石安高速公路位於京珠高速公路K271+345-K487+358km處,是中國中南部進入北京的重要通道,貨物運輸量大。1997年底通車後,部分橋梁、涵洞、通道結構板底出現不同程度脫空。其疾病主要表現為:
(1)引道板處路面出現不同程度的下沈,橋頭處壹側基本不下沈,但與路面相鄰壹側下沈較大,導致引道板與路面連接處出現裂縫,車輛通過時橋頭跳車。
(2)由於板的中間部分是空的,車輛經過時板振動劇烈。有嚴重空隙的帶子已經斷裂;雨雪天,板下積水持續沖刷路基,橋下橋臺沿線可見泥漿湧出。這種病害的存在嚴重影響了結構的穩定性和行車的安全性和舒適性。2003年3月,我們對病害進行了分析,采取了板下註漿的施工方法進行處理,效果很好。
2.空洞形成的原因和影響
2.1橋臺臺背填料不密實。
由於橋臺臺背填料不密實,特別是高填方路段路基填料不平整、不密實,填料在車輛荷載和振動作用下沈降,造成板底脫空。
2.2雨水流入,填料流失
由於接縫養護不及時,雨雪和水進入板下,在車輛荷載的作用下,泵送的漿液和泥漿沿橋臺流出,導致板下路基材料不斷減少,進而形成脫空。
2.3車輛超載的破壞
在車輛荷載特別是超載車輛的作用下,板承受巨大的豎向荷載,不斷補充和壓實板底路基,最終形成脫空。
2.4空隙對搭板的影響
由於水泥混凝土板的抗壓強度高,抗折強度低,對超載的敏感性,壹旦板底脫空,路基會形成不均勻支撐,改變了混凝土板與路基緊密粘結的實際機理,使彈性地基上的彈性薄板的受力模式變為懸臂薄板。在車輛荷載的作用下,過早發生斷裂,而且這種斷裂是不規則的,維修處理起來比較困難。這樣加速了雨水的侵入,加大了空隙面積和深度,進而加大了裂縫。這種反復的動作最終會導致板嚴重損壞,無法行駛。
3.灌漿處理
3.1灌漿處理方法的機理
水泥混凝土板底脫空灌漿處理技術是恢復板底緊密粘結,保證板底均勻支撐的技術措施,具有以下作用和效果:
1)灌漿處理可以豐富板底的空隙,恢復板底的緊密粘結,提高面板的側支撐,使混凝土板的受力狀態符合設計原則,避免混凝土板的過早破壞。
2)由於灌漿材料具有良好的穩定性和強度,漿液在壓力下具有良好的流動性和較強的滲透性,可以提高基層和路基的密實度和水穩性。
3.2灌漿技術施工工藝
3.2.1主要施工機械設備。TXV-100地質鉆機、BW-250/50水泥泥漿泵和JW-180砂漿攪拌機。
3.2.2灌漿孔的布置和鉆孔。灌漿孔的布置以及每塊板中布置的孔的數量和深度直接影響灌漿效果。根據經驗,孔位壹般布置為1m的行距和2m的孔距。石安高速公路為雙向四車道,橋頭搭板壹般長3m,寬10.75m。由於高速公路施工是連續的,緊急停車帶基本不空,所以灌漿孔布置成兩排,橋頭第壹排間距1m,板與路面結合處第二排間距1m,第壹排布置5個孔。壹般鉆穿板後深度為5 ~ 10 cm。註漿花管直徑應為37 ~ 42 mm,長度應為1.5 ~ 2.0m。鉆孔應準確到位,以最小化灌漿孔的傾斜度。
3.2.3灌漿材料和制漿的選擇。板底空穴灌漿是由灌漿泵的壓力推動,通過灌漿管和壓頭將混合填料擠入板底或滲入路基空隙中,因此要求填充的混合料應具有良好的粘結性、高流動性和小收縮性,並要求在灌漿過程中不離析、不泌水。
