路面脱空检测范文

路面脱空检测范文（精选9篇）

路面脱空检测 第1篇

关键词：地质雷达,路面脱空检测,定量,公式

0 前言

众所周知,地质雷达在公路路面脱空检测中有着非常好的效果,该技术在国际、国内的应用已越来越普遍,应用也越来越成熟。然而,影响该技术进一步发展与普及的关键因素在于如何解决脱空大小的定量计算问题。由于公路路面的脱空非常小,大多在1cm以内,很多人认为:这样小的脱空能分辨出来,已经是很了不起了,怎么可能定量探测呢?由于我国公路建设的日新月异,对脱空检测的需求越来越大,其检测任务也越来越重,一次检测下来,其雷达测线动辄数十公里,甚至数百公里,因此,建立快速准确的脱空检测追踪程序势在必行。而要快速准确地检测追踪,没有定量的探测技术,基本上是不可能的。目前市场上已经有一些脱空的追踪软件,其效果都不尽如人意的原因也就在于此。

在广东省地质科学基金的支持下,我们为此成立了项目组,从2005年末开始进行脱空检测的定量研究,最后通过实际模型的研究探索,终于建立了地质雷达检测路面脱空的定量计算公式。

1 理论基础

1.1 路面脱空检测的雷达理论基础

当路面建成投入使用后,由于基层材质、接缝的移动与错动、水渗、板块移动等原因,导致了面层底部脱空的形成。脱空是面层底部形成空洞的一种专门称谓。

图1是路面脱空及雷达波形拟合的示意图:在理想的条件下,在空洞足够大到能被雷达波分辨的时候,在面层底、空洞顶的部位,将产生一与入射波反相的雷达波,在空洞底、基层顶的部位,将产生一与入射波同相的雷达波,如图示。如果在此条件下,读取空洞顶底反射波之间的雷达波走时,应该很轻松地计算出空洞的纵向大小,这样,脱空的定量计算就是轻而易举了。

而实际上,这样典型的可以轻松地计算出脱空纵向大小的波形是不能被路面检测人员取得。为什么呢?

首先路面脱空的规模是非常微小的,实测中发现:如果脱空(纵向)大于1cm,其危害性就比较大,而且很快就会在路面荷载的压力下形成路面损坏。因此,在路面脱空检测中,多数遇见的是毫米级的脱空,最大的也不过1～3cm。即便是纵向5cm的空洞,其顶底反射的时间会是多少呢?双程走时

也就是说一个纵向5cm的空洞,其顶底间雷达波的双程走时为0.33ns,这样小的走时在雷达波形中是难以分辨的,因为天线频率为1000MHz时雷达的单波幅宽>0.5ns。实际上,在毫米级脱空的实际波形中,脱空的顶、底反射波会叠加在一起,成为一个波形。

1.2 雷达脱空检测的薄层理论

要正确完整地讨论路面脱空的雷达反射波形,一定要讨论薄层的电磁波的重要特性:当电磁波在薄层介质中传播时,将会有多次反射出现。这就涉及到薄层的电磁波传播特性的研究课题。

一般情况下,厚度满足下列不等式的层为薄层:Δh<<λ/2,式中λ可以认为是谐和振动的波长或脉冲的视波长。我们本次试验中采用的是900MHz的天线,其中心频率为900MHz,在空气中的波长λ=c/f=3.0×108/(900×106)=0.33m。路面脱空的纵向大小在1cm左右,甚至会更小,因此其反射特性完全满足薄层的反射特性,如图2所示:当雷达波P1投射到薄层顶板时,波便在该面上产生反射波P11和折射波P12,P12又会在薄层界面上产生反射波P122、P12222……。这些多次反射波会透过顶板成为折射波P1221、P122221……而被雷达接收。因此在薄层顶板上观测到的薄层反射波实际上是薄层内一次反射波P1221和多次波P122221、P12222221……的叠合。若把这一叠合波的振幅用a11,表示,而把薄层顶板的一次反射波振幅用a11表示,则经过薄层反射后的能量之比为:

