压浆技术处治水泥混凝土路面病害的应用实践与效果分析
文/戴步卿 徐顺通
1 概述
自2004年开始我处对107国道内邱段水泥混凝土路面部分路段出现的病害，采用板底压浆技术进行了处治。该水泥混凝土路面修建于1998～2001年，路面厚度22㎝，板下结构层除新改建路段三层15㎝厚石灰稳定土外，一般在原沥青路面上直接做15㎝二灰碎石。由于路面基层厚度不匀，强度不足，水泥路面采用滑摸摊铺机也难以保证其厚度，特别是超重车辆的不断增多，经过几年来运行，部分路段已出现唧浆、啃边、板块脱空失稳、裂缝、下沉，甚至断板等不同程度的病害现象，严重影响且降低了公路路面的整体质量、使用品质和安全性能。除下沉、断板破碎等严重病害采用挖补换板处理外，还对其它病害用板底压浆方法进行了处治。我处购置型号为U3BC压浆设备2套，成立压浆施工队，由专业技术人员现场指导。通过压浆处治技术的应用，防止病害进一步扩展，收到较好的效果。
2 病害原因及处治措施
水泥混凝土路面病害主要表现为：冒水、唧泥、错台、滑动、下沉、断裂、破碎等，经分析认为，产生病害的原因是水的破坏和越来越多的超重车辆轴压作用的结果。而更主要的原因是水泥混凝土路面结构层的质量差和抗水冲刷能力弱以及路面内部排水不畅等因素所致。观察发现，板底结构层耐水强度高，抗水冲刷能力强以及路面内部排水通畅的路段，发生病害的程度就轻，反之，发生病害的程度就严重。
目前水泥混凝土路面养护的主要措施有：一是路面板接缝灌缝（灌注防水材料），可以阻止路面水从接缝渗入板底，减轻水破坏的程度；再就是病害路段的压浆处治。但实事上，灌缝不能从根本上解决和阻止接缝渗水，更不能阻止边沟水和地下水对路面结构层的渗透，板底结构层的水破坏因素仍然存在。后者可以对水泥混凝土路面各种早期病害进行预防性维护处治，提高路面板底抗水破坏的能力，延长路面板使用寿命，提高公路使用质量。压浆处治措施是目前唯一在不翻动路面板的条件下，有效抑制病害，提高路面结构层综合质量，降低养护成本的新技术。
3 压浆机理及其作用
3.1 压浆机理分析
水泥混凝土路面板底压浆是通过压力灌浆机械在一定压力的作用下，将事先配制拌和好的水泥浆液从钻孔处均匀注入板下结构层和路基土体中，以充填、渗透和挤密的方式将板下结构层和路基土体中空洞、裂隙和颗粒空隙中的水分和空气排出，并用水泥浆液充填其空间，经过化学反应后形成强度高、防渗性好、耐久性好的充填体、结石体以及呈脉状分布的充填物，从而达到加固路基、充填空洞、堵水防渗、改善路面板受力状况的目的。
水泥混凝土路面压浆与一般路基压浆不同，它特别强调压浆加固后板底结构层的强度、防水能力和耐久性。板底压浆的压力一般在0.3～0.5MPa，压浆时间在1～3min，压浆材料主要是水泥砂浆，因而压浆效果的好坏主要取决于水泥砂浆和最优水灰比和掺和料的性能及掺量上。水泥砂浆中的水分在压浆的过程中是不易自由排出来的，悬浮液中水泥和水不应发生沉淀或离析现象。用普通硅酸盐水泥制作的浆液，可以渗透进0.2mm以上的空隙，这对于处理板底病害造成的空洞、裂隙和空隙效果是比较好的，但要渗进经过严格压实的路基土体中，效果就不很明显。
3.2 压浆的作用
水泥混凝土路面板底压浆的主要作用有：填充作用；堵水作用；提高抗水冲刷能力；提高结构层的传力强度和稳板作用。
3.2.1 充填作用
压浆可以填充唧泥、路基不均匀下沉、结构层压实度差等引起的板底脱空，稳定层混合料拌和不均匀形成的粒料空隙。可使用大粒径粒料周边形成的空洞，以及路床滑移、下沉、路基土体收缩造成的开裂裂缝等，恢复板块均匀支撑，使病害路段的路面板块受力状况得到明显改善，有效抑制病害的进一步发展，避免板块断裂和破碎。
3.2.2 堵水作用
压浆可以将路面接缝、裂缝、中央分隔带和边沟等渗水缝隙封堵，减轻地表水对板底的渗入；同时，压浆形成一层密实的封水层，有效地抑制毛细孔地下水的渗透软化，与路面板接缝灌缝相结合，有效减轻水泥混凝土路面板水破坏的程度。
