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摘要：水泥混凝土路面在使用过程中会产生诸多病害，文章分析了水泥混凝土路面脱空病害成因，对面板脱空的确定、灌浆加固机理、材料配置和施工控制实施，到施工完成后灌浆质量的检测方法作了较为全面的介绍。
关键词：水泥混凝土路面；脱空分析；灌浆处治；质量检测
中图分类号：U416.21
文献标识码：A
文章编号：1000-8136(2009)20-0055-03
路面结构设计中，刚性路面主要指水泥混凝土路面，它具有强度高、刚度大、受温度影响小、使用寿命长等优点。但由于交通量剧增，汽车轴载日益重型化或设计、施工等方面的原因，继而出现路面损坏、使用品质下降的情况，严重影响了道路的使用功能。水泥混凝土路面的使用性能在行车和自然因素的作用下，路面病害表现形式较为集中的有唧泥、错台、拱起、胀起、沉陷，水泥混凝土路面板下基层发生不均匀沉陷，致使面板脱空，板下容易积水，及时进行脱空板的检测及处治对延长路面的使用寿命，以及今后加铺黑色面层的使用效果有着重要的意义。
1 水泥混凝土面板脱空形成主要原因
水泥混凝土路面的使用性能在行车和自然因素的作用下，面板脱空和唧泥病害的产生有其内在因素和外界因素：内在因素是基层本身的质量、组成以及砼面板接缝状况；外界因素则是汽车荷载和气候变化。我国路面基(垫)层材料一般都选用稳定类集料，其模量远小于砼面层的模量。水泥砼路面在重车荷载的反复作用下，板下基(垫)层将产生累积塑性变形，使面板的局部范围不再与基层保持连续接触，于是路面板底与基(垫)层之间将出现微小的空隙，即出现了板下局部脱空，或称为原始脱空区。同时温度、湿度的变化，以及板内温度的非线形分布，引起面板向上或向下的翘曲，加速了板与基础之间的分离，形成板底脱空。脱空的出现又为水的浸入创造了条件，当路面接缝或裂缝养护不及时，雨水从破损处侵入基层，渗入的水将在板下形成积水(自由水)。积水与基层材料中的细料形成泥浆，并沿面板接缝缝隙处喷溅出来，形成唧泥。唧泥的出现进一步加剧了板底的脱空。这样周而复始，恶性循环，最终导致路面的损坏。
2 水泥混凝土面板脱空判定
脱空板可采用人工观察法、弯沉测定法等方法来确定。
2.1人工观察法
人工观察法是通过肉眼观察接缝、裂缝、唧泥等情况初步判定脱空。当重车行过，能感到砼板有竖直位移时，或下雨之后，有明显唧泥现象的板块，一般都存在板底脱空现象。这种方法的缺点是主观性强，不能避免错判、漏判。
2.2弯沉测定法
(1)测试工具：采用2台5.4m长杆弯沉仪及BZZ-100标准轴载(后轴轴载为10t)测定车。
(2)测点布设：路面每幅每条横向接缝或裂缝测4个点位，测点在每块面板接、裂缝两侧的4个角点上。
(3)车轮位置：角点处，车轮着地矩形的边缘离纵缝及横向接(裂)缝的距离不大于10cm。
(4)变位感应支点位置，贝克曼梁的变位感应支点尽量接近角部或缝边。不一定要很靠近车轮，特别是没有必要像沥青路面弯沉检测那样将感应支点放在两轮胎之间的空隙处。
(5)相隔两道缝，贝克曼梁的中间支点及百分表支座点。应与变位感应点保持相隔两道接(裂)缝，不得已时也要相隔一道缝。尽可能落在交叉板上，不能落在同一块面板块上。