式中:b、δ均为介质1、介质2、介质3的波阻抗的函数,在介质一定时,其值一定。

从上式可知,经薄层反射后的复合振动的振幅与频率f、走时τ、厚度Δh有关。其中频率f已知,走时τ=2Δh/v,脱空层的波速度v已知。因此,经薄层反射后的复合振动的振幅实际上只与薄层厚度Δh有关。

那么经薄层反射后的反射波振幅与薄层厚度有什么样的关系呢?Wideds(1973)在研究厚度对反射波的影响时得出过以下三个重要的结论[1]:

(1)当地层厚度超过λ/4时,复合反射波形的第一个波谷与最后一个波谷的时间差正比于地层厚度。在这种情况下,地层厚度可以通过测量顶界反射波的初至和底界反射波的初至之间的时间差确定出来。

(2)当地层厚度小于λ/4时,反射波形的变化很小。在这种情况下,地层厚度正比于反射波振幅。

(3)当地层厚度等于λ/4时,来自顶底界面的反射波发生相长性干扰,其复合波形的振幅达到最大值。

我们目前所研究的脱空,900MHz天线雷达波的λ/4约为8.3cm,脱空大小均在1cm左右甚至更小,因而满足第二项的预定条件,只不过这时的地层变为空气层。也就是说:从理论上讲,路面脱空的厚度应该与雷达反射波的振幅成正比。

2 本项目进行的模型试验

2.1 模型的制作

为了更好地研究路面脱空的雷达波反射机制,进行路面脱空的定量研究,我们项目组决定进行实际的路面脱空模型制作,从模型入手,深入研究路面脱空的雷达反射特征。

我们的脱空模型按照路面脱空检测的需要,设计了各种类型的脱空模型。

模型纵向厚度为40cm,其材料如下:下部水泥稳定层(简称水稳层)厚20cm (水泥含量为5%～7%,分层压实);上部水泥混凝土面层厚20cm,混凝土强度为C20。

在全部模型中,设制了一个1500mm×1000mm的活动模型,模型的面层与水稳层可以完全分离,在模型面层块的四周设有钢支架,从而可采用千斤顶进行人工调试脱空的纵向大小(如图3所示),从而可模拟不同纵向大小的脱空,以进一步研究脱空的定量关系。

2.2 模型试验的成果

脱空模型于2006年下半年制作成功。项目组在其后约半年的时间里对模型进行了大量的试验工作。

图4是我们这次模型研究最重要的成果资料。图中的数据是这样获得的:应用我们手头的SIR-10H型地质雷达和900MHz的地质雷达天线,采用常规的雷达采集参数进行数据采集;应用千斤顶将路面层与其下水稳层的距离不断升高;同样的参数采集16次,对应的脱空大小h为0～15cm的整数值。提取活动模型中的同一点的反射波振幅值A,然后以脱空大小h为横坐标,以振幅A为纵坐标绘制A-h关系图。由于SIR-10H型地质雷达中,可通过增益控制,改变反射信号的振幅值。于是,为了保证我们研究成果的普遍性,我们分别采用了4种不同的增益参数,按上述步骤采取雷达成果,并将其成果绘制在同一幅图中,这就是图4。

从图4可以看出:在4种不同参数情况下,在h≤8cm时,脱空反射波振幅A与脱空大小h成正比关系,我们很容易就可以总结出如“A (h)=A (0)+Kh”的计算公式,分别是:A=6500+1350h、A=12400+1850h、A=5900+1590h、A=5300+1080h。而在h>8cm时,脱空反射波振幅A与脱空大小h之间没有明显的对应关系(当然在图中可以看出:当脱空越来越大时,其振幅值又开始呈现出减小的特征)。在这里,我们意识到8cm实际上与900Mhz (我们试验所使用的雷达天线主频)为主频的雷达波的λ/4相近(λ≈33.3cm)。

