路面脱空范文（精选7篇）
路面脱空 第1篇
1 水泥路面脱空形成的原因及检测方法
1.1 路基的不均匀支承
水泥混凝土上面层具有很大的刚度,对路基的强度要求不高。因此,在路基支承均匀的情况下,面层板可直接设在路基上。然而,车轮荷载作用于路面上时,面层板会产生弯沉变形。由于板的弯沉会使路基产生一定量的塑性变形,板在荷载驶离后恢复原状,而路基则残留这部分塑性变形不能恢复原状。虽然荷载每次作用后路基所残留的塑性变形量很微小,但数百万甚至数千万次作用后累积量并不小。荷载作用于路面板上不同部位时,所产生的弯沉量不同,板角隅处大于板边缘处,而板中部的量最小。由于不同的部位板的弯沉量有差异,路基累计塑性变形量也不同,在板角隅下为最大,板边缘下次之,板中部下最小。这样,在板角隅和板边缘处就形成了板底同路基顶面间的脱空。脱空使板失去了部分支撑,使板内的弯拉应力显著增加。
1.2 自由水的作用
水泥混凝土路面存在接缝(有时还有裂缝)和自由边缘,路基因降雨等原因,存在自由水。此时,在车轮荷载作用下,路面板与基层之间会产生高压水流,从而侵蚀基层表面,形成冲刷作用。在车轮荷载作用下,含有基层材料的颗粒成分的压力水从路面板的接缝或裂缝处喷出,通常称为唧泥。这种现象一旦发生,路面板就会局部失去基层的支承作用而产生断裂及错台。降水会沿缝隙下渗,并积滞在上述脱空区内。车轮驶过时,后方板的边缘或角隅先向下弯沉,将脱空区内积滞的水挤向前方,而后车轮行驶到前方板上时,又将水挤向后方。行车速度越快,积滞水受到挤压的前后流动速度越高。路基材料在高速水流的作用下很容易受冲刷,而积滞水也变成了含有细料的泥浆。在车轮和面层板弯沉变形的作用下,泥浆沿接(裂)缝自由边缘冒出。泥浆冒出,意味着路基受冲刷,细粒土不断被带出,造成脱空区扩大,板的支承条件更加恶化,在荷载作用下极易产生裂缝(纵、横向)直至破坏。
1.3 水泥路面脱空的检测方法
传统的脱空评定方法有:1)外观评定法;2)实测弯沉与理论计算弯沉比较评定法;3)驶近、驶离板角弯沉比较法等。但是这些方法均很难快速确定板下脱空的位置。当前比较适合的方法为落锤式弯沉仪(FWD)检测法与路用探地雷达(GPR)无损检测法,两者都有简便实用、具有现场、快速、无破损等特点。GPR检测法相比FWD检测法更具有可连续性检测的特点,同时两者可进行比较来评定刚性路面板下的脱空状况。
另外,根据路用探地雷达的特性及工程实际应用,其用于检测混凝土板下脱空有以下几个方面的优点:1)检测效率高:车载天线1个工作日可检测单幅300 km的路面;2)检测判断的准确度高:由于混凝土板和空气的介电常数差异较大,探地雷达可以比较容易地判断出脱空位置,并可以避免人为误差,用于判断混凝土板下的脱空具有较高的准确度;3)可以实现连续检测:由于探地雷达检测速度快、操作简单,克服了常规检测方法的局限性,可以实现连续检测,适宜于混凝土路面的预防性养护和维修工程。
2 采用检测设备简介和脱空识别原理
2.1 路用雷达简介
路用探地雷达(GPR)通过天线向地下发射高频脉冲电磁波,波在地下传播过程中遇到不同电性介质界面时发生反射,由接收机接收被反射的回波,并由计算机进行数据分析和成像处理(如图1所示)。GPR能连续作业,快速检测(行车速度可达60 km/h),检测内容丰富,是极具潜力的路面无损检测设备。
2.2 脱空识别原理
由于水泥混凝土板下基层与底基层之间要求有一定的脱水性,当基层脱水性不好时,板与基层之间就会积水,逐渐形成充水脱空。有时基层透水性虽好,但颗粒级配比不合适,细颗粒会被下渗雨水带走,从而形成充空气脱空。下面对应用GPR来进行检测与对空气脱空的情况进行分析。
GPR进行脱空识别主要利用了空洞对其反射信号的影响,如图2所示,左图表示刚性路面面板下存在脱空,右图为反射波形,反射波A来自混凝土—空气的界面反射,反射波B来自空气—基层的界面反射,反射波C是A和B的叠加结果,GPR图形显示中最终得到的是波形C。由于A,B的反射系数是一正一负,导致两反射波相位发生翻转,在基层界面雷达反射波为一负反射波。
3 数据分析及检测结论
此次采用美国生产PenetradarIRIS-L路面雷达系统对某高速公路水泥路段主车道进行脱空检测。雷达测试车测试的过程中,测试车前左、右轮迹各安装一个频率为750 MHz雷达天线。测试车后右轮迹安装500 MHz雷达天线,其中副驾驶侧为1号天线,司机侧为2号天线,后侧为3号天线。通过路面雷达软件及脱空判定方法对检测数据进行分析,确定某高速公路水泥路段的脱空位置,对检测分析数据进行统计见表1。
由表1可以得到以下初步结论:1)经过两年来的通车运行,该高速公路水泥混凝土路面局部路段出现了轻微脱空病害,全线水泥板脱空病害占水泥路段22.51%;2)左右幅脱空情况相差不大,右幅略大于左幅,其中右幅为23.82%,左幅为21.21%;3)脱空病害在各水泥路段中分布不均,脱空较多的路段为左幅K117+500～K121+500(31.75%),右幅K0+000～K18+000(30.72%),K117+500～K121+500(30.25%);4)脱空病害连续长度一般在20 m～300 m的范围内,其中右幅K15+940～K17+435存在较多的脱空病害,且相隔较近,因此整段作为脱空路段考虑。