(6)读数记录：汽车应驶离测点至少5m以上，并且相隔至少一道缝，才能读数；一般就在车轮驶离影响区域后，等待10s以上再报出读数。当百分表读数不稳定时，应耐心等待，直到稳定为止；应在裂缝图上标记测点位置，并记录弯沉值。
(7)判定评定：凡弯沉值超过0.2mm的，应确定为板块脱空。
3 加固机理
砼路面设计理论中，砼板作为是小挠度弹性薄板，其假定条件是面板与地基间完全接触。同时，砼板是一种没有变形的脆性材料，具有较高的抗压强度和低的抗弯拉性能。在正常情况下，面板均匀支承时，无论荷载作用位置，板低应力均匀。而一旦脱空，板角则处由于悬臂状态，在车辆荷载的作用下，应力超过极限而使面板破坏。灌浆技术是通过注浆管，施加一定压力将浆液均匀注入板底脱空部位，以充填、渗透、挤密等方式，注入板底脱空、积水和基层裂隙中，通过凝结和硬化，浆液将原来的松散颗粒或裂隙胶结为整体，形成较高的强度，恢复板体与地基的连续性，改善板底受力状态。
4 路面板下压浆材料的配合比设计
水泥混凝土路面板下封堵的压浆材料，一般由水泥、粉煤灰、砂、外掺剂和水组成。
4.1浆液材料基本要求
为了确保压力压浆的加固效果，要求压浆材料要具有以下特点：一是早期强度高，尽快形成一定的压强度及早通车。二是流动性好。压浆加固是在一定压力下将浆体压人到板下的空隙，若浆体本身黏度大，流动性不好，在压浆过程中不能充分灌入空隙，影响加固质量。三是无离析、无泌水。为保证足够的流动性，压浆材料往往采用了水量较大的配合比，这样使浆体很容易出现离析、泌水和收缩，不仅降低了压浆加固层与水泥混凝土板的黏结，而且大量的泌出水还会渗入到基层材料中，降低基层材料的稳定性，反而会加剧脱空现象。四是无收缩。压浆加固层的收缩将造成与板体和基层之间的黏结减弱，影响压浆加固效果。
4.2压浆材料的配合比设计
水泥：为了提高浆体的早期强度，应选用42.5级或52.5级硅酸盐水泥。
粉煤灰：宜选用干排Ⅱ级粉煤灰。
砂：细度模数为12左右，最大粒径小于0.6mm,含泥量小于1％。
水：应采用饮用水。
少量的早强剂、减水剂、膨胀剂。
参照预制梁板压浆施工经验，不同水灰比、不同材料配比进行水泥浆稠度、强度试验，试验结果见表1。根据试验结果，在施工中采用的浆液配比1：0.7：0.8+0.5％SN-Ⅱ，在取得大流动性的前提下，同时保证了浆液的强度。
4.3施工机具的配备
主要由压浆泵、灰浆搅拌机、胀卡头、水箱和30kW发电机组等组成。
(1)选择压浆泵时，首先考虑泵的压力，应根据灌浆材料不同、管路的长短等因素来确定。水泥粉煤灰作为灌浆材料，压浆泵的初始压力宜为1.5MPa，即15kg/cm2。输送管的管径不大于30m，压浆管管径为64mm，排浆管管径为51mm。
(2)灰浆搅拌机的选择。灰浆搅拌机有两个功能，一是灰浆搅拌，二是灰浆储存，且灰浆储存内设有搅拌轴以防止灰浆沉淀离析。选择设备主要参数：工作效率6m3／h，搅拌轴转速70r／min。
(3)胀卡头和预埋螺帽。胀卡头是压浆管与水泥混凝土板衔接的媒介。胀卡头宜选用最大外径107mm，内径为38mm。为使压浆顺利进行，胀卡头的最小旋紧力矩不得小于120kg·m。
预埋螺帽用环氧树脂涂在螺帽外侧，埋入已钻好的混凝土板孔内，一般可用普通镀锌管加工。螺帽长要小于板块厚度，钻孔的孔径要与螺冒外径相匹配，一般为4cm～5cm。施工时，可将压浆头插入预埋螺帽，旋紧不漏浆即可。
5 压浆施工控制
