热沥青注浆修复旧水泥混凝土路面脱空的效果评价.pdf

s 一⋯一s◎ 热 沥青 注浆修复 1日水 泥混凝 土路 面脱 空 的 效 果 评 价 黄 琴龙 ，余路 ，袁远 ， 杨壮 ( 同济大学 道 路与交 通 工程 教育 部重 点实 验室 ， 上 海 2 0 0 0 9 2 ) 摘要 ： 通过 室内试验 、 数值模拟 、 现场试验相结合 的方法 ， 对 热沥青 注浆修 复 旧水 泥混凝 土路 面脱空效 果进行 了全 面的评价 。结 果表明 ， 热沥青 注浆修复技术能有效消除 旧水泥混凝 土路 面脱 空 ， 改 善脱空 处应力 状态 ， 明显 降低路 面开裂 的概率 ， 较水 泥基注浆 是一种更好 的旧水泥混凝 土路面脱空修复技术 。 关键词 ： 热沥青注浆 ；旧水 泥混凝 土路面脱空 ； 修复效果 ； 评价 0 引言 我 国水 泥混 凝 土路 面受 大量重 载 、 超载 影 响 ， 往往 会 产生 大 面积板 底 或半 刚性 基 层 脱 空 ， 进 而 造 成路 面 开裂 、 破碎 、 唧泥 等 损 坏 ， 严 重 影 响 道路 寿命 。作 为 旧 水 泥混 凝 土路 面 养 护 的 主要 方 法 ， 水 泥 基 注 浆 技 术存 在凝固时间长 、 强度增长慢、 易沉降析水等问题u ， 无 法满足现今快速恢 复交通 的要求 ， 而热沥青注浆技术 凭借 冷却 即能 恢复 交通 、 注 浆体 性能 稳定 等 优 点 ] ， 较 水泥 基注 浆技 术有 更好 的应 用前 景 。 对于注浆修复脱空效果 的评价 ， 有室 内试件法 、 数 值模拟法 、 现场无损检测法等方法， 然而这些评价方法 均有不足 。室内试件法和数值模拟法无法准确模拟浆 材在 道路 结 构 中 的真 实 工 作 环境 ， 现 场 无损 检 测 法 不 能探 究 多工 况条 件下 浆材 修 复效果 的评 价 。为 避 免单 一 评 价方 法 的局 限性 ， 本 文通 过 室 内试 件法 探 究修 复 效果影响因素 、 数值模拟法分析力学响应 、 现场无损检 测法验证修复效果相结合 的方式 ， 全面评价热沥青注 浆 修复 旧水 泥 混凝 土路 面脱 空 的效果 1注浆材 料 特性 本 研 究选 用 上 海 路 桥 集 团提 供 的 热 沥 青 注浆 材 料 ， 其 针人 度 为 0 ． 5 1 mm， 软 化点 为 9 2 ． 0℃ ， 使用 布 氏 黏度计 测 定其 在 不 同 温度 下 的黏 度 ， 绘 成 黏 温 曲线 如 图 1所 示 。从 图 中可 以看 出 ， 热 沥 青 注 浆材 料 的 黏 度 随着温度的升高而迅速降低 ， 当温度超过 1 5 0℃时 ， 热 收 稿 日期 ： 2 O 1 5 一 O 4 — 2 8 基金项 目：上 海 市 科 学 技 术 委 员 会 科 研 计 划 项目 ( 1 2 2 3 1 2 0 1 2 0 3 ) 、 “ 十 二 五” 国 家科 技 支 撑计 划 课 题 ( 201 3 BAF07 B07) 沥青 浆材 的黏 度 始终低 于 常规水 泥基 注浆 材料 的黏度 1 2 0 0 mP a S ， 较水 泥基 注浆 材料 具有 更好 的流 动性 ； 当温 度 达到 2 0 0℃ 时 ， 沥青 浆材 的黏 度 为 1 4 5 mP a S ， 表 现 出极佳 的流 动 性 ， 更 能 满 足 注 浆 过程 中浆 材 充 满 脱 空部 位 的要求 。 日 堍5 2 5 8 《 20 9 5 ＼， 2 3 8 ⋯ ～ 。 。2 4 8 l 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 o0 温度／ ℃ 图 1 热沥青注浆材料粘温 曲线 为比较热沥青浆材和水泥基浆材 固态时的工作性 能 ， 本文 采用 热 沥青 注浆 材 料 和 水 泥基 注 浆 材 料 制 成 咖 4 0 4 0 mm 圆柱 体 试 件 进 行 无 侧 限抗 压 试 验 。 由 试验 结果 可 知 ， 水 泥基 注浆 材料 为脆 性材 料 ， 当应 变 达 到 0 ． 