水泥混凝土路面错台原因分析及处治方法

水泥混凝土路面错台原因分析及处治方法 水泥混凝土路面错台原因分析及处治方法

肖益民,王之妍

(1.安徽省高速公路总公司,安徽合肥230088;2.安徽省公路勘测设计院,安徽合肥230041)

摘要:水泥路面使用中后期,路面接缝传荷能力下降,在环境因素影响下易形成错台病害,严重影响路面使用寿命.文章结合我

国目前水泥混凝土路面的现状,分析水泥路面错台产生的主要原因,并提出相应的处理措施,为水泥路面结构设计,施工控制及水

泥路面预防性养护提供参考.

关键词:水泥路面l错台;传荷能力;处治

中圈分类号:U416.216文献标识码:A文章编号:1673-5781(2007)04—0632—03 错台是水泥路面主要病害之一,除在设计与施工

方面控制外,在养护中应采取相应的处治对策,针对 这种病害采用破除修补法难度大,且费工费时,养护 费用高,如接缝处设置传力杆以提高接缝传荷能力, 板底脱空及时压浆,错台磨平或人工凿除,加强预防 性填缝等措施,养护速度快,养护成本降低,能够延长 路面结构的使用寿命,达到路面养护预期效果. 1错台成因

1.1设计与施工因素

基层设计中,基层应能起到防止或减轻错台病害

的产生,缓解土基变形对路面影响.在水泥路面结构 设计时,基层常采用粒料基层和半刚性稳定基层.未 经结合料处治的粒料基层包括开级配的砂砾,碎石 等,这种结构层排水性能良好,但施工时如果达不到 规定的压实度时,很难满足重交通量的要求.如安徽

省高河一界子墩高速公路部分路段基层采用级配碎 石,营运5年后局部出现错台现象,平均错台量在 8mm,最大错台量28mm.半刚性基层选用水泥,石 灰,粉煤灰等结合料处治砂砾,碎石,它具有强度高, 变形小的优点,可满足重交通的要求.但在路面使用 过程中,经观测,半刚性基层水泥路面错台是混凝土 路面最主要病害之一,产生这种病害的根本原因是基 层材料级配,板底存在自由水,重车荷载的反复作用. 研究表明,基层结构的级配中,细集料含量(通过 0.075mm筛孔尺寸的细料)偏高时,极易导致唧泥, 产生错台.因此,在基层施工中,应该严格控制 0.075mm细料的通过百分率,塑性指数及液限.我 国早期高等级水泥路面对基层细集料含量控制的认 识存在偏差,导致出现错台现象严重.如合肥一南京 高速公路(安徽段),路面基层采用水泥稳定粒料,颗 粒组成0.074mm筛孔通过百分率(%)为O,36,塑 性指数<12,明显不能满足目前规范:颗粒组成 0.074mm筛孔通过百分率(%)为O,7,塑性指数< 6要求口],导致唧泥,错台严重现象.

在重交通水泥路面板设计中,由于施工难度接缝 处均未设置传荷装置,在路面使用初期由于假缝的啮 合作用,接缝传荷能力较高,但在路面使用中后期,温 度变形引起混凝土胀缩,翘曲,降低了假缝的啮合作 用,传荷能力急剧下降.在重车的反复作用下导致错 台的产生.环道实验研究表明假缝传荷能力最低,下 降速度最快,初值为6O%,加载40000次后下降至 5O%【2].设置传力杆后,它作为路面结构的一部分显 着提高了结构承载能力.调查显示设置传力杆后能 够显着降低错台量,是没有设置传力杆的二分之一,

并且传力杆直径增大,错台量下降.并且传力杆设置 与传力杆直径对错台量影响见表1,表2啪所列. 裹1传力杆对错台?影响mm

收稿日期:2007-04—09

作者简介:肖益民(1965一),男,安徽桐城人,博士生,安徽省高速公路总公司高级工

程师.

632'工程与建设l2007年第21卷第4期 裹2传力杆直径与错台量的关系mm 0.7 2.2 2.6 0.3 0.6 2.1 1.4 1.7 0.3 0.6 1.1

1.2环境因素的影响

水泥路面存在大量接缝,当接缝,裂缝养护差时, 雨水不可避免沿接缝,裂缝处渗入基层,在高速行车 作用下产生高压水,反复对基层表面冲刷,基层细料 和水一起从面板接缝或裂缝处挤出,形成板底不均匀 支撑,错台等病害.混凝土材料具有不可塑性,当温 度发生变化时产生明显体积变化,路面将由此产生膨 胀和收缩变形.