水泥混凝土路面板下脱空处治，在确定脱空板的位置、范围的基础上。做好灌浆机具和灌浆材料及其配制以后，方可实施板下脱空处治工艺。
(1)孔位布设及钻孔。应根据砼面板尺寸、裂缝状况以及灌浆机械等确定，一般为4-6孔，灌浆孔大小应和灌注嘴大小一致，按标定的位置钻孔，钻孔深度到路基顶面。
(2)压浆。灌浆压力的控制应视砼板的损坏及脱空情况具体确定。用浆泵将拌和好的浆液由浆孔压人，压力控制在0.5MPa～1.0MPa，待浆体由其他孔中或板边挤出时，表明板下空隙已被灌满，应减小压力，并将喷嘴提起，立即用木塞塞孔，防止浆体溢出，至浆体初凝，拨出木塞，用高标号砂浆封孔、抹平；关闭压力泵，将灌浆机移到下一个孔继续灌浆，待一块板灌浆完毕后，再移至其他板块灌浆；在路面外边缘压浆时，控制时间和压力，防止土路肩开裂破坏。
(3)浆液在压浆过程中要不断搅拌，防止水泥浆沉淀与泌水。同时每次投料量应与压浆量大致相当，防止灰浆存放时间过长。
(4)交通控制。压浆完成后的板块，禁止车辆通行，板下浆体经2d～3d的硬化，达到通车强度达5MPa以上后，即可开放交通。
6 灌浆效果检测
(1)现场外观质量评价：包括现场浆体流淌状况、施压过程和灌注过程的连续性、注浆量以及工后养生保护是否符合设计和质量要求。
(2)弯沉测量评价：压浆完成后7天，用同样的仪器在原测设点逐一进行弯沉检测，部分检测结果见表2。
从实验数据来看，处置效果比较满意，而且自通车以来，均未发生异常现象。
7 结束语
灌浆技术作为一种治理混凝土路面病害、及时可行的养护技术，具有成本低、见效快、操作简便，对车辆行驶影响小。受自然因素影响小等优点。可广泛地使用到其他方面，如桥头跳车、软土地基处理加固等，也适用于旧板加罩沥青面层的旧板加固：压浆过程中，严格施工管理，加强施工人员的个人素质及质量意识，提高施工效果。
关键词：水泥混凝土路面；脱空分析；灌浆处治；质量检测
中图分类号：U416.21
文献标识码：A
文章编号：1000-8136(2009)20-0055-03
路面结构设计中，刚性路面主要指水泥混凝土路面，它具有强度高、刚度大、受温度影响小、使用寿命长等优点。但由于交通量剧增，汽车轴载日益重型化或设计、施工等方面的原因，继而出现路面损坏、使用品质下降的情况，严重影响了道路的使用功能。水泥混凝土路面的使用性能在行车和自然因素的作用下，路面病害表现形式较为集中的有唧泥、错台、拱起、胀起、沉陷，水泥混凝土路面板下基层发生不均匀沉陷，致使面板脱空，板下容易积水，及时进行脱空板的检测及处治对延长路面的使用寿命，以及今后加铺黑色面层的使用效果有着重要的意义。
1 水泥混凝土面板脱空形成主要原因
水泥混凝土路面的使用性能在行车和自然因素的作用下，面板脱空和唧泥病害的产生有其内在因素和外界因素：内在因素是基层本身的质量、组成以及砼面板接缝状况；外界因素则是汽车荷载和气候变化。我国路面基(垫)层材料一般都选用稳定类集料，其模量远小于砼面层的模量。水泥砼路面在重车荷载的反复作用下，板下基(垫)层将产生累积塑性变形，使面板的局部范围不再与基层保持连续接触，于是路面板底与基(垫)层之间将出现微小的空隙，即出现了板下局部脱空，或称为原始脱空区。同时温度、湿度的变化，以及板内温度的非线形分布，引起面板向上或向下的翘曲，加速了板与基础之间的分离，形成板底脱空。脱空的出现又为水的浸入创造了条件，当路面接缝或裂缝养护不及时，雨水从破损处侵入基层，渗入的水将在板下形成积水(自由水)。积水与基层材料中的细料形成泥浆，并沿面板接缝缝隙处喷溅出来，形成唧泥。唧泥的出现进一步加剧了板底的脱空。这样周而复始，恶性循环，最终导致路面的损坏。