0 6时 即发生 破 坏 ， 抗 压强 度为 1 7 ． 0 MP a ， 而热 沥 青 注浆 材料 为非 脆性 材料 ， 当应变超 过 0 ． 5 5时 依 旧不 发 生破坏 ， 此 时 的应力 为 4 ． 0 MP a ， 且 呈增 大趋 势 。这 充 分说 明热 沥青 注浆 材料 在具 备一 定强 度 的前 提下 具 有 更好 的 可变形 性 ， 可 在修 复 脱 空 的同 时延 缓 旧水 泥 混 凝土 路 面 的疲 劳破 坏 。 2 室 内试 件法 评价 修 复效果 2 ． 1 弯拉 试验 室内试件法可用来探究多工况下热沥青 注浆修 复板 N 。 ． 2 2 0 1 5上冯么咯 1 咖 咖 咖咖。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ◎⋯⋯ G— s 大改 善 ， 能有 效 地 降 低 因板 底 脱 空 而 造 成 路 面板 开 裂 的可 能性 。 4 现 场无 损检 测法 评价 修复 效果 上海建 设 机场道 路 工程公 司第 一分 公 司厂 区水 泥 混 凝 土 道 路 面 层 厚 度 为 2 2 c m， 三 渣 基 层 厚 度 为 2 0 c m， 因长期承受重型运输车辆作用 ， 部分路 面板块 出现 裂缝 、 唧 泥现 象 。选 取 脱 空 的 水 泥 混凝 土板 块 进 行热沥青注浆修复现场试验 。主要注浆工序包括 ： 路 面开 孔 、 沥 青热 熔 、 清扫 洒 水 、 沥 青 注浆 、 停 住 封 孔 、 养 护等 。采 用 梅 花 型 布孔 形 式 ， 即混凝 土 板 的 4角 和 中 心各 钻一 个孔 ， 钻孔 深 度为 5 0 c m。为 提 升 注浆 效 果 ， 清除进入注浆孔 的垃圾、 打孔残渣等。为便于后期沥 青的清理 ， 对孑 L 周边进行洒水 ， 随后进行沥青注浆。沥 青注 浆施 工温 度 为 2 0 0℃ ， 注浆 压 力 0 ． 1 ～ 0 ． 4 MP a 。 当注 浆 压 力 大 于 0 ．5 MP a 或 单 孔 注 浆 时 间 大 于 1 ． 5 mi n ， 停 止 注浆 。 现今我国公路设计及养护指标 中重要的参照值 为 路表弯沉值， 本文亦采用 弯沉值对热沥青注浆修复效 果进 行评 价 。弯沉测 试 是常 用 的无损 检测 方法 。现 阶 段 国 内 外 弯 沉 检 测 方 法 主 要 有 贝 克 曼 梁 弯 沉 仪 和 F WD 弯沉车 ， 其 中 F WD弯 沉 检 测 设 备 操 作 简 便 ， 效 率高 ， 应用广泛， 故采用 C a r l B r o F WD 弯沉车进行弯 沉测试。测试分为两个 阶段 ， 第一 阶段是注浆修 复前 对 旧路 面弯沉 测试 ， 第 二个 阶段 是在 注浆施 工结 束 l d 后进行弯沉测试 ， 两次测试点位保持一致 。F WD弯沉 车动 力荷 载设 置 为 5 0 k N， 现 场测试 及 测点 布置 如 图 5 所示 。现场试 验结 果见 表 5 。 研究 人员 对 于弯沉 指标 判定 水 泥路 面脱 空做 了大 量 的研 究 ， 主 要 有 单一 弯 沉 值 法 、 弯沉 比法 等 ， 本 文 采 用两 者 相 结 合 的 方 式 ， 即 当 水 泥 路 面 弯 沉 值 大 于 0 ． 2 mm与“ 板边弯沉／ 板 中弯沉>2 ． 0 ” 则认为该板块 脱 空[ ) 。 由表 5可 知 ： 热 沥青 注 浆修 复后 ， 板 中 、 板 边 路表弯沉均降低 了， 降低的幅度分别为 4 、 2 8 ． 6 ～ 3 4 ， 其 中板 中 弯沉 降低 幅度低 于板 边弯 沉 ， 路 面板 脱 空 经热 沥青 注浆 修复 后 弯沉值 均 小于 0 ． 2 mm； 热 沥青 注浆修 复后 ， 板边 ／ 板 中 弯沉 比分别 从 3 ． 3 4 、 3 ． 8 9降为 2 ． 4 8 、 2 ． 6 5 ， 降 低 幅度 为 2 6 ～ 3 2 。