也就是说,我们试验的成果与Wideds(1973)的结论是一致的。

3 地质雷达检测路面脱空的定量公式及其参数定义

我们总结的公式由实际的模型试验得出,又与理论相符,应该是可信的。

这就是我们要推出的地质雷达检测脱空的定量公式:

为了使用的方便,结合实测的经验,不妨对公式中的参数进行更进一步的定义:

A (h)—脱空位置的反射波振幅峰值;

A (0)—脱空振幅临界参数,其物理含义是:如果面层底的反射波振幅峰值小于此值,即可视为不脱空(这与我们以前实测中的经验是吻合的:对雷达资料进行钻芯验证时,可以发现,在不少不脱空的位置,其振幅并不相同,是有一定的取值范围的);

K—脱空常数,对同一工地、同种观测参数,其值为常数。从图4可以看出,观测时的雷达参数对脱空公式、脱空常数的影响很大。造成这种情况的原因在于:因为地下介质的吸收、雷达波的衰减,接收天线能获得的雷达反射波已经很微弱,为了能更清晰地了解反射波的特性,几乎所有的雷达仪器都会采用增益技术对反射波进行放大。如果要利用反射波振幅进行资料解释的话,保证其观测参数的一致性是非常必要的;

h—脱空垂向值,单位以cm为宜。

以上公式的实际运用,就可以在探测剖面取得后,以钻孔值可以标定出A (0)及K值,可以进行全测区脱空h的量值:

4 结论与建议

通过物理模型的试验研究,我们建立了地质雷达探测路面脱空的定量公式,其成果由试验得出,与理论相符。

应该说建立地质雷达检测路面脱空的定量计算公式,这在雷达领域还是第一次。这使地质雷达检测路面脱空的定量化得以完成,从而使路面脱空反射的快速准确追踪成为可能,必将对雷达检测路面脱空领域产生积极的影响!

但是,由于时间及经费的关系,还未将其进行大规模的实测验证,这将是下一步研究重点,也希望各位同行能在实测中检验本公式的可靠性,并相互联系,共同探究。

参考文献

[1]李大心．探地雷达方法与应用[M]．北京：地质出版社，1994．

[2]李金铭，罗延钟．电法勘探新进展[M]．北京：地质出版社，1996．

[3]林尤聪，黄伟义，葛如冰，孟凡强．透地雷达检测路面脱空与灌浆补强的应用效果[J]．物探与化探，2001，(3)．

沥青路面渗水性能检测方法 第2篇

1、沥青路面铺筑的其中一个基本点是沥青层能够基本上封闭雨水的下渗。沥青路面渗水性能成为反映沥青混合料级配组成的一个间接指标。

2、沥青面层中至少有一层不透水，且表面层能透水，则表面水能及时下渗，不致形成水膜，提高抗滑性能，减少噪音。

3、渗水系数指在规定的水头压力下，水在单位时间内通过一定面积的路面渗入下层的数量，单位为ml/min。

4、通常剩余空隙率越大，路面渗水系数越大，路面渗水越严重。

5、同样的空隙率，路面的渗水情况却不同，因为空隙率包括了开口空隙和闭空隙，而只有开空隙才能够渗水。

6、控制好空隙率和压实度，并不能完全保证渗水性能。渗水系数非常直观。

7、由于路面在使用过程中，灰尘极易堵塞空隙，使渗水试验无法做好，因此渗水系数测试应在路面施工结束后进行测试。

8、对于公路最大粒径大于26.5mm的下面层或基层混合料，由于渗水系数的测定方法及指标问题，不适用于渗水系数的测定。

9、路面渗水仪：盛水量筒容积600mL，下方通过φ10mm的细管与底座相接，中间有一开关,底座下方开口内径150mm，外径165mm。附压重铁圈两个，每个重量约5kg。

