浅析高聚物注浆技术在隧道水泥砼板块脱空整治中的应用
来源:用户上传
作者:
摘要：以浙江金丽温高速公路古塘隧道水泥砼板块脱空整治为案例,分析隧道内水泥砼板块脱空病害的形成原因，阐述了高聚物注浆技术在隧道水泥砼板块病害整治施工应用情况，为整治类似病害提供借鉴及参考。
关键词：高聚物注浆隧道水泥砼板块 脱空整治
1、概况
浙江省金丽温高速公路是《浙江省公路水运交通建设规划》确定的“两纵两横十连一绕一通道”公路主骨架中的“一横”，是实现“四小时公路交通圈”的目标任务之一。古塘隧道(K2527+446.637-K2528+131.637)位于金丽温高速公路金华段，隧道长185.00m，端墙式洞口，直墙式单心圆拱断面形式，水泥混凝土衬砌，隧道净宽10.00m，隧道净高5m人行道宽0.75m，路面结构为24cm C40水泥混凝土面层+30cm5%水泥稳定碎石基层+15cm3.5%水泥稳定碎石底基层。该隧道自2002年12月金丽温高速公路建成通车以来，已运营6年多，隧道内水泥砼路面出现不同程度的脱空断板、破碎，影响到高速公路的营运安全。
2、隧道内水泥砼路面板块脱空病害的形成原因
古塘隧道内水泥砼路面的主要病害有裂缝类病害和接缝类病害，裂缝类病害包括横、纵、斜向裂缝、交叉裂缝、断裂板、破碎板等，接缝类病害包括指裂缝的填缝料损坏，唧泥、错台和拱起等。隧道内水泥砼路面与一般公路填挖方路段水泥砼路面不同，受温度、湿度的影响相对较小，类比后分析其水泥砼板块产生裂缝乃至破碎等病害的主要原因为：隧道内水泥砼路面在重车荷载的反复作用下,板下基(底基)层产生累积塑性变形,砼板局部与基层的连续接触性破坏而出现微小的空隙,即板底局部脱空,而路面结构层在施工期间因施工条件的限制，过早的通行加载，以及水泥砼路面板块周边灌缝质量的欠佳，填缝料的损坏，加快了板与基础之间的分离,形成板底脱空。脱空的板块在车辆的反复作用下，一般自板角发展为横向裂缝使板块的整体性破坏，从而基层、底基层进一步被破坏，最终导致水泥砼板块破碎。
3、高聚物注浆技术处理隧道水泥砼板块脱空病害
高聚物注浆技术是通过注射双组分高聚物液体对路基、路面进行维修和加固，与水泥注浆技术和翻修水泥砼板块处理病害的方法相比具有注浆过程方便快捷，不需养生，注浆完成30分钟后即可开放交通；高聚物材料能迅速完成膨胀和固化，有较好的弹性、强度，抗拉伸性能；在施工前后不受潮湿条件的影响，注浆同时可排出路面下层积水，固化后可阻止水的进一步渗透，起到防水效果；自由膨胀比可达20：1，能填充任何脱空和裂缝，同时能对周围的材料进行压密和强化；有良好可控的抬升效果等特点，因此适合高速公路隧道水泥砼板块因脱空引起病害的快速维修，达到消除板底的不均匀支撑状态，填充路面结构脱空或加固路基的目的。其主要的施工过程和施工工艺如下：
3.1水泥砼路面板块脱空的识别
FWD检测技术通过测定在动态荷载作用下路基或路面表面的瞬时变形所产生的动态弯沉及弯沉盆，由此反算路基路面各层材料的动态弹性模量。FWD检测技术能较好地模拟行车荷载的动力作用，是目前被认为较理想的路面无损检测技术,所测结果也可用于评定道路承载能力，调查水泥混凝土路面的接缝的传力效果，探查路面板下的脱空、空洞等。具体的方法是采用落锤式弯沉仪(FWD)结合目测，在行车道右侧轮迹处、测点距裂缝30cm处以50KN的荷载检测弯沉，为高聚物注浆提供技术依据。