為了保證灌漿混合料能順利壓入板底,膠結材料要求灌漿混合料具有良好的可泵性和保水性,因此選用保水性好、泌水小的水泥作為灌漿混合料的膠結材料。壹般選用32.5號普通矽酸鹽水泥。
在灌漿混合料中加入適量的外加劑,不僅可以降低成本,而且可以改善灌漿混合料的流動性。粉煤灰是灌漿外加劑的首選,因為它含有大量的空心玻璃微珠,可以解決降低水灰比以提高灌漿硬化材料強度和提高水灰比以改善混合料可泵性之間的矛盾。由於粉煤灰與水泥水化物之間的二次水化,硬化產物更致密、更堅固;由於空心玻璃微珠的吸水性,混合料終凝後,可持續釋放少量水分參與養生,減少收縮;由於灌漿混合物硬化後會收縮,可在灌漿混合物中添加適量膨脹劑。
灌漿混合料稠度過大時,硬化後強度高,但可泵性差,易造成堵管;太薄變硬,收縮量大,達不到貼身的作用。因此,灌漿混合料的配比應根據不同季節確定,壹般采用1:0.33:0.06:0.04(水泥:粉煤灰:水:膨脹劑,質量比)。
制漿步驟:(1)按程序投料,準確測量和掌握漿料性能;(2)漿液應充分攪拌,灌漿前應不斷攪拌,防止其再次沈降,影響漿液質量。
壓力的測定。板底脫空灌漿時壓力過大,會造成漿體在板與瀝青混凝土面層之間流動,造成瀝青混凝土面層起拱或斷裂;太小的話就填不進去。灌漿壓力壹般應控制在0.5 ~ 0.0 MPa。
灌漿。漿液通過註漿設備和漿液管道註入目的層,應采用自下而上的方法,自下而上分段註漿。在灌漿順序上,應先施工邊緣帷幕孔,再施工加固孔。當灌漿壓力達到要求時,應終止灌漿。灌漿過程中,出現隆起或漏漿時應停止灌漿,並分析原因。應在下壹灌漿段減少灌漿量,並檢查封孔裝置和灌漿設備。
4、施工中應註意的問題
1)觀察灌漿孔深度,孔深應根據各孔地層情況適當調整。
2)觀察灌漿順序,根據地層條件、現場條件和灌漿目的進行適當調整。
3)嚴格控制泥漿配合比,註意流量計、壓力表是否完好、準確。
4)灌漿量控制。根據配漿時材料和水的用量,隨時檢查並做好記錄。
5)安全措施。安全標誌必須齊全,高速公路施工連續,難度大,危險性高,安全工作尤為重要。
5.經驗和體會
5.1封堵。若板下有較大的挑檐,應先開橋臺錐坡和護坡,塞石塊減少灌漿量,並防止膨脹,防止漏漿。
5.2灌漿方法。灌漿采用重力流和壓力灌漿相結合的方式進行。灌漿時采用多孔,速度由快至慢,順序為先低後高。壓力視情況而定。單孔灌漿的結束標準是鄰孔自溢流充填,然後在其他孔進行灌漿,保證板下充填,使板有足夠的承載力。
5.3泥漿的選擇和配置。灌漿材料應滿足可註射性、速凝性、固結體強度高等要求。,且漿液配置應為1:0.33:0.06:0.04(水泥:粉煤灰:水:膨脹劑,質量比)才經濟實用。
5.4灌漿工程為地下隱蔽工程,直觀性差,直接定量判斷灌漿效果在技術上有壹定難度。如果註漿施工嚴格按照設計要求和施工規範進行,註漿量和壓力符合標準要求,壹般可以確認註漿效果良好,註漿工程質量能夠得到保證。
在施工過程中,對施工工藝進行了壹些改進,使灌漿技術在處理高速公路通道板底脫空方面更加合理和經濟。灌漿後,重車通過時,板無明顯振動,雨天橋下不湧出泥漿,延長了板的使用壽命,保證了結構的穩定性和行車的安全性和舒適性。
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