4 结论及建议
水泥混凝土路面脱空灌浆治理研究 第2篇
水泥混凝土路面 (也称为刚性路面) 作为高等级路面的主要形式之一, 适合于车流量大、荷载重的交通状况, 具有强度高、稳定性好、使用寿命长、养护费用少等诸多优点, 现已广泛应用于机场道面、国道、省道和城市道路等众多公路。
经过几十年的发展, 我国在水泥混凝土路面结构的设计理论和施工技术等方面取得了较大的进步, 但是从刚性路面的使用状况看, 大多难以达到20年～30年的设计使用年限, 早期使用损坏现象比较普遍, 且混凝土面板一旦破坏后, 将波及周边板块, 其发展速率很快, 修复较为困难。大量工程实践表明, 混凝土面板在实际使用中的破坏可归纳为:冲刷—唧泥—脱空—破坏。
对于已脱空的水泥混凝土路面必须及时采取修补措施, 以防止板体出现断裂和破碎。压浆就是一种常用的修补手段, 它具有快速方便、经济实用、对交通影响小等优点;灌入的浆体在板下硬化后, 可以恢复板体与基层的连续性, 有效的改善板体的受力状态。
常用的压浆材料分为有机类、无机类及有机类和无机类的复合物, 目前应用较多的是无机类压浆材料, 主要是水泥浆类, 无机类压浆材料已在道路工程中广泛采用, 并取得了一定的效果。
1 浆液配比设计
1.1 砂浆流动性试验和离析试验
压浆砂浆需要有较大的流动性且不离析、泌水, 因此, 首先应确定砂浆的水灰比。通过砂浆稠度试验和离析、泌水试验, 可得到, 当砂浆水灰比在0.4～0.5的情况下, 砂浆的流动性较好且离析、泌水指标较好。
1.2 砂浆强度试验
在对路面进行压浆治理后, 为了满足道路的通行要求, 一般要求在12 h～16 h开放交通, 因此, 灌浆砂浆应具备一定的早期强度。在砂浆中需要加入早强剂, 通过试验可得, 当在砂浆中加入水泥含量8%～15%左右的早强剂时, 砂浆早期强度可得到满足。
1.3 砂浆收缩试验
为了保证灌浆后水泥面板均匀饱满, 因此要求砂浆不能过分收缩, 不然很容易造成板底的再次脱空。通过试验, 在砂浆材料里加入水泥掺量1%左右的膨胀剂时, 能保证砂浆不收缩且有微膨胀的性能。
1.4 确定粉煤灰用量
粉煤灰的加入可以减少水泥用量、降低成本, 同时也可以改善浆体的和易性和收缩性能, 并有利于长期强度的增加。但是发现粉煤灰的加入会使浆体的稠度增加、流动性下降, 为了保证浆体的流动性不变, 通过反复试验得知:当粉煤灰在粉煤灰与水泥总量中所占的比例增加时, 可以通过单位体积用水量的适当增加来保证浆体流动性的基本不变。
由于粉煤灰的加入减少了单位体积中的水泥用量, 因此使浆体的早期强度迅速下降, 当粉煤灰掺量超过50%, 浆体静置后会出现较严重的泌水现象, 并且表面会漂浮着一层碳粉, 这是由于粉煤灰颗粒呈玻璃球状, 泌水速度较快, 并且粉煤灰中常含有一定量的碳, 这些都将影响浆体的性能。故应综合考虑各种因素和实际情况, 确定粉煤灰与水泥的比例。
1.5 砂用量的确定
水泥与砂子的用量之比, 在一定范围内对浆体的流动性没有明显影响, 但通过试验发现, 当砂子与水泥用量之比大于0.3时, 浆体的流动性不受砂用量的影响;但当砂子与水泥用量之比小于0.3时, 由于水泥用量过大或水灰比过小, 使浆体的流动性明显下降;当砂子与水泥用量之比大于0.6时, 静置一段时间后, 会发生明显的离析泌水现象。
砂子的加入有利于减少水泥用量, 减少浆体的收缩。但由于砂子的加入, 使单位体积中的水泥用量减少, 相应的水灰比增加, 因此使浆体的早期强度会明显的下降。为了保证浆体的早期强度, 以利于早期通车, 同时也为了避免出现离析泌水现象, 应控制砂子与水泥的用量之比。
通过以上试验, 可以得到砂浆的推荐配合比为:水泥 (粉煤灰) ∶水∶砂∶早强剂=1 (0.3) ∶0.4∶0.4∶0.1。保证砂浆有较好的流变性能且有一定的强度, 满足灌浆后在板底传递荷载的作用。
2 灌浆工艺
2.1 脱空位置判定
根据《公路水泥混凝土路面养护技术规范》的要求, 水泥混凝土面板脱空位置的确定可采用弯沉测定法:用5.4 m长杆弯沉仪, 即相当于BZZ-100重型标准汽车, 弯沉仪测点与制作不应放在相邻两块板上, 待弯沉车驶离测试板时, 读取百分表值。凡弯沉超过0.2 mm或两相邻板弯沉差超过0.06 mm时, 即确定为面板脱空。通过对路面板弯沉的检测, 用油漆标示出需要压浆的板块。也可采用FWD弯沉仪进行弯沉测量。弯沉检测位置如图1所示, 通过弯沉检测, 获得板角弯沉 (主点) 和接缝两侧的弯沉差 (主点弯沉-副点弯沉) 。
2.2 钻孔
灌浆孔布设应根据路面板的尺寸、下降量大小、裂缝大小挤压将机械确定, 根据《公路水泥混凝土路面养护技术规范》进行布设。