FWD测点位置示意图
3.2高聚物注浆处理方案及施工工艺
通过对前期大量FWD检测数据的分析，结合古塘隧道内水泥砼路面病害情况，对平均弯沉值大于200μm的裂缝所在水泥砼板块进行高聚物注浆处理，对破碎水泥砼板块的半刚性基层采用的高聚物控制注浆进行加固处理，同时要求，处理后的板块路面弯沉平均值降低35%以上。
3.2.1标记注浆孔
注浆孔沿行车方向布设，注浆孔距离板边约0.30m。横向孔数为4个，孔距平均分配；纵向孔数为5个，孔距平均分配，如遇到板断裂，在裂缝处增加注浆孔。
3.2.2钻取注浆孔，安装注射帽
古塘隧道路面结构层厚度为69cm，故钻孔深度控制在70cm左右，直至路基顶面。注浆孔直径约1.6cm。根据高聚物注浆技术的研究成果，结合古塘隧道水泥砼板块病害情况，对于贯穿裂缝数量不超过2条水泥砼板块采用安装注浆帽后直接进行高聚物注浆的方法处理病害，对水泥砼板块下的脱空进行填充，有效地改善、加固半刚性基层，同时，在半刚性基层顶面形成隔水层，增强防渗水效果，注浆后不需对裂缝板块进行重新翻修；对于贯穿裂缝超过2条，甚至破碎的水泥砼板块采用将长约50cm的PVC管通过注浆口插入，保证PVC管的管口位于基层中下部，在安装注浆帽后，采用控制高聚物注浆的方法处理病害，通过高聚物材料自身膨胀性，由底向上进行扩散，排除内部泥浆，改善水泥砼板块下基(底基)层本身的整体受力状态，提高半刚性基层的承载力，注浆后需对破碎的水泥砼板块进行重新翻修。
3.2.3实施注浆
用特制的注浆枪以7MPa左右的持续注浆压力将两种高聚物树脂混合物通过注射帽注入注浆孔。根据注浆前板块的平均弯沉值预估注浆时间(持压时间一般控制在1-2min)，原则上按从超车道向路肩方向以Z字形进行注浆，当板块裂缝或周边注浆孔有高聚物冒出时，认为注浆达到预期效果，停止继续注浆。
3.2.4水泥砼路面遗留孔洞的修补
注浆完成1-2分钟后，卸去PVC管上方的模具，用150℃的热沥青对水泥砼路面遗留孔洞进行修补，控制修补时的沥青浇注速度，避免速度过快使空气停留在孔内，影响沥青与孔的粘结状态，导致后期沥青脱落。
3.3高聚物注浆效果检测
注浆完成30分钟后，用FWD落锤式弯沉仪重新检测板块平均弯沉，分析评价注浆效果，当平均弯沉值降低不足35%时，对其进行补偿注浆，直至达到评价标准。对于后期的注浆效果检测也可采用取芯的方式进行评价。如芯样提取困难，也可采用注浆前在注浆有效范围内钻孔来观测注浆的效果。注浆施工过程及“古塘隧道内水泥砼病害板块弯沉及对比评价表”的结果表明高聚物注浆技术对填充隧道内水泥砼板块的脱空，排出路面下层积水，提高半刚性基层的强度，提高路面结构的整体强度有明显的效果。
4、结语
高聚物注浆技术是通过高压注浆机，将高聚物材料迅速灌注到路面结构内部，在路面荷载及高压高聚物材料固化过程中迅速膨胀的综合作用下，达到排除路面结构层空隙积水、填补脱空及防渗水的效果，有效地改善水泥砼板块的板块整体受力能力，具有工艺简捷有效、交通干扰小、恢复通行快等特点，对隧道内水泥砼板块脱空病害发展初期的整治处理有明显的效果，但对水泥砼板块脱空导致的贯穿裂缝较多、破碎等中后期病害，其经济效益需要进一步考量。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-585506.htm