2 水泥混凝土面板脱空判定
脱空板可采用人工观察法、弯沉测定法等方法来确定。
2.1人工观察法
人工观察法是通过肉眼观察接缝、裂缝、唧泥等情况初步判定脱空。当重车行过，能感到砼板有竖直位移时，或下雨之后，有明显唧泥现象的板块，一般都存在板底脱空现象。这种方法的缺点是主观性强，不能避免错判、漏判。
2.2弯沉测定法
(1)测试工具：采用2台5.4m长杆弯沉仪及BZZ-100标准轴载(后轴轴载为10t)测定车。
(2)测点布设：路面每幅每条横向接缝或裂缝测4个点位，测点在每块面板接、裂缝两侧的4个角点上。
(3)车轮位置：角点处，车轮着地矩形的边缘离纵缝及横向接(裂)缝的距离不大于10cm。
(4)变位感应支点位置，贝克曼梁的变位感应支点尽量接近角部或缝边。不一定要很靠近车轮，特别是没有必要像沥青路面弯沉检测那样将感应支点放在两轮胎之间的空隙处。
(5)相隔两道缝，贝克曼梁的中间支点及百分表支座点。应与变位感应点保持相隔两道接(裂)缝，不得已时也要相隔一道缝。尽可能落在交叉板上，不能落在同一块面板块上。
(6)读数记录：汽车应驶离测点至少5m以上，并且相隔至少一道缝，才能读数；一般就在车轮驶离影响区域后，等待10s以上再报出读数。当百分表读数不稳定时，应耐心等待，直到稳定为止；应在裂缝图上标记测点位置，并记录弯沉值。
(7)判定评定：凡弯沉值超过0.2mm的，应确定为板块脱空。
3 加固机理
砼路面设计理论中，砼板作为是小挠度弹性薄板，其假定条件是面板与地基间完全接触。同时，砼板是一种没有变形的脆性材料，具有较高的抗压强度和低的抗弯拉性能。在正常情况下，面板均匀支承时，无论荷载作用位置，板低应力均匀。而一旦脱空，板角则处由于悬臂状态，在车辆荷载的作用下，应力超过极限而使面板破坏。灌浆技术是通过注浆管，施加一定压力将浆液均匀注入板底脱空部位，以充填、渗透、挤密等方式，注入板底脱空、积水和基层裂隙中，通过凝结和硬化，浆液将原来的松散颗粒或裂隙胶结为整体，形成较高的强度，恢复板体与地基的连续性，改善板底受力状态。
4 路面板下压浆材料的配合比设计
水泥混凝土路面板下封堵的压浆材料，一般由水泥、粉煤灰、砂、外掺剂和水组成。
4.1浆液材料基本要求
为了确保压力压浆的加固效果，要求压浆材料要具有以下特点：一是早期强度高，尽快形成一定的压强度及早通车。二是流动性好。压浆加固是在一定压力下将浆体压人到板下的空隙，若浆体本身黏度大，流动性不好，在压浆过程中不能充分灌入空隙，影响加固质量。三是无离析、无泌水。为保证足够的流动性，压浆材料往往采用了水量较大的配合比，这样使浆体很容易出现离析、泌水和收缩，不仅降低了压浆加固层与水泥混凝土板的黏结，而且大量的泌出水还会渗入到基层材料中，降低基层材料的稳定性，反而会加剧脱空现象。四是无收缩。压浆加固层的收缩将造成与板体和基层之间的黏结减弱，影响压浆加固效果。
4.2压浆材料的配合比设计
水泥：为了提高浆体的早期强度，应选用42.5级或52.5级硅酸盐水泥。