1) 钻孔位置:板角为一块水泥板中受力最不利的位置, 一般唧泥、脱空首先是出现在板角, 因而对于完好的仅有轻微或中等程度裂缝的水泥板块, 只需要在嵌缝料已脱落或接缝处有错台的板角处钻孔、灌浆即可。钻孔位置一般距边角40 cm～60 cm, 每块板钻数一般为5个, 当有严重裂缝及有沉陷但沉陷量不大的严重破碎板, 除其板角处有脱空外, 裂缝位置一般也存在脱空, 因而在裂缝处板块沉陷一侧靠近裂缝位置也应钻孔灌浆, 另外, 当面板的下沉量偏大, 裂缝偏多时, 应考虑压浆孔加密, 以便得到更好的压浆效果, 当钻孔位置选定后, 就用钻孔机在混凝土面板上钻孔, 孔大小与灌浆嘴胀卡头直径一致。2) 钻孔深度:根据路面板下弯沉及脱空的具体情况确定。板底脱空由于成因不同, 因此脱空的部位也不同, 主要存在两个界面:混凝土与基层顶面间和基层底部与底基层顶面间。两个脱空有单独存在也有并存的, 而且都具有明显的脱空表现特征 (错台、重车通过的时候有空鼓声等) 。为了保证灌浆效果, 应钻穿路面结构层, 钻至路基层。为使灌浆工作连续进行, 施工人员用钻孔机在水泥面板上标定的位置处提前连续钻孔, 孔径与压降头直径相匹配。每孔钻完后, 取出混凝土芯。可用空气压缩机或压浆泵通过装卡密封对其脱空板底压入空气, 将孔中的混凝土碎屑、土等杂物清除干净, 并保持孔内干燥。
2.3 灌浆
借助膨胀螺栓的原理, 采用可完全重复使用的自胀式灌浆头, 它能够通过上端紧固装置的紧固而膨胀, 使灌浆头能够与灌浆孔孔壁紧密贴合, 以达到固定灌浆头和密封的效果, 这种装置装卸方便, 能够很大的提高工效。
灌浆顺序:先板角、边, 后板中;多块板时, 先路肩侧, 然后向路中推进。
用灰浆泵从搅拌机汲取浆液, 经过泵压后进入高压胶管注入水泥混凝土板底, 逐步增大灌浆压力, 当增加到某一压力出现浆液注入量增加较大时需保持这一压力, 稳定一段时间, 以利于浆液在压力作用下充分填实脱空部位, 最后卸压。当发现浆液从压过或未压过的钻孔溢出的时候, 应及时用木塞堵住冒浆孔, 待卸压后拔出木塞, 此孔不再灌浆;当浆液从纵横缝处溢出时, 应用麻丝堵住并稳压2 min后卸压, 此时视为压满。
当出现下列情况之一时停止压浆:1) 浆液不断从混凝土板接缝或相邻注浆孔中冒出时;2) 灌浆泵泵压持续上升超过2.5 MPa时;3) 路面板在灌浆时上升达2 mm。
2.4 养生
灌浆完成后继续控制交通, 为保证浆液凝固后强度的增强, 灌浆处治过的面板禁止车辆通行。一般需养生3 d。气温较低时, 适当延长养护时间。待强度满足要求后开放交通, 在灌浆面板经过72 h后, 对灌浆效果进行质量检验。
3 结语
1) 水泥混凝土路面出现脱空的主要原因是:当水泥混凝土路面嵌缝料失效后, 水通过水泥面板进入路面基层, 当路面板承受行车荷载时, 水对路面基层材料产生冲刷, 引起并加剧路面脱空;2) 灌浆材料要求流动性好, 强度高, 且有微膨胀性、早强性等优点;3) 灌浆材料中加入粉煤灰能够增强浆液的流动性;并通过减少水泥用量达到节约工程造价的目的;4) 灌浆治理混凝土路面脱空是一种有效的方法。
摘要：通过对水泥混凝土路面脱空的理论分析, 进行了压浆材料配合比研究, 在此基础上提出理想的浆液配合比指标, 进而对灌浆工艺及质量检验标准进行总结, 说明对水泥混凝土面板进行灌浆能够有效治理脱空, 从而延长道路寿命, 得出了一整套用于治理水泥混凝土路面脱空的技术。
关键词：水泥混凝土,路面,脱空,灌浆
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水泥砼路面唧泥和脱空病害探讨 第3篇
唧泥和脱空病害的产生有两种原因即:内在因素和外界因素, 内在因素是基层本身的质量、组成以及混凝土面板接缝状况;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, 其模置远小于混凝土面层的模量。水泥混凝土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, 使混凝土板的局部范围不再与基层保持连续接触, 于是水泥混凝土路面板底与基 (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 面板脱空的判断方法
(1) 人工观察法。人工观察法就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, 能感到混凝土板有竖直位移时, 或下雨之后, 有明显唧泥现象的板块, 即认为是脱空。此种方法的缺点是主观性强, 即便是有经验的工程师也很难避免错判、漏判。
(2) 弯沉测定法。弯沉测定法是测试板角弯沉, 如果超过某一限值, 即认为存在脱空。我国交通部行业标准《公路水泥混凝土路面养护技术规范》0TJ073.1-2001) 中也明确规定水泥混凝土面板脱空位置的确定可采用弯沉测定法。
3 采用压浆技术对脱空与唧泥病害进行维修
(1) 压浆处治技术的原理。压浆处治技术是通过压浆处治, 使板底脱空充实, 恢复密实, 达到改善面板的支撑状况, 并改善基层与路基的密实度跟水稳定性, 从而加强基层的稳定性, 延长路面的使用寿命。
(2) 浆体的要求。普通硅酸盐水泥42.5:粉煤灰:水:JK一24:铝粉=l∶0.6∶0.7∶0.16∶0.001。按照比例先将水泥与粉煤灰加入砂浆搅拌筒内进行搅拌15s, 然后加JK一24及铝粉继续搅拌15秒, 最后加水搅拌。浆体不能过稠也不能过稀, 过稠了无法均匀的布满板底的空隙, 过稀了干缩性大, 必须有良好的可泵性与保水性以及和易性。加料其间要不停搅拌使浆液均匀, 再把浆液送入搅拌器内用泵送出。