10、测试方法与步骤：

（1）准备工作：①按随机取样方法选择测试位置，每一个检测路段应测定5个测点，清扫表面，划上测试记号。

②在洁净的水桶内滴入几点红墨水，使水成淡红色。③装妥路面渗水仪。

（2）试验步骤：①将将清扫后的路面用粉笔按测试仪器底座大小划好圆圈记号。

②在路面上沿底座圆圈抹一薄层密封材料，边涂边用手压紧，使密封材料嵌满缝隙且牢固地粘结在路面上，密封料圈的内径与底座内径相同，约150mm，将组合好的渗水试验仪底座用力压在路面密封材料圈上，再加上压重铁圈压住仪器底座，以防压力水从底座与路面间流出。

③关闭细管下方的开关，向仪器的上方量筒中注入淡红色的水至满，总量为600mL。

④迅速将开关全部打开，水开始从细管下部流出，待水面下降100ml时，立即开动秒表每隔60s读记仪器管的刻度一次，至水面下降500ml时为止。

⑤测试过程中，如水从底座与密封材料间渗出，说明底座与路面密封不好，应移至附近干燥路面处重新操作。

⑥如水面下降速度很慢，从水面下降至100ml开始，测得3min的渗水量即可停止。

⑦若试验时水面下降至一定程度后基本保持不动，说明路面基本不透水或根本不透水。

⑧应按以上步骤在同一个检测路段选择5个测点测定渗水系数，取其平均值作为检测结果。

⑨计算：以水面从100ml下降至500ml所需的时间为标准，若渗水时间过长，亦可采用3min通过的水量计算。Cw=(V2-V1)/(T2-T1)*60

V2——第二次读数的水量（ml）通常为500ml。

V1——第一次读数的水量（ml）通常为100ml。

路面结构层厚度试验检测方法

1、对于基层或砂石路面的厚度可用挖坑法测定，沥青面层与水泥砼路面板的厚度应用钻孔法测定。

2、挖坑方法：①根据现行规范的要求，随机取样决定挖坑检查的位置。

②选一块约40cm×40cm的平坦表面作为试验点，用毛刷将其清扫干净。

③选择适当的工具开挖这一层材料，直至层位底面。开挖面积尽量小，坑洞大体呈圆形。

④用毛刷清扫坑底，确认为坑底面下一层的顶面。⑤将钢板尺平放横跨于坑的两边，用另一把钢尺在坑的中部位置垂直伸至坑底，测量坑底至钢板尺的距离，即为检查层的厚度cm（0.1cm）。

3、钻孔取样法：①同上。

②用路面取芯钻机钻孔，芯样的直径应为100mm。如芯样仅供检量厚度，不做其他试验，对沥青面层与水泥砼板也可用直径50mm的钻头，对基层材料有可能损坏试件时，也可用直径150mm的钻头，但钻孔深度必须达到厚度。