3.2.3 提高抗冲刷能力
压浆可以使水泥浆渗入基层的微孔隙，形成致密的具有较高强度的结石体，并在基层与板底之间形成一层高强度耐冲刷的水泥砂浆层，大大提高了原有基层材料的抗水冲刷能力，使病害路段的唧泥冒水现象得到有效控制，水泥混凝土路面在既有状况下的使用寿命得到较大的延长。
3.2.4 提高路面结构层的传力强度
修筑的水泥混凝土路面中，有相当多的路面基层、底基层采用石灰稳定土、二灰碎石，有的甚至采用无胶结材料的级配碎石和卵石土等。用这些材料做的结构层，水稳强度低、渗水率大、粉细物质多，在板下长期积水的条件下，迅速引起路基软化、结构层松散，水泥路面板底支承强度降低，从而造成水泥混凝土路面的严重破坏。一些地方采用换板块的办法进行维修，结果是路面病害有增无减，陷入了年年挖补、资金紧张、干扰交通的被动局面。实践证明，换板不能从根本上解决整个路段的病害问题，必须在板块破坏前通过提高板下结构层的传力强度，才能避免路面板由早期病害向断裂破碎的方向发展。压浆可以充填结构层空隙，强化板下软弱层，恢复板下均匀支承，增强板底抗滑能力和接缝传荷能力，从而提高整个结构层的传力强度。可以说，板底压浆是非破坏性弥补结构层先天不足，提高结构层传力强度的有效技术措施。
3.2.5 稳板作用
目前，压浆应用最多的地方是旧路加铺补强前，对松动板块进行压浆稳板。松动板的主要外观特征是当重型车辆通过时板块发生上下移动或发出空洞响声，路面板横缝或纵缝拉开过大等。压浆可以填充板下空隙和过大的接缝和裂缝，增加板底抗滑摩阻力和接缝间的嵌锁作用，起到稳定板块、均匀受力、接缝传荷的作用，从而改善板块的受力状况，减小极限受力情况，使板块在设计荷载的作用下，保持良好的受力状态。
4 压浆的关键技术及注意事项
水泥混凝土路面板底压浆的关键技术有：检测手段；压浆材料；压浆工艺和验收标准。
4.1 判定方法与检测手段
目前，常采用目测法、弯沉法和探地雷达测空法来检测和确定需要压浆的路段。目测法是通过观察接缝处冒水、唧泥、错台的程度以及板块的下沉、断裂情况来决定是否进行压浆处理，也可以观察重车通过时板块的变形、响声来确定病害表现不明显，但呈松动脱空的板块。弯沉法是通过测定多点弯沉值及传荷能力来评定脱空的程度。控地雷达测空法是利用高频电磁脉冲在地下介质介面上的反射或透射影像来反映介质的电性分布，从而再现地质分布和构造特征。
目测法和弯沉法用来确定病害严重的路段是否压浆比较有效，但对于病害不是很严重，板底又有许多积水空隙的路段，效果不佳。探地雷达测空法效率高，判断准确，但因其费用昂贵，应用受到限制。三种方法应综合应用，对于病害严重的路段进行处治性压浆可采用目测和弯沉法；对于病害不严重但需要进行预防性压浆的路段可采用探地雷达测空法。
实际应用中，可以通过如下几种方式对脱空进行综合判定：
（1）板块发生纵横断裂和角隅断裂；
（2）板块出现上下错动，水平滑动或发出空洞声音；
（3）接缝错台在5mm以上；
（4）接缝有冒水、唧泥现象；
（5）接缝弯沉大于0.2mm；
（6）孔内照片和试验资料综合分析。
4.2 压浆材料
水泥混凝土路面板底压浆的主要材料有普通硅酸盐水泥、细砂、粉煤灰及各种外加剂等，压浆材料的配合比设计要考虑板块的病害情况、基层材料的性质、压浆的方法和工艺、封闭交通的时间等因素综合决定。压浆浆液的指标主要有流动度、固结强度和收缩性，其中流动度是最主要的指标，它直接影响浆液的可泵性能。可泵性差的浆液达不到充填、渗透目的。浆液的强度应考虑基层材料的强度和空隙率。一般情况下，基层材料空隙率大，压浆以填充作用为主，浆液强度以高于基层强度为好；基层材料空隙率小，压浆以渗透作用为主，浆液强度以接近或略高于基层强度为好。处治性压浆以水泥砂浆为好；预防性压浆以纯水泥浆或用砂量少的水泥浆为好。水泥砂浆浆液指标如表1所示。