以上 分析 说 明 ， 热 沥青 注浆 能有 效地 改 善 旧水 泥路 面脱 空 现象 。研 究 表 明【 ： 水泥 路 面脱 空 区域 一般 处 于板边 或 板 角 区域 ， 而板 中 区域脱 空 量 较小 ， 因 此 热 沥青 注 浆 后 水 泥 路 面 板 中弯沉 值变 化不 明显 。 4上冯 么咯 N 。 ． 2 2 0 1 5 ( a ) C a r l B r o F WD弯沉 车 相邻板 测试 板 3 l 3 o 2 板接缝 o— —测试点 ( b ) 测 点 布 置 注 ： 1 一 板 边 ， 2板 中 ， 3 一 板 角 。 图 5弯 沉测 试 表 5现 场 试 验 结 果 注浆前弯沉 ／ “ m 注浆后 弯沉 ／ l t m 试验板块 板 中 板 边 板 中 板 边 1 51 ． 3 1 7 1 ． 2 4 9 ． 3 l 2 2 ． 4 2 5 9 ． 1 2 2 9 ． 2 5 7 ．1 1 5 1 ． 3 5 结 语 ( 1 ) 基 于室 内试件 法 ， 通过 设计 热 沥青 注浆 修 复 脱 空 室 内试验 ， 对 在 不 同脱 空率 下 热 沥 青 注 浆 修 复脱 空 的能力 进行 了 试 验 。试 验 结 果 表 明 ： 热 沥 青 注浆 技 术 能有效 加 固脱 空部 位 ， 能 大 幅提 高脱 空 部 位 的弯 拉 强 度 和 承受 变形 能力 ， 相 较 水 泥基 注 浆 技 术 有 更 好 的 修 复效果 。 ( 2 ) 基于数值模拟法 ， 通过建立沥青注浆修复路面 板 脱 空计算 模 型 ， 分 别 对 板 边脱 空 和板 角脱 空 两 种 典 型工 况进 行修 复效 果 力 学 响 应 分 析 。分 析 结 果 表 明 ： 板底 脱空 的 旧水 泥混 凝 土 面 板 在 进 行 沥 青 注 浆 修 复 后 ， 路面板 弯 沉和 弯拉 应力 均 明显减 小 ， 应 力 状 态得 到 较大 改善 ， 路 面板 开裂 概率 大 幅降低 。 ( 3 ) 基 于 现场 无损 检测 法 ， 对 厂 区水 泥混 凝 土路 面 进 行 热沥 青 注浆 修 复脱 空 现 场试 验 ， 通 过 注 浆前 后 厂 ( 下转 第 2 O页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ◎⋯ —Ys 从 表 4的对 比可 以看 出 ， AS S HT O 规 范相 比国 内 规范对于道路最大纵坡的规定更加具体 。根据道路功 能定位、 地形、 设计速度等取值， 有利 于设计人员根据 具 体 的情况 进 行 设 计 ， 有 利 于 降低 造 价 。美 规 对 于低 等级 道路 在 山岭地 形 的最 大纵 坡 可 放 大 至 1 7 ％ ， 远远 大 于我 国规 范 对 于 设 计 时 速 为 2 0 k m／ h的最 大 纵 坡 值 9 ， 对于山区低等级低交通量公路 ， 采取较大的纵 坡 值 更能 够 因地势 而修 建 ， 减 少 土石方 填挖 量 。 4工 程实例 厄瓜 多 尔某水 电站 由 中 国电 建 集 团 总承 包 ， 该 电 站 位于 亚马 逊雨林 腹 地 ， 其 中 2 O多 k m 的进 场 公 路 要 穿越 亚 马 逊 雨 林 。 根 据 合 同签 署 ， 进 场 路 设 计 时 速 4 0 k m／ h ， 采 用美 国 AS S HT O 规范 进行 设 计 。设 计 人 员 通过 翻译 研究 AS S HTO 《 公 路 与城市 道 路 的几 何 设 计 》 ， 制 定 了进场 公 路 平 面 线形 的设 计 标 准 ， 制 定 设 计 准 则并 得到 了 国外咨 询 的批 准认 可 。主要 指 标 如 表 5 所示 。 表 5进 场 公 路 路 线 限 值 指标 AS S HTO 国内规范 设计 时速／ k m h _ 1 4 0 最 小 圆 曲线 半 径 ／ m 4 1 6 O 不设超高 的最小 圆曲线半径／ m 8 0 0 6 0 O 道路横坡／ 1 ． 5 1 ． 