(3) 压浆处治工艺的要求。孔位通常按梅花状布孔, 在行车道布八孔, 超车道八孔。技术人员要在钻孔前选择好布孔位置, 一般应避免在板的中央位置布孔, 应选择在板的四周, 距离板边各50cm为宜。当遇到裂缝板时, 就可在裂缝的周边布孔, 孔位到裂缝的间距要大于30cm。钻孔的孔径3cm, 孔深以穿透板的厚度为宜。用空压机朝孔内进行压气使板底脱空的地方形成空腔, 再用3cm橡胶管作为衬垫安插在孔口 (橡胶管外径与孔径要一致) 防止漏浆。橡胶管与压浆泵的连接处需安装阀门, 这便于压浆完毕时可切断回压, 且注浆设备可以迅速移到另一孔继续注浆。当浆液从接缝处或者另一注浆孔冒出5~10s时, 就可停止注浆, 即完成了该孔的注浆。当压力不能达到规定值, 浆液从板缝及边缘冒出时, 就先让其顺着板缝自由冒出, 待浆液凝固之后, 重新进行钻孔压浆, 直到压力达到要求为止。压力一般控制在1~4MPa之间, 且停留3~5min, 效果比较好。在不会回复压力并确保灰浆不会从孔中挤出时, 便可去掉橡胶管, 且用快凝水泥砂浆进行永久性的密封孔口, 并抹平。
(4) 质量验收的标准。对养护3天以后的压浆板块进行弯沉检测, 实测弯沉小于或等于14 (10-2mm) 视为合格, 反之则不合格, 不合格的重新钻孔压浆, 直到合格为止。
4 唧泥和脱空病害的预防措施
事后去亡羊补牢肯定不如未雨绸缪。所以要从设计、施工和养护等方面对由于唧泥引起地板底脱空采取预防措施, 尽量降低唧泥与脱空病害出现的程度跟可能性。
(1) 设计方面的措施: (1) 为了防止产生唧泥, 在对路面进行设计时, 硬路肩要尽可能采用和行车道相同地结构组合跟厚度, 行车道路面结构在设置排水基层或者垫层时, 要在排水基层或者垫层外侧边缘设置纵向集水沟与带孔集水管, 并且要按50~l00m的距离间隔设置横向的排水管。 (2) 在路面接缝中设置传力杆与拉杆等可以减小砼板的弯曲与变形, 进而减少因为弯曲变形的反复发生而产生的冲刷。
(2) 施工方面的措施: (1) 路基压实度一定要达到标准, 对软土路基路段必须要进行彻底处治, 有些路段根据要求还要进行加载预压, 明涵和桥梁台背要回填砂或者采取其他措施来避免因路基的不均匀沉降而产生脱空。 (2) 基层混合料摊铺后必须要及时进行压实, 因为如果长时间的搁置会使部分水泥失效, 进而导致基层的强度和板体性以及水稳性受到影响。 (3) 在进行水泥砼路面的铺筑之前, 要对基层顶面多余的细料以及任何一薄层的细料覆盖层都清扫干净, 并全面的对基层进行破损检查, 如果基层产生纵横向断裂或者破坏时, 要采取有效措施, 对其彻底修复后方可进行路面铺筑。 (4) 严格要求保湿养生, 必须保持施工后的基层表面是湿润的, 防止表层水泥因为保养不当而失效。 (5) 保养龄期未到就不能开放交通, 因为如果此时开放交通行车会损害还没有达到强度的基层而造成基层表面磨损甚至使内部产生裂纹。
(3) 养护方面的措施:在日常养护工作中要经常检查并且疏通边沟和盲沟, 还有渗井等排水设施以保证排水畅通。裂隙宽度与填缝料的损坏和丧失, 以及接缝破碎等, 是影响水泥砼路面裂缝渗入率的主要因素, 所以路面接缝是水泥砼路面重点养护的对象。日常可用粘结性、防渗水性、回弹性、温度稳定性良好又不易老化, 且施工方便的填缝料进行填灌缝养护。日常养护中还要保持路面清洁, 及时的扫除路面上的碎石和石屑等杂物, 以防止嵌入接缝后, 对接缝造成损坏。另外在路政管理中, 要对公路运输车辆违规装载容易洒漏物品以及超载行驶的现象进行有效控制。
5 结束语
路面脱空 第4篇
关键词：水泥混凝土路面,脱空,检测方法,雷达
1 水泥混凝土面板唧泥、脱空形成原因
唧泥和脱空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、组成以及混凝土面板接缝状况;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,其模量远小于混凝土面层的模量。水泥混凝土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,使混凝土板的局部范围不再与基层保持连续接触,于是水泥混凝土路面板底与基(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。
2 水泥混凝土面板脱空的检测方法
目前,水泥混凝土路面脱空判断方法主要可以分为以下几类:
1)外观判别法:直接方法是下雨后上路观察看是否有泥浆唧出或接缝边缘是否有唧泥的痕迹。间接方法有:a.人站在板块边缘,感觉重型车辆从板块上通过时是否有垂直位移;b.看相邻板之间是否有非施工原因造成的错台,如有则较低的一块一般都有脱空;c.看接缝中填料完好情况,如板角处相邻两条缝的填料都大量脱落,则这样的板块一般也有脱空的可能。2)撞击法:用铁钎敲击板边,根据不同的声音判断是否脱空,此方法需要经验丰富者才能进行判断,而且只能判断出有明显脱空的板块。3)弯沉判别法:采用贝克曼梁测量相邻两块板的弯沉,根据承载板的弯沉值及承载板与未承载板的弯沉差进行综合判断。4)多级荷载回归法:采用FWD进行多级荷载加载,绘制不同荷载弯沉回归线,进行脱空判断。5)地质雷达法。6)反演分析法。7)钻芯取样法。