日温差引起翘曲变形,导致面板的翘 曲和拱起;季节性温差引起板的胀缩变形,当接缝宽

度变宽时,在重复荷载作用下,不均匀支撑的无筋面 板最终产生断裂,破碎,错台等,严重影响行车舒适, 导致混凝土路面表面使用品质下降.

1.3交通量与轴载的影响

交通量与轴载是路面产生错台的最重要因素,交 通量大,重车比例高,超限车辆多,则错台越严重.为 了预测错台的发展趋势必须对交通量与轴载进行调 查调查时利用当地交通量观测站的观测和统计数 据,获取日,年平均日货车交通量并换算成标准轴载 次数,推算远景交通量,作为选择传荷装置传力杆直 径的依据.

2错台处治方法 2.1传荷装置的设置

(1)传荷装置:传荷装置含传力杆,固定架.见 图1所示.传力杆应光滑,涂有环氧树脂涂层,接缝 伸缩时,传力杆能水平移动.传力杆直径选择2.8, 3.6cm,传力杆长度50cm.传力杆布置,每个轮迹 3,5根.

一壶图1传荷装置布置图

(2)传荷装置的施工:在接缝位置进行放样切 槽,切槽深度为板厚的1/2,切槽长度70cm,切槽宽 度8,10cm,切槽布置为每个轮迹3,5个,离最外 边缘30cm左右.切槽可采用切缝机与风镐共同作 业,破除完毕后对条形槽进行清理,涂刷粘结剂,然后 放置固定架并对固定架进行调平,安装传力杆.固定 架高出槽底2,3cm,固定架必须保持稳定. 传荷装置完成后对条形槽内浇注细粒式混凝土, 然后采用平板式振捣器振实,整平收光.在施工过程 中严禁使用插入式振捣器以防扰动传荷装置.混凝

土抗压强度与面板的抗压强度相同,为加快施工进度 混凝土中可以加入早强剂.条形槽混凝土强度达到 抗压强度80%时可以开放交通.由于条形槽面积很 小,不需要对条形槽混凝土表面进行抗滑处理. 2.2压浆技术与工艺

(1)压浆位置的判别.可采用雷达探测,板块振 动与错台状况目测及弯沉测试等方法.目测人为因 素干扰较大.雷达探测费用较高,同时,板底空隙与 板厚相差的数量级大,雷达探测不能反映板底局部面 貌.通过实践,采用弯沉测试与雨天停止后2,3d 目测接缝两侧唧泥现象,以及错台量测的结果等联合 确定压浆的位置较为实用,方便.经验证明,接缝处 的弯沉值(百分表)大于30时,两侧堆积有细料,错台 小于10mm,通过压浆工艺处理效果较好. (2)浆体的材料组成及技术要求.路面压浆是 通过压浆泵将浆体(胶凝材料)材料压人板底及基层 空隙中.常用的水泥压浆材料包括:水泥,粉煤灰, 水,外加剂等.在提前开放交通的要求下应加入早强 剂.水泥宜采用425普通硅酸盐水泥或粉煤灰硅酸 盐水泥,粉煤灰宜采用二级或二级以上优质粉煤灰. 粉煤灰能够增加浆体的流动性及浆体硬化的后期强 度.由于浆体是固化于板体与基层问的填充物,因此 浆体必须要满足相应技术要求,通过掺外加剂满足性 能.强度:将浆成7.07cmX7.07cmX7.07cm

的立方体试件,标准养护7d,其抗压强度应达到3, 5MPa,否则在面板与基层之间形成夹层,在荷载作 用下,固化后的胶凝材料易破碎.水灰比与稠度:浆 体应具有良好的流动性,浆体过稠不能均匀布满板底 空隙,浆体过稀,干缩性大.在施工中水灰比应控制

在0.4,0.45,浆体的稠度由流动度控制,流动度应 控制在4,6S.为了增加浆体的流动性,应加入适量 的二级或二级以上的粉煤灰取代水泥.收缩性:为防 止浆体的干缩,浆体中应增加微膨胀剂,浆体硬化后 的收缩率不大于2%.保水性:浆体在板底流动中, 部分水分被干燥基层吸收,影响浆体流动,因此应加 入适量高分子保水剂.在压浆施工中,为防止浆体的 (1-程与t设'2007年第21卷第4期633 ?

泌水,应控制浆体的泌水率,拌和物3h的泌水率不 大于1%.早强剂:在高速公路压浆过程中,应加入 相应的早强剂,以便提前放行.