③仔细取出芯样，清除底面灰尘，找出与下层的分界面。

④用钢板尺或卡尺沿周围对称的十字方向四处量取表面至上下层界面的高度，取其平均值，即为该层的厚度，精确至0.1cm。结构层厚度的评定

1、考虑正常施工条件下厚度偏差情况，采用平均值的置信下限作为否决指标，单点合格值作为扣分指标。

22、计算式（厚度代表值）X=X平-ta/n*s

回弹弯沉测试方法

1、回弹弯沉值是表征路基路面的承载能力，回弹弯沉值越大，承载能力越小，反之越大。

2、通常所说的回弹弯沉值是指标准后轴双轮组隙中心处的最大回弹沉值。

3、在路表测试的回弹弯沉值可以反映路基、路面的综合承载能力。

4、弯沉是指在规定的标准轴载作用下，路基路面表面轮隙位置产生的总垂直变形（总弯沉）或垂直回弹高形值（回弹弯沉），以0.01mm为单位。

5、当路面厚度计算以设计弯沉值为控制指标时，则验收弯沉值小于或等于设计高沿值。

6、当厚度计算以层底拉应力当控制指标时，应根据抗应力计算所得的结构厚度，重新计算路面弯沉值，该弯沉值即为竣工验收弯沉值。弯沉值的测试方法——贝克曼梁法

沥青路面的弯沉以标准温度20℃时为准，在其他温度（超过20℃±2℃范围），测试时，对厚度大于5cm的沥青路面，弯沉值应予以温度修止。

1、测试车：双轴、后轴双侧4轮的载重车，高速公路、一级及二级公路应采用后轴100KN的BZZ-100的测试车，其他等级公路也可采用后轴60KN的BZZ-60。

2、路面弯沉仪贝克曼梁前臂（接触路面）与后臂（装百分表）长度比为2：1。

3、弯沉仪长度有两种：一种长3.6m，前后臂分别为2.4m和1.2m；另一种加长的弯沉仪长5.4m，前后臂分别为3.6m和1.8m。

4、当在半刚性基层沥青路面或水泥砼路面上测定时，宜采用长度为5.4m的贝克曼梁。

5、试验方法与步骤：

（1）试验准备：①检查并保持测定用标准车的车况及刹车性能，轮胎内充气压力为0.70mpa±0.05。

②汽车装载，用地磅称量后轴总质量符合要求的轴重规定。测试中保持恒重。

③测定轮胎接地面积。顶起后轴，在轮胎下方铺一张复写纸，轻轻落下千斤顶即在方格纸上印上轮胎印痕，用求积仪或数方格的方法测轮胎接地面积。精确定20.1cm

④检查弯沉仪百分表测量灵敏情况。

⑤当在沥青路面上测定时，用路表温度计测定试验时气温及路表温度。

⑥记录沥青路面修建或改建时材料、结构厚度、施工及养护情况。

（2）试验步骤：①在测试路段布置测点，其距离随测试需要而定。测点应在路面行车道的轮迹带上，并用白油漆或粉笔划上标记。

②将试验车的后轮轮隙对准测点后约3∼5cm处的位置上。

③将弯沉仪插入汽车后轮之间的缝隙处，与汽车方向一致，梁臂不得碰到轮胎，弯沉仪测头置于测点上（轮隙中心前方3∼5cm处），并安装百分表于弯沉仪的测定杆上，百分表调零，用于指轻轻叩打弯沉仪，检查百分表是否稳定回零。弯沉仪可以单侧测定，也可以双侧同时测点。

④测定者吹哨发令指挥汽车缓缓前进，百分表随路面变形的增加而持续向前转动。当表针转动到最大值时，迅速读取初读数L1。汽车仍在继续前进，表针反向回转，待汽车驶出弯沉影响半径（3m以上）后，吹口哨或挥动红旗指挥车停。待表针回转后读取终读数L2。汽车前进的速度定为5km/h左右。

6、弯沉仪的支点变形修止

（1）当采用长度为3.6m的弯沉仪对半刚性基层沥青路面、水泥砼路面等进行弯沉测点时，有时可能引起弯沉仪支座处变形，因此测定时应检查支点有无变形。（2）检验支座处有无变形的方法是用另一台弯沉检测仪安装在测定用的弯沉仪的后方，其测点架于测定用的弯沉仪的支点旁。当汽车开出时，同时测定两台弯沉仪的读数，如检验用弯沉仪百分表有读数，即应该记录并进行支点变形修止。

（3）在同一结构层上测定时，可在不同的位置测定5次，求平均值，以后每次测定时以此作为修正值。（4）当用长5.4m的弯沉仪测定时，可不进行支点变形修正。

7、结果计算及温度修止

（1）测点的回弹弯沉值计算：LT=（L1-L2）×2（0.01mm）

（2）进行弯沉仪支点变形修止时，路面测点的回弹值计算：

LT=（L1-L2）×2+（L3-L4）×6（3）沥青面层厚度大于5cm且路面温度超过20℃±2℃范围时，回弹弯沉值应进行温度修止。L20=LT×K

K——温度修止系数，LT——平均温度T时回弹弯沉值。

路面脱空检测 第3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

[1]JTG E60-2008,公路路基路面现场测试规程[S].