上述方法中,前两种操作简单,人为因素多,准确性差,而且无法定量化;弯沉法计算简单,但是测试步骤繁琐、速度慢、精度低、容易造成测试时其他轮和荷载轮同时作用在测试板上,结果使可靠度低,不能精确定量,不具有广泛的适用性;反演法由不同的反算程序得到的结果也不相同。
因此,本文主要探讨雷达法,并采用多级荷载回归法和钻芯取样法进行比对印证。
3 雷达脱空识别
3.1 地质雷达进行脱空识别原理
地质雷达进行脱空识别原理主要利用了空洞对其反射信号的影响,如图1所示。图1a)表示刚性路面面板下存在脱空,图1b)为反射波形,反射波A来自混凝土—空气的界面反射,反射波B来自空气—基层的界面反射,反射波C是A和B的叠加结果,雷达图形显示最终得到的是波形C。由于A,B的反射系数是一正一负,导致两反射相位发生翻转。只要确定了反射波的时间差就可计算出空洞深度。测试时,根据反射波初始相位判断反射面特性。当反射波与入射波反相位,且反射信号能量较强,可判断为混凝土存在空洞,如果能量相对较弱,可判断为混凝土胶结不密实;当反射波与入射波同相位,且信号较弱,可判断为混凝土无缺陷。该部分功能由雷达软件的褶积和反褶积处理来进行。
本次检测以贵阳市东北绕城线为依托工程,主要选用地质雷达的900 MHz天线对直铺段进行路面脱空检测,400 MHz作为对比测试天线。
3.2 雷达测线布置
雷达测线的布置:检测根据道路脱空易出现区域,布置了五条测线。分别是行车道板边两条,板中一条;超车道板中一条,靠行车道板边一条,见图2。
3.3 FWD脱空情况识别及钻芯取样同雷达脱空识别的印证
目前利用落锤式弯沉仪即FWD检测水泥混凝土路面得到的表面弯沉,进行水泥混凝土路面板底脱空判断的算法有很多,其中有两种方法被认为是可靠度最高的方法:截距法(多级荷载回归法)和CTR法(夹角法)。本次研究采用截距法(多级荷载回归法)。
本次检测依据雷达扫描的效果对部分板角采用截距法进行印证。FWD截距法测脱空方法:在板角同一测点测出3个不同级别荷载(此次采用50 k N,70 k N,90 k N)作用下的弯沉,建立荷载与弯沉的相关关系。根据此方法,对各板边测点测试结果建立荷载与弯沉的相关关系,相关关系式如下:
D=a P+b。
其中,D为中央弯沉值,μm;P为荷载值,k Pa;a为关系系数;b为弯沉轴截距。
从表1试验检测结果得出:雷达扫描结果与FWD和钻芯取样结果基本一致;雷达不但能够确定脱空状态,还能确定脱空位置和深度,而FWD只能对脱空状况定性,而不能定量,钻芯取样效率低、代表性差,而且对公路有损坏,在开放交通的情况下,危险性高。因此,雷达在水泥混凝土路面板底脱空这种隐蔽性病害检测方面具有直观、准确的特点,与其他无损检测技术相比显示出其独特的优点。地质雷达以电磁波理论为基础探测地下空洞,具有高效、精确、无损和易于操作的特点。
参考文献
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路面脱空 第5篇
1 板底脱空的产生及发展机理
1.1 脱空区的产生
水泥混凝土路面具有很大的刚度,其弹性模量约为基层材料的20倍,当车辆通过时,水泥板在车辆荷载的作用下向下弯曲,同时基层材料在路面板的作用下会产生一定量的变形(主要为弹性变形和塑性变形)。当车辆驶离后,水泥板回弹至原位置,但由于基层材料存在塑性变形,因此不能恢复原状。当经过车辆多次作用后,基层残留的塑性变形量变大,基层与板底出现空隙。同时重型车辆对路面的冲击作用会使基层中的细小颗粒从基层中脱离,并从接缝处排出,形成脱空。
1.2 脱空区的扩展
随着路面的使用,降水由裂缝或接缝处渗入板底与基层的空隙处,形成滞留水。当车辆驶过路面时,水泥板会产生向下挠曲和向上回弹的变形,在这过程中会对滞留水产生挤压和泵吸,形成高速水流。高速水流反复对基层表面进行冲刷,基层中的细集料与粗集料分离,并伴随着水流从接缝中排出,造成脱空区的不断扩大。同时随着脱空区的不断扩大,滞留水量变大,水压增强,冲刷效果更加明显,加快细集料的流失,进而造成脱空区的进一步扩大。当脱空达到一定程度,在车辆荷载的作用下路面板断裂。
2 有限元分析
2.1 模型建立
采用迈达斯FEA对路面板进行有限元分析。假定公路水泥混凝土路面面板的长宽为5 m×3.75 m,各结构层厚度及相关材料参数见表1。
选用BZZ-100单轴双轮组标准轴载作为加载方式。建立模型如图1所示。
2.2 数据分析
通过模拟分析计算,得到水泥混凝土板在未出现脱空状态下的荷载应力为1.415 MPa。
未出现脱空状态下路面板荷载应力分析模型见图2。
根据经验,脱空区的形状近似三角形,为方便计算假定为等腰三角形,脱空间隙为2 cm,直角边长分别采用0.2 m,0.4 m,0.6 m,0.8 m,1.0 m,1.5 m。对面层施加车辆荷载,加载位置如图3所示。
由图2和图4可以发现,基层处于脱空状态下,当有荷载施加在面板上时,面层和基层会出现较大的变形,且以脱空区处的变形最大。
运用有限元模型计算分析脱空尺寸与荷载应力之间的关系,计算结果如表2所示。
通过图5可以得出,荷载应力与脱空尺寸呈线性增长的关系,随着脱空尺寸的增加,荷载应力线性增长,随着脱空尺寸由0.2 m增长至1.5 m,荷载应力由1.578 MPa增加至2.953 MPa,增长率达到187%。
