和檢測儀器的實際情況，有關(guān)專家推薦凡彎沉值超過0.2mm的，應(yīng)確定為面板脫空。在本路段，采用雙指標(biāo)控制，即主點彎沉大于0.2mm或差異彎沉大于O.06mm的，均認為板底可能出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。
3、漿液材料
常用的水泥漿材料包括：水泥、粉煤灰、水、外加劑等。漿體抗壓強度應(yīng)在5Mpa以上，同時應(yīng)具有良好的可泵性、和易性、保水性，漿體過稠不能均勻布滿板底空隙，漿體過稀，干縮性大。 在施工中，筆者認為為防止?jié){體的干縮，漿液中宜摻加一定量膨脹劑;另外，流動度是影響可灌性的主要因素，一般流動度越高，可灌性就越好，但由于在現(xiàn)行規(guī)范中未對此做明確規(guī)定，參照預(yù)制梁板壓漿施工經(jīng)驗，采用水泥漿稠度試驗漏斗(體積1725ml±5m1)，以漿體自由全部流完的時間作為流動度來控制(詳見《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ041-2000附錄G-11)。在灌漿前先進行了配比試驗，得出了在標(biāo)準(zhǔn)條件下，不同水灰比、不同材料配比之間的流動度結(jié)果及試件強度，筆者認為漿體流動度不宜過小，控制在20s左右較好，否則會產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。
4、灌漿技術(shù)的實施
孔位布設(shè)根據(jù)砼面板尺寸、裂縫狀況以及灌漿機械等確定，一般呈對角線布置2-5孔。灌漿順序從沉降量大的地方開始，由近到遠，由大到小。灌漿壓力的控制應(yīng)視砼板的損壞及脫空情況具體確定，一般當(dāng)漿液從接縫處或另一注漿孔冒出，就可認為完成該孔注漿，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。
5、灌漿效果評定
灌漿后，應(yīng)在7d齡期后，再次測量主點彎沉值和副點彎沉值。當(dāng)主點或差異彎沉值均低于設(shè)計控制值時，可認為灌漿效果已經(jīng)達到。從檢測資料可看出，主點和差異彎沉值均低于0.2mm和0.06mm的控制值，原砼面板通過灌漿提高了板底承載力。
四、經(jīng)濟效益評價
灌漿處治舊水泥砼路面并進行瀝青罩面的改造方案與以往“換板”新修瀝青路面的改造方案相比最大的優(yōu)點就是利用原路面板，其直接成本隨板塊脫空情況的不同而不同，一般介于30-50元/m2左右，“換板”新修瀝青路面每平方米成本一般需150元左右，與后者相比，前者的直接成本明顯低。灌漿處治舊水泥砼路面并進行瀝青罩面的改造方案，可以說具有成本低、見效快、操作簡便、對車輛行駛影響小、受自然因素影響小等優(yōu)點，同時也符合目前全社會提倡的建設(shè)節(jié)約型社會的要求。
五、結(jié)語
l、通過104國道紹興市區(qū)西大門舊水泥路面瀝青罩面改造工程，可以看出舊水泥路面通過灌漿加固達到了防治瀝青罩面層反射裂縫的目的，灌漿技術(shù)在舊水泥路面瀝青罩面改造中應(yīng)用在技術(shù)上和經(jīng)濟上都是可行的。
2、在高填方地段，針對新舊路面拼接處易出現(xiàn)裂縫的情況，擬重點抓好拓寬路基的填筑質(zhì)量，必要日輛拓寬路基進行軟基處理，以減小新老路基的沉降差，防治拼接處的裂縫。
3、軟基上的高填方地段，由于軟弱層的壓縮變形，路基永遠是不穩(wěn)定的，該地段瀝青罩面層容易發(fā)生反射裂縫，如何防治有待進一步研究。
參考文獻
[1] GB50092-96《瀝青混凝土路面施工驗收規(guī)范》.
[2] JTJ041-2000《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》.