[2]JTG D40-2002,公路水泥混凝土路面设计规范[S].

[3]曾凡奇,王复明,王晓冉,等.公路工程现场检测新技术[M].北京:人民交通出版社,2010.

沥青路面质量检测分析论文 第4篇

对于沥青路面面层的质量检测，分析沥青混合料是检测工作开展的基础。在开展公路工程施工的过程中，要让沥青路面的施工质量得到有效保障，除了要保证施工材料的质量以外，还要对施工材料的配合比进行严格的控制。同时，施工中使用的工艺和技术能够得到保障也是沥青路面施工顺利完成的重要前提。而为了全面保证沥青路面的施工质量，还需要从施工设计阶段开始，这就需要施工人员根据沥青路面施工的实际情况对混合料的设计进行严格的控制，其在实际的配合比设计中应该以工程勘探为基础，并且要在施工准备完成之后再进行。而在实际施工中，材料的质量会因为环境的影响而出现变化，并且在进行材料配置的时候会出现搅拌不均的情况，加上实际的材料配合比会与标准的配合比存在一定的偏差，所以必须要在开展路面施工之前对沥青混合料进行严格的分析，从而提升沥青路面施工的质量，保证公路的使用寿命能够满足相关要求。

2.2压实度的质量检测

沥青路面施工的压实度对路面整体施工质量有很大影响，所以在开展路面面层检测的过程中还要分析路面的压实度，这样能够保证里面的紧实程度和平整性能够满足公路使用的需求。同时，通过压实处理能够让沥青路面具有更好的防滑性能。而在沥青路面的这些性能得到保证后，能让路面有更好的承载能力和耐久性，并且能够提升路面上车辆行驶的安全性和舒适性。而在开展路面压实度分析的过程中，必须让分析速度与施工进度相符，即完成一段路面的施工后要在最短的时间内完成路面压实度的分析，从而确保路面施工的整体进度并提升路面的稳定性。而沥青路面的压实度并不是越高越好，所以工作人员在分析路面压实度的时候要根据相关标准对压实度的范围进行确定，从而避免压实度过高而导致孔隙率较高，影响路面的抗滑性能而增加安全事故发生的几率。另外，压实度过高还会导致路面出现泛油的情况，导致路面车辆的正常行驶受到影响。对路面压实度进行检测多采用钻芯取样法、核子密度仪法等对其进行检测，确保路面强度的同时还要确保平整度。

2.3沥青路面离析情况的检测

沥青路面的施工完成后，在外部环境的影响下会出现离析的现象，这会对路面的正常使用造成严重影响，所以在开展公路沥青路面施工的过程中还需要对路面的离析情况进行分析，对路面面层出现的离析情况进行检测。沥青路面的离析一般是因为施工的过程中沥青材料出现非均值的变化，其中以沥青含量的变化和路面孔隙率的变化为主。在路面出现离析现象的时候，如果不能及时发现并对其进行处理，将会导致路面的质量受到严重影响，让路面的使用年限与实际设计的使用年限存在很大差异。所以在开展沥青路面离析现象分析的时候，必须要对导致离析现象出现的原因进行分析，这样才能采取有针对性的措施，从而避免离析现象对路面质量造成影响。

3结语

公路工程的建设是我国经济发展的基础，只有在保证公路工程施工质量的基础上，才能使经济的发展速度得到有效保障。而在我国社会经济发展速度不断提升的过程中，公路工程的数量越来越多，沥青路面施工中存在的问题也表现出越来越多。所以在开展公路工程沥青路面面层施工的过程中，必须要加强施工过程中的质量检测，特别是应该推广无损检测技术的应用，从而保证公路施工中沥青路面施工的质量，在保证行车舒适性和安全性的基础上，促进我国经济的发展。

参考文献：

[1]武团员.浅谈市政工程沥青路面面层的施工技术[J].商业故事，(2)：79.