路面受到的荷载应力与脱空尺寸之间的关系式为:
3 脱空状态下水泥混凝土疲劳累积作用次数
3.1 理论分析
假设水泥混凝土路面在标准轴载一次作用下,产生的荷载应力为σp1,在荷载σp1的重复作用下,水泥混凝土路面所能达到的疲劳寿命为N1,作用一次后产生的疲劳损伤为C1,可得:
当脱空形成后,水泥混凝土路面板的受力状态发生变化,在标准轴载作用下,混凝土板的荷载应力增大。标准轴载第n次作用时的计算公式:
当路面达到疲劳断裂时,有:
即:
经过计算可得:
3.2 实例分析
路面结构参数见表1。假定高速公路位于第Ⅱ5a区,取最大温度梯度83℃/m,板长5 m,t=l/(3r)=5/(3×0.744)=2.240,板厚h=0.26 m,高速公路最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力为:
考虑温度应力累积疲劳作用的疲劳损伤应力系数为:
则混凝土的温度疲劳应力为:
假设该公路在运营过程中一直保持完好状态,即每次施加标准轴载后产生的荷载应力不变,由上面的公式计算得到公路的疲劳累积作用次数为:
但在实际运营过程中,在车辆荷载的反复作用下,水泥板不可避免的出现脱空等病害。假定脱空区边长每增加1 cm需要受到15 000次的标准轴载作用,即轴载每次作用到水泥板时会使脱空区的边长增加6.7×10-7m,则σpi=0.987 1×6.7×10-7(i-1)+1.415。代入以上公式计算得出脱空状态下水泥板的疲劳累积作用次数为:Ne=8.85×105次。
通过对比发现,脱空状态下混凝土的使用寿命显著下降,仅为基层完好状态下混凝土寿命的1.04%。
4 结语
1)通过对板底脱空演化机理的研究,发现板底脱空产生的主要原因是车辆荷载及水损害,在脱空区滞留水的作用下,脱空区不断扩大;
2)通过建立有限元模型进行分析,得出随着脱空尺寸的增加,荷载应力线性增长;
3)对脱空状态下的的疲劳累积作用次数进行计算,发现脱空对路面板的疲劳寿命的影响是非常显著的。
摘要：利用有限元软件,分析了脱空状态下水泥路面的使用性能,并计算了水泥混凝土路面板完好及处于脱空状态下的疲劳累积作用次数,指出板底脱空的形成会缩减水泥混凝土的使用寿命。
关键词：水泥混凝土路面,板底脱空,有限元,荷载
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路面脱空 第6篇
1 路面脱空的判定
水泥混凝土路面脱空板的准确判断是进行路面处治的前提。水泥混凝土路面脱空板的判定方法主要有两类:第一类为人工观察法, 通过肉眼观察接缝、裂缝、唧泥等情况, 初步判定路面是否脱空。具体判别方法有:
(1) 人站在板块边缘, 当重型车辆从板块上通过时, 是否感觉板块有较为明显垂直位移;
(2) 看相邻板块之间是否有错台、唧泥等现象;
(3) 看接缝的填料是否有大量脱落;
(4) 相邻板出现错台5mm以上时, 位置较低板一般有脱空的存在。
这种方法能快速检测脱空明显的面板, 用时短, 花费低, 缺点是主观性强, 不可避免出现错判、漏判情况, 可靠性较低。
第二类称为弯沉测定法, 通过对板块进行弯沉检测, 以测定弯沉值来判断面板是否脱空。
目前常用的检测设备主要有贝克曼梁弯沉仪 (BB) 和落锤式弯沉仪 (FWD) 。贝克曼梁弯沉仪的优点在于普及率高, 操作简单, 但精度低, 速度慢, 人为因素大。落锤式弯沉仪能很好地模拟行车荷载的动力作用, 能克服梁式弯沉仪支点变形大、人为因素多、无法模拟动态荷载、无法测出弯沉盆等缺陷, 而且仪器自身重量轻、检测方便快速, 能反映路面在动载作用下的实际变形情况, 检测准确, 数据客观, 人为影响小, 但检测费用和人员业务水平要求较高。
2 水泥注浆技术
水泥注浆技术是通过钻孔, 利用注浆设备把水泥粉煤灰灰浆压入路基脱空部位, 将空洞及周围松散粒料填实挤密, 使面板与基层联结紧密达到均匀传荷目的。粉煤灰和普通硅酸盐水泥经化学作用生成氢氧化钙晶体、水化硅酸钙以及钙钒晶体, 形成具有一定强度的混合物, 达到密实板底空隙、恢复基层强度、延长路面使用寿命的目的。
2.1 工艺简介
水泥注浆技术主要工艺流程为:定位→钻孔→制浆→压浆→封孔→养生→检测。
(1) 定位
对于一整块板, 一般布孔数量为5个, 呈梅花型布置, 边孔位置距板边缘不小于50cm。但在实际中, 多数板块都是有裂缝的, 应根据面板尺寸、下沉量大小、裂缝状况增加注浆孔, 增加的注浆孔距裂缝一般30cm左右, 使浆体更好地填充板体与基层的空隙。
确定孔位后, 用油漆标画出每个孔的位置, 以准确指导施工。
(2) 钻孔
采用钻孔机或钻芯机钻孔, 孔径一般5cm左右, 注浆卡头应与孔的大小一致。钻孔深度应根据面板脱空及路基破损情况确定, 一般应深入未损坏的基层5cm为宜。
注浆孔为注浆浆液渗透通道, 应保证孔内干燥、清洁。钻孔后清孔将空压机管道插入孔内, 将孔内粉尘吹出, 严禁用水作为冲洗液。
(3) 制浆
浆液质量是影响处治质量的关键因素, 浆液必须具有强度高、流动性好、粘聚性大、干缩性小的特性。水泥浆由水泥、粉煤灰、外掺剂、水在灰浆拌和机中拌和而成。制浆应在设计配合比指导下进行, 同时结合原材料的特性对配合比加以调整。在拌和过程中, 应严防杂物混入浆液。浆液进入注浆机储浆筒后仍应不停搅拌, 防止浆液沉淀, 并在浆液初凝前用完。