表1 水泥砂浆浆液指标

项目 水灰比（%） 水平管流粘度系数（Pa·s） 竖直管流 动度（s） 泌水率（%） 膨胀率（%） 3d抗压强度（MPa）
指标 ≤0.45 ≤9×10-3 ≤140 ≤1.2 ≥3 ≥10
4.3 压浆工艺
具体的工艺流程：定位—钻孔—制浆—压浆--封孔—交通管制—弯沉检测。
压浆工艺除了压浆机械的操作、压力的控制、制浆、压浆等要求外，最主要的是压浆孔的布置、孔深、压浆的顺序以及进浆量的控制。压浆孔在4个板角布孔，孔心距接缝50cm，当板有纵向裂缝或横向裂缝时，裂缝两侧各增加一个孔。孔深分浅孔和深孔两类，浅孔钻空面板即可；深孔钻空底基层进入到路基10cm左右。浅孔可有效充填板底空隙，适当抬高板块，补强基层；深孔可渗透和挤密底基层和路基中的空隙、裂缝、空洞和松散物质。深孔和浅孔配合使用，可使压浆效果更好。压浆顺序是先压高处孔再压低处孔，先压板角孔再压裂缝两侧孔，按板对角线顺序进行。进浆量按最大进浆量控制，当某孔灌浆量超过5袋水泥时，应停止压浆，压完其它孔后，再回头补浆。
4.4 应注意的几个问题
4.4.1 板底脱空病害的形成与水的侵蚀有重要关系，故混凝土路面基层不宜使用石灰土这类水稳性差的材料，同时也要加强平时对混凝土路面接缝的养护，减少路面水下渗侵蚀基层。出现板底脱空现象后要及早处理，防止病害恶化。
4.4.2 灰浆在保证施工和易性的前提下，降低水灰比，并添加适当的早强剂、微膨胀剂，能够减少硬化收缩，更有效地充填空隙，促其早期强度提高，及早开放交通。对性能优良的压浆机，还可考虑添加部分中细砂，提高灰浆强度与抗折性。
4.4.3 判断脱空板与确定钻孔位置是板底脱空处理中的一项重要工作，它们是确保工程质量与压浆效果的前提条件。
4.4.4 压浆过程中要注意控制好压力，压力过高易造成板块损坏，过低则达不到充填效果。
4.4.5 压浆前用清水压注，疏通浆脉扩展途径，以利于水泥浆液的压入、浸透、扩展和挤密。
4.4.6 任何浆液析水固结后，都有体积的收缩，必要时可采用二次、三次补灌，尽量减少收缩空间，以使板底结构空隙、裂缝、松软部位等充填密实，达到最佳压浆效果。
4.4.7 在压浆前和压浆过程中，注意观察和及时封堵漏浆、跑浆通道出口，保证设计压力，从而减少材料的浪费，并且提高压浆效果。
5 压浆处治效果评价
压浆处治的效果空间能保持多长时间，这是我们非常关心的问题。我国压浆实践经验还不多，这个问题比较难确定。每个地区的情况不同，应做一些试验路，进行时效考察。我们应将压浆工作纳入高等级公路水泥路面养护的重要日程，当路面刚开始出现病害时，就要抓紧做压浆试验路，为以后的病害处理提供数据和经验，不应等到病害发展到相当严重的程度，已来不及做试验路，只好被动地采取其它措施进行处理，这不是科学的养护工作。
河北省国道107线内丘段水泥混凝土路面所做的压浆试验路段，经过了3年时间的观察，总体效果明显，原唧泥严重的路段，经过雨季不再发生唧泥；压浆前有几个路段连续100～300m的纵向裂缝，压浆后仍稳定在压浆前的状态，没有进一步发展。板块稳定，脱空现象减少，未出现新的断板碎裂现象。而没有经过压浆的唧泥路面，即使没有出现断板，经过一个雨季，大部分已断裂，不得不按挖补换板进行了处理。这说明，在日交通量达15000辆，超重车占相当比例的国道和高速公路上，压浆的时效至少在3年以上，仅此就能节约大量养护维修资金，同时缓解了其它维修方法给交通带来的压力。
6 结语
压浆应用实践表明，采用板底压浆技术处置水泥混凝土路面常见各种病害，效果明显。解决了板底脱空，稳定了板块，提高路面结构层的整体强度，大大改善了路面使用性能，延长路面使用寿命。既简便可行，又经济实用，而且又缩短了断交时间。因此，板底压浆处置病害是水泥混凝土路面日常养护维修的重要途径和有效措施。

作者单位：邢台市公路管理处