[2]董松.公路工程沥青路面施工技术与质量控制探讨[J].城市地理，(24)：75-76.

[3]李晓明，刘元烈，石飞荣，等.高速公路半刚性基层沥青路面养护检测与养护维修技术研究[J].公路交通技术，(5)：49-52，73.

[4]孙湘俊，王安，孙潇潇.青路面下面层试验段施工技术分析[J].南交通科技，(2)：26-29，66.

[5]贾龙.探讨沥青路面面层施工技术及其路面损坏原因、防治[J].中小企业管理与科技，(1)：92-93.

[6]范道周.公路施工中沥青路面施工技术[J].城市地理，2014(20)：104-105.

[7]王力博.公路工程沥青路面病害出现的原因防治方法[J].科学中国人，2016(29)：61.

水泥混凝土路面脱空灌浆治理研究 第5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

参考文献

[1]JTG E30-2005, 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].

[2]GA 182-1998, 道路作业交通安全标志[S].

[3]陈明星.水泥混凝土路面病害分析及技术对策[J].广东交通科技, 1996 (3) :74-75.

[4]陈峰.压浆法补强路基修补混凝土路面技术的应用[J].重庆交通学院学报, 2004 (12) :36-37.

[5]黄美德, 王壮辉, 袁万杰.旧水泥混凝土路面板底脱空判断与压浆处治技术[J].西部探矿工程, 2008 (10) :53-54.

[6]李文华, 梁济丰, 张超.板底灌浆法补强脱空水泥混凝土路面的应用[J].山西建筑, 2007, 33 (33) :271-272.

[7]肖益民, 王之妍.水泥混凝土路面错台原因分析及处治方法[J].工程与建设, 2007 (21) :25-26.

水泥砼路面唧泥和脱空病害探讨 第6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

路面脱空检测 第7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

参考文献

[1]姚祖康.水泥混凝土路面设计[J].华东公路,1982(2):71-72.

[2]石小平,姚祖康.控制挠度的混凝土路面设计方法[J].同济大学学报,1991(2):177-186.

[3]聂午龙.水泥混凝土路面基层材料抗冲刷性能研究[D].西安:长安大学,2009.

[4]唐伯明.刚性路面板脱空状况的评定与分析[J].中国公路学报,1992(1):40-44.

[5]张宁.水泥混凝土路面板下脱空评定[D].南京:东南大学,1997.

[6]JTG D40—2011,公路水泥混凝土路面设计规范[S].

[7]张擎.考虑冲刷脱空的水泥混凝土路面设计研究[D].西安:长安大学,2009.

[8]杨群,郭忠印,赵队家.承受特重车辆作用的水泥混凝土路面应力分析[J].中国公路学报,2000,13(2):16-19.

[9]沙爱民,胡力群.路面基层材料抗冲刷性能试验研究[J].岩土工程学报,2002(3):276-280.

路面脱空检测 第8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。

参考文献

[1]路畅, 陆向华, 范永丰.水泥压浆与高聚物注浆在改建工程的应用研究[J].路基工程, 2009 (6) :73-75.

[2]钟考明.注浆技术在水泥混凝土路面病害处治中的应用[J].湖南交通科技, 2004 (12) :19-21.

[3]石明生, 马小跃, 王复明.高聚物注浆技术在水泥混凝土道路维修中的应用[J].河南科学, 2010 (1) :74-77.

[4]曹洋.板底脱空注浆技术在水泥混凝土路面养护中的应用[J].交通标准化, 2006 (12) :28-30.

[5]郭成超, 王复明, 钟燕辉.水泥混凝土路面脱空高聚物注浆技术研究[J].公路, 2008 (10) :232-236.

路面脱空检测 第9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