(4) 压浆
压浆时采用压浆泵将浆液压入板底, 先从沉陷量大一侧的开始注起, 然后交替注浆, 单孔连续注浆时, 应密切注意注浆时的板块抬升情况, 每次抬升高度不得超过6mm。在注浆的过程中, 可根据实际额外采用振动器来辅助注浆, 以便浆体在板下能快速均匀分布, 避免应力过度集中而造成板块断裂。
压浆时应缓慢均匀加压, 让浆液在板底充分流动渗透, 以达到最佳挤密和充实的效果。注浆压力控制在0.5~1.0MPa, 高压时再持续2~3min, 直至邻孔或接缝中溢浆或无溢浆而板块略有上升 (不大于2cm) 为止。对于脱空严重的混凝土板, 如在注浆的过程中发现有跑浆、冒浆、漏浆时要及时停止注浆, 待溢浆处浆体初凝后再继续注浆, 或换孔注浆后再返回补注。
在注浆过程中, 必须根据现场注浆效果, 及时调整设计注浆时间和压力。
(5) 封孔
注浆完成后即将注浆卡头拔除, 并及时用木塞封堵, 防止浆体反流和压力过快散失, 使浆液有足够时间凝固。全孔注浆结束后, 用纯浆或剩余浓浆拌细砂石封闭钻孔至孔口。
(6) 养生
板块封口完成后, 应及时进行交通管制, 禁止车辆通行, 待灰浆强度达到设计强度后方可开放交通。一般养护时间为5~7d。
(7) 检测
养生结束后必须对注浆板块进行弯沉检测。当板块边缘中间弯沉值大于40 (0.01mm) 或当相邻混凝土板间的弯沉差大于6 (0.01mm) 时, 应重新钻孔补注浆。
2.2 存在的问题
水泥注浆技术经过多年发展, 施工、检测工艺都已比较成熟, 但在实际中也存在一些不足:
(1) 如何确定脱空空隙的位置和大小, 如何准确判断压浆是否密实。
(2) 压浆处理过的板块容易出现以注浆孔为中心的放射状裂缝, 在抬升错台、沉降板块时, 容易产生板角翘曲现象。
(3) 若压浆浆液分布不密实, 容易产生应力集中点, 形成新的支撑点和空隙。
(4) 养护周期较长, 对交通影响较大。
(5) 受浆液质量影响, 不能保证充分填充板底空隙。
(6) 材料含水量大, 耐久性不足, 一般两年左右需再次维修。
针对水泥注浆技术存在的这些问题, 必须从施工工艺、检测手段等各方面加以改进, 进而保证处治效果, 节约资金, 提高养护经济效益。
3 高聚物注浆技术
高聚物注浆技术是20世纪70年代发展起来的地基基础快速加固技术。通过对路面病害检测, 确定其脱空或沉降路段, 进行合理的布孔设计后, 在路面上钻直径为1.6cm浆孔, 采用专用的注浆设备将双组分浆液在现场注浆混合, 使其填充和加固路面结构, 起到稳固、提升和补强作用的养护技术。在国际上已被广泛应用于公路、城市道路及机场道面维修、工业与民用建筑地基加固, 显示出巨大的经济社会效益和广阔的发展应用前景。
3.1 工艺简介
高聚物注浆处治技术主要工艺流程为:定位→钻孔→注浆→封孔→检测。
(1) 定位
注浆定位必须结合道路实际情况确定, 主要有全板块注浆、唧泥点注浆、沿裂缝注浆等3种情况。对全板块注浆处治时, 注浆孔纵向间距一般150cm, 横向间距一般130cm, 距离板块边缘不小于50cm, 整体呈梅花型布置。对局部唧泥点注浆处治时, 注浆孔位于唧泥点四周, 距唧泥点一般30cm布置。对裂缝注浆处治时, 注浆孔沿裂缝布置间距一般100cm, 距裂缝一般30cm。
确定孔位后, 用油漆标画出每个孔的位置, 以准确指导施工。
(2) 钻孔
注浆孔直径为1.6 cm, 注浆孔的深度一般达到垫层或者垫层与路基交界面以下, 具体应根据附近点的弯沉值和钻孔时随钻杆旋转带出的土粒的干湿情况而定, 一般钻至土粒明显变湿处停止。为保持路面清洁, 使用扫帚、吹风机及时对钻孔进行清理。
(3) 注浆
钻孔完毕后, 使用切割工具将PVC管截断后管通过注浆孔下入, 注浆管长度应按达到基层底部来控制。把注射帽凹型边缘使用专用工具清理干净, 以便于与注射枪更好的配合, 使用铁锤把已清理注射帽敲入PVC注射管内。
为防止高聚物喷洒到路面, 造成路面的污染, 把特制铁盆通过注射帽放在注浆孔处, 以便注浆头露出盆底, 适宜夹具把注射枪与安全帽夹牢。实施注浆时压力约7MPA, 通过输料管分别把A及B两类高聚物材料输送到注射枪口, 两种材料在注射枪口处通过注浆PVC管输送到路面病害处, 并发生化学反应, 材料由液体变为固体, 体积迅速膨胀。
(4) 封孔
为防止雨水侵蚀, 破坏路面, 并保持路面的整齐形象, 注浆后应立即使用道路密封胶把注浆孔封住。使用密封胶时需对其加热, 并且温度控制在210℃以下。灌注密封胶时要使密封胶略低于路面, 如高出路面, 使用工具将其整平。
(5) 检测
利用落锤式弯沉仪对注浆点进行弯沉复检, 分析评价注浆效果。注浆前弯沉大于200μm的点, 注浆后都要复检。根据检测结果对注浆不足点进行补注。
检测满足设计要求后, 使用铁刷对注浆及污染路面进行处理, 并用扫帚对施工作业区进行清扫, 再使用吹风机进行清理, 最后对路面污染处进行清理。
3.2 工艺特点
相比于水泥注浆技术, 高聚物注浆技术具有以下明显优点:
(1) 施工时间短, 材料注射15min即可达到最终强度的90%, 交通即可放行。