(3)压浆施工工艺.压浆最基本设备包括钻孔 机,浆体拌和机和压浆泵.压浆工艺首先是布孔,钻 孔,孔径为5cm.布孔的位置与数量与板块尺寸有 关,通常情况下采用3,5孔.压浆时应控制压浆泵 压力,经验表明,最大压力控制在1.5MPa,并停留 3,5rain,效果良好.压浆的顺序从沉降量大的地方 开始,由远到近,由大到小,直到达到预定的高度为 止.压浆完毕后用砂浆填补钻孔.为增加板底浆体 流动性,可在面板上采用振动设备振动.浆体自调制 到压入板底的延续时间视气温状况而定,一般不宜超 过45,60rain.浆体在压入板底前和压注过程中应 持续搅拌以防止沉淀.

(4)压浆注意事项.?压浆板块断裂:压浆过 程中,板块会出现断裂,造成原因有:压浆泵压力过 大,造成面板拱起,在基层约束下,引起面板断裂;压 浆次序不当,根据施工实践,当错台面板抬升高度达

到0.5mm,应换下一孔压浆,如此反复压,直到面板 抬升到相应的高度为止.否则,当一次压浆板块高度 抬升0.6mm时,极易形成断板.?面板与基层间 过量压浆,可能在实际上造成新的病害,过量材料泵 入混凝土板底引起面板和原有基层的脱离接触,结果 局部将产生高的应力集中.?翻浆是路基土壤含水 量过大,路面整体强度降低,在荷载作用下,接缝处冒 出泥浆.路基土的含水量基本饱和,采用压浆工艺处 理此类病害效果很不明显,通常应采用其它措施治 理.如路肩处增设盲沟排水,对路基顶面重新处理以 提高路面整体结构强度等.?二次压浆应控制压浆 量,以防止过压.同时二次压浆的浆体硬化强度应比 第一次压浆强度高,否则,在面板与基层之间易形成 夹层.

2.3错台的磨平,人工凿除浇筑混凝土

错台位置在行车作用下,产生巨大的动力效应, 加速路面结构性破坏,因此对错台应进行磨平或人工 凿除浇筑细粒式混凝土.

在错台磨平或人工凿除之前,要求对接缝传荷能 力进行恢复,板底脱空进行压浆处理.磨平或人工凿 除处理结束后,接缝重新填缝.

错台磨平应采用专用的磨平机,从错台最高点开 始扩展,边磨边用3m直尺找平,直至相邻两块板 634t工程与建设'2007年第21卷第4期

齐平.

错台人工凿除浇筑混凝土是人工凿除错台下沉 板3,5cm深,清理后涂刷粘结剂,浇筑细粒式混凝 土.混凝土强度达到设计强度后开放交通. 由于我国目前养护手段比较落后,错台处理主要

采用人工凿除浇筑混凝土或直接更换面板的方法,养 护速度慢,费用高.因此,专用错台磨平机在养护工 程中有着广阔的前景.

2.4面板更换修复

严重错台面板,降低行车舒适,影响行车安全,采 用其它处理方法,不能根本解决病害.可以采用面板 更换处理.面板修复的程序为:破除(基层出现病害 要进行处理)一废料运输一新拌混凝土的浇筑一振捣 一收光一养生.

设置传力杆时,在传力杆布置前应将水泥砂浆注 入钻孔,然后将钢筋打入,以减少钢筋松动引起接缝 边缘的破碎.现浇混凝土必须达到规定抗折强度的 80%才能放行.对于通行路段的维修,为及时开放交 通,混凝土中必须加入早强剂,如JK-24型早强剂,该 材料可保证换板在48h内可开放交通,由于水泥混 凝土干缩性较大,应特别注意后期养护,以免产生干 缩裂缝.修补好的混凝土要求表面平整,美观,无坑 洞和气泡,骨料粗细分布均匀,缝沿密实.混凝土修 补完毕后,应在新老混凝土路面交接部分按正常切缝 要求位置切缝,灌入填缝料.

3结束语

错台是水泥路面使用中后期主要病害之一,产生 的根本原因为行车荷载,环境因素,基层状况因素以 及接缝的传荷能力下降等.错台导致路面使用品质 下降,加速路面破坏.在养护工作中,增设接缝传荷 装置,板底压浆,磨平是解决错台病害的主要手段,并 延长路面的使用寿命,节省大量的养护资金.我国早 期高速公路,一级

公路水泥路面由于施工因素,缩缝 处均未设置传荷装置,导致接缝养护难度大,雨水与

超限车辆加剧了错台的发展趋势. (参考文献]

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[3]OlgaSelezneva,JaneJiang,shirazD.Tayabji,PreliminaryEval— uationandAnalysisofLtppFaultingData-FinalReport,FHWA— RD-00-076,June2000.