粉煤灰：宜选用干排Ⅱ级粉煤灰。
砂：细度模数为12左右，最大粒径小于0.6mm,含泥量小于1％。
水：应采用饮用水。
少量的早强剂、减水剂、膨胀剂。
参照预制梁板压浆施工经验，不同水灰比、不同材料配比进行水泥浆稠度、强度试验，试验结果见表1。根据试验结果，在施工中采用的浆液配比1：0.7：0.8+0.5％SN-Ⅱ，在取得大流动性的前提下，同时保证了浆液的强度。
4.3施工机具的配备
主要由压浆泵、灰浆搅拌机、胀卡头、水箱和30kW发电机组等组成。
(1)选择压浆泵时，首先考虑泵的压力，应根据灌浆材料不同、管路的长短等因素来确定。水泥粉煤灰作为灌浆材料，压浆泵的初始压力宜为1.5MPa，即15kg/cm2。输送管的管径不大于30m，压浆管管径为64mm，排浆管管径为51mm。
(2)灰浆搅拌机的选择。灰浆搅拌机有两个功能，一是灰浆搅拌，二是灰浆储存，且灰浆储存内设有搅拌轴以防止灰浆沉淀离析。选择设备主要参数：工作效率6m3／h，搅拌轴转速70r／min。
(3)胀卡头和预埋螺帽。胀卡头是压浆管与水泥混凝土板衔接的媒介。胀卡头宜选用最大外径107mm，内径为38mm。为使压浆顺利进行，胀卡头的最小旋紧力矩不得小于120kg·m。
预埋螺帽用环氧树脂涂在螺帽外侧，埋入已钻好的混凝土板孔内，一般可用普通镀锌管加工。螺帽长要小于板块厚度，钻孔的孔径要与螺冒外径相匹配，一般为4cm～5cm。施工时，可将压浆头插入预埋螺帽，旋紧不漏浆即可。
5 压浆施工控制
水泥混凝土路面板下脱空处治，在确定脱空板的位置、范围的基础上。做好灌浆机具和灌浆材料及其配制以后，方可实施板下脱空处治工艺。
(1)孔位布设及钻孔。应根据砼面板尺寸、裂缝状况以及灌浆机械等确定，一般为4-6孔，灌浆孔大小应和灌注嘴大小一致，按标定的位置钻孔，钻孔深度到路基顶面。
(2)压浆。灌浆压力的控制应视砼板的损坏及脱空情况具体确定。用浆泵将拌和好的浆液由浆孔压人，压力控制在0.5MPa～1.0MPa，待浆体由其他孔中或板边挤出时，表明板下空隙已被灌满，应减小压力，并将喷嘴提起，立即用木塞塞孔，防止浆体溢出，至浆体初凝，拨出木塞，用高标号砂浆封孔、抹平；关闭压力泵，将灌浆机移到下一个孔继续灌浆，待一块板灌浆完毕后，再移至其他板块灌浆；在路面外边缘压浆时，控制时间和压力，防止土路肩开裂破坏。
(3)浆液在压浆过程中要不断搅拌，防止水泥浆沉淀与泌水。同时每次投料量应与压浆量大致相当，防止灰浆存放时间过长。
(4)交通控制。压浆完成后的板块，禁止车辆通行，板下浆体经2d～3d的硬化，达到通车强度达5MPa以上后，即可开放交通。
6 灌浆效果检测
(1)现场外观质量评价：包括现场浆体流淌状况、施压过程和灌注过程的连续性、注浆量以及工后养生保护是否符合设计和质量要求。
(2)弯沉测量评价：压浆完成后7天，用同样的仪器在原测设点逐一进行弯沉检测，部分检测结果见表2。
从实验数据来看，处置效果比较满意，而且自通车以来，均未发生异常现象。
7 结束语
灌浆技术作为一种治理混凝土路面病害、及时可行的养护技术，具有成本低、见效快、操作简便，对车辆行驶影响小。受自然因素影响小等优点。可广泛地使用到其他方面，如桥头跳车、软土地基处理加固等，也适用于旧板加罩沥青面层的旧板加固：压浆过程中，严格施工管理，加强施工人员的个人素质及质量意识，提高施工效果。