5 缓 和曲线长度／ m 2 2 3 5 最 大纵 坡 ／ 7 7 由于 A S S HTO规 范对 于低 等 级道 路 指 标 的 宽 泛 性 ， 采 用美 规设 计 的该 道 路 不仅 得 到 了 国外 咨询 公 司 的认 可 ， 且 在满 足使 用标 准 的前提 下 降低 了工 程 造价 ， 给 国内总 承包单 位 创造 了经 济效益 。图 1为该 进 场道 路毛路 基 开通后 照 片 。 图 1 进 场 道 路 毛 路 基 开 通 5 结语 ( 1 ) 掌 握 AAS HTo 规 范 是 我 国工 程 单 位 进 入 欧 美 地 区路桥 设计 市场 所必 需 的 。 ( 2 ) 在 道 路 设计 速 度 小 于 4 0 k m／ h时 ， AAS HTo 规 范 中的路 线平 面指 标 相 比 国内规 范更 宽 松 ， 这 样 在 设计低等级公 路时 ， 采 取美 国规 范更灵活 ， 能够 降低 造 价 。 ( 3 ) AAS HTO规 范 的各 种 规 定 值 非 常具 体 ， 有 利 于设计 人 员根 据 实 际情 况 进 行 设 计 ， 我 国 的规 范 相 对 规定 比较 简单 死板 ， 以后 的发 展方 向应 该 是像 AAS H— T O 这样 ， 在考 虑 更 多 的影 响 因 素 前 提 下 给 出道 路 设 计 取 值范 围 ， 以供设 计 者灵 活采 用 。 参 考文 献 ： [ 1 ]A AS HTO A P o l i c y On G e o me t r i c D e s i g n o f Hi g h w a y s a n d s t r e e t s 2 o o 4 E s 3 ． E 2 3 J T G D 2 0 — 2 0 0 6公路路线设计规范 E s 3 ． ( 上 接 第 4页) 区道 路路 表 弯沉 值 的对 比 ， 对 热 沥 青 注 浆修复旧水泥混凝土路面脱空的效果进行 了评价。试 验结 果 表 明 ： 热 沥青 注 浆 能 有 效 改 善 旧水 泥 混 凝 土 路 面 的脱 空现 象 ， 对板边 脱 空 的加 固作用 十分 明显 。 参考 文献 ： [ 1 ]陈新年 ， 谷 拴 成．微 细 或 超 细水 泥 类 注 浆材 料 及 其 性 能 E J ] ．西安矿业学 院学报 ， 1 9 9 9 ( S 1 ) ： 9 1 — 9 4 ． [ 2 ]赵卫全 ， 张金接 ， 符平 ， 杨晓 东．改性 沥青灌 浆堵 漏试 验研 究[ J ] ．铁道建筑技 术 ， 2 O l 1 ( 9 ) ： 4 3 — 4 7 ． 2 0上冯 么姥 N 。 ． 2 2 0 1 5 E 3 ]J T G E 5 1 — 2 0 0 9 ， 公路工程无机结合料稳定材料试验规程[ s _ ． E 4 ]陈南． 沥青路 面半 刚性基 层底脱 空响应及 判识方法 [ D] ． 同 济 大 学 ． 2 O 1 4 ． [ 5 1谭悦．机 场水 泥混 凝土道面脱空响应及判定方法[ D ] ． 同济 大 学 ． 2 O 1 1 ． [ 6 1张宁 ， 钱振 东 ， 黄卫．水泥混凝土路面板下 地基脱 空状况 的 评定与分析E J ] ．公路 交通 科技 ， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 4 - 7 +2 1 ． [ 7 ] J T J O 7 3 ． 1 ． 2 0 O l 公路水 泥混 凝土路面养护技术规范 [ s ]， 北 京 ： 人 民 交 通 出 版 社 ， 2 0 0l _ [ 8 ]韩西 ， 陈上 均 ， 钟 厉 ， 王 骑．砼 路 面 板 脱 空检 测 方 法 综 述 I J ] ．重庆交通学院学报 ， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 7 3 7 6 +1 0 1 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m