(2) 注射的高聚物材料能迅速膨胀 (可达液体体积20倍) 。
(3) 材料膨胀后的自重只有同体积水泥浆的10%, 并具有良好的弹性, 不会增加额外的载重。
(4) 注浆过程中钻孔数量少, 孔径小 (1.6cm) , 对结构无破坏, 材料的防水性能优良, 无收缩, 耐久性好, 对环境无污染。
(5) 充分利用病害路段原有基层、面层材料, 不产生维修废弃物, 显著节省资源, 避免了对环境的破坏。
4 结束语
水泥注浆和高聚物注浆对处治板底脱空都有明显效果, 在一定程度上提高路基的整体强度, 但各自的适用性也有一定差别。水泥注浆可使松散的碎石结合成团, 对破坏的基层有较好的胶结补强作用, 同时也适用普通横向裂缝、无明显沉降纵缝、路基完好、未发生沉降的路段。高聚物注浆对基层的胶结作用虽不明显, 但具有很好的密封防水作用, 也适用纵缝沉降较大、坑槽车辙明显路段。水泥注浆处治单价约为高聚物注浆的1/3, 但处治后耐久性较差。所以, 在选择何种处治工艺之前, 必须对道路进行详尽调查, 根据脱空病害类型、维修资金、交通影响等因素, 在综合比较分析后选择合理、可行、经济的处治方案。
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路面脱空 第7篇
一、计算模型与参数
本文视路面结构为弹性层状体系, 并将路面结构分为沥青加铺层、带裂缝或接缝的旧水泥混凝土板、基层和地基四部分, 建立空间二维模型 (图1) , 对沥青加铺结构的应力进行数值模拟。为反映弹性半空间无限大地基的特征, 基础和地基采用扩大尺寸模拟, 对各结构层作如下假设:各结构层均为连续、均匀的各向同性的弹性连续体;各结构层竖向和水平位移均连续;地基地面各向位移为零, 地基侧面水平方向位移为零, 其余各层水平方向位移自由;接缝宽度为1cm, 旧水泥混凝土路面在接缝处无传荷能力;基层沿板底的宽度方向均存在脱空, 而不是局部脱空;板底脱空宽度在两块板底对称。
根据参考资料, 拟定沥青加铺层基本的计算参数如下:单块水泥混凝土路面板长为5m, 厚度为26cm;沥青加铺层厚度为10cm。经过取不同尺寸的计算误差分析, 综合考虑实际, 水泥沙砾基层的扩大尺寸拟定为14.1m×20cm, 基础扩大尺寸拟定为14.1m×5m。行车荷载采用标准轴载BZZ-100, 轮胎内压为0.7MPa。经过对缝隙单、双侧不同荷位的计算分析比较, 由于双侧荷载的另一侧轮载的作用抵消了部分弯沉值, 所以车轮荷载作用在接缝一侧的偏荷载对加铺层最为不利, 因此, 本文中仅考虑偏荷载的作用, 并在设定板底脱空深度为2cm的基础上, 分别取板底脱空宽度为10cm、20cm、40cm、60cm, 以及在设定板底脱空宽度为40cm的基础上, 分别取板底脱空深度为2cm、3cm、4cm、5cm, 主要计算参数见表1。
二、计算结果与分析
行车荷载作用下, 受旧水泥混凝土路面缝隙处传递荷载能力的影响, 沥青加铺层在接缝处容易产生应力集中, 如图2所示, 滋生反射裂缝。因此, 在计算荷载应力中, 主要考虑了板底脱空宽度和板底脱空深度对沥青加铺层缝隙处顶面和层底结构内应力的影响。
1. 板底脱空宽度对荷载应力的影响。
从表2可看出, 对于加铺层缝隙处顶面应力而言, 加铺层顶面沿行车道方向应力σx从-0.383 96MPa变化到-0.824 29MPa, 绝对值增大了114.68%;沿路深方向应力σy从-0.263 78MPa变化到-0.277 22MPa, 增大了5.10%, 增加幅度很小;最大剪应力τmax减少了67.30%。说明加铺层层顶应力随着旧水泥混凝土板脱空宽度的增大, 变化很显著。
(单位:MPa)
(单位:MPa)
从表3可看出, 对于加铺层缝隙处顶面应力而言, 加铺层底面沿行车道方向应力σx从-2.967 2MPa变化到-2.081 3MPa, 绝对值减小了29.86%;沿路深方向应力σy从0.191 07MPa变化到0.69828MPa, 增大了265.46%, 增加幅度很大;最大剪应力τmax增大了5.81%。说明加铺层层顶应力随着旧水泥混凝土板脱空宽度的增大, 变化很显著。
2. 板底脱空深度对荷载应力的影响。
从表4可看出, 对于加铺层缝隙处顶面应力而言, 加铺层底面沿行车道方向应力σx从-0.383 96MPa变化到-0.638 77MPa, 绝对值增大了66.36%;沿路深方向应力σy从-0.263 78MPa变化到-0.272 97MPa, 增大了3.48%, 增加幅度很小;最大剪应力τmax增大了35.49%。说明加铺层层顶应力随着旧水泥混凝土板脱空深度的增大, 变化很显著。
(单位:MPa)
(单位:MPa)
从表5可看出, 对于加铺层缝隙处顶面应力而言, 加铺层底面沿行车道方向应力σx从-2.967 2MPa变化到-2.156 2MPa, 绝对值减小了27.33%;沿路深方向应力σy从0.191 07MPa变化到0.554 55MPa, 增大了190.23%, 增加幅度很大, 且有脱空深度时, 变化幅度很小, 仅为0.39%;最大剪应力τmax呈不规律变化, 且变化幅度很小。说明加铺层层顶应力随着旧水泥混凝土板脱空深度的增大, 变化很显著。
三、结论