混凝土路面预制拼装快速修复关键技术研究

文章来源：微信公众号”沥青路面“

水泥混凝土路面具有刚度大、强度高、稳定性好、有利于夜间行车以及无车辙和波浪等优点，且可以有效利用当地的材料，具有一定的经济优势，尤其是在当前石油资源匮乏的条件下，水泥混凝土路面在中国得到了广泛的应用与发展，截止至2011年末，中国水泥路面通车里程高达151万km。然而，由于路面设计、材料、施工技术与管理、环境因素等诸多原因导致路面发生严重的早期破坏，亟需及时快速的维修与养护。传统的需长时间养护的水泥修补材料严重影响了车辆的正常运行，并存在安全隐患，社会反响极大，这给混凝土路面带来不良的社会影响。一些道路工作者致力于研发快速修复材料来缓解维修带来的交通压力，快硬早强材料虽然能满足通车的要求，但是后期耐久性较差，且材料昂贵，另外在城市道路中，因材料硬化时间短，在现场拌和混凝土亦会对环境造成较大的影响。

预制拼装快速修复技术具有维修时间短、低成本、耐久性好、不受气候条件的影响等优点。国外对预制板设计、预制、施工工艺及施工的配套设备、预制拼装板的路用性能等进行了深入研究；中国国内对混凝土路面预制拼装快速修复技术的研究主要集中在板块尺寸的设计和受力分析、接缝材料、施工过程中板块受力、基层找平材料等方面。由于预制拼装应用于水泥路面快速修复较少，缺乏实际施工经验。已有相关施工技术的研究仅局限于简单介绍施工的流程，对一些关键的施工技术缺乏研究，比如因基层的平整度较差或者浇筑的预制混凝土板厚度变异性较大，致使预制拼装路面板与基层接触不良，影响路面的使用寿命；由于修复区域基层的厚度与预制的混凝土板厚度不协调，预制拼装板与周围旧混凝土板存在高差，导致修复后道路的平整度差，一些错台严重的路段甚至需要研磨或精铣刨等二次处理。为了更好地推广预制拼装快速修复技术在水泥混凝土路面中的应用，改善修复路面的路用品质和延长使用寿命，该文对水泥混凝土路面预制拼装快速修复的关键技术即预制板块的调平技术和预制板块灌浆技术进行研究。

预制拼装修复技术准备工作

预制拼装修复技术的准备工作主要是指在混凝土板吊装施工之前的工作，包含：①混凝土板块的预制；②需修补的旧混凝土破除；③旧混凝土板开槽(为了保证预制拼装板块与相邻板块的传荷能力)；④基层的处治与找平。由于以上施工流程已有大量的研究成果，该文不再赘述，详细内容可参考文献。

预制拼装修复关键技术

预制板拼装技术是指在预制板块吊装前所有准备工作完成后，包括板块的运输、吊装、板块调平、传力杆(拉杆)预留槽回填、预制板的底部灌浆及接缝处理等一系列技术，由于篇幅有限，该文仅论述混凝土板的调平和预制板的底部灌浆等关键技术。

混凝土预制板调平技术

保证路面的平整度是预制拼装快速修复的关键技术之一。通过控制基层找平材料平整度、混凝土预制板块的尺寸精度，路面的平整度有不同程度的改善，然而路面可能还存在错台。根据《公路水泥混凝土路面养护技术规范》(以下简称《规范》)“对超过1cm的错台，采用水泥混凝土或沥青砂处治；错台量小于1cm，可磨平机磨平或人工凿除。”《规范》提出的混凝土或沥青砂的处治严重错台耐久性差。由于加铺的厚度小且加铺层与旧混凝土层间粘结力差(在旧混凝土上凿毛或刷涂粘结剂不能有效解决层间粘结力)，在行车荷载(层间剪切应力)和自然环境(冷热交替、冻融循环、水的侵蚀等)作用下加铺层会发生不同程度的脱落。机械磨平或人工凿除虽然可有效解决错台问题，但施工效率太低，长时间的封锁道路，交通管制难度增加，也带来安全隐患，另外机械磨平有损路面的抗滑构造，对车辆的高速运行不利。近年来出现精铣刨技术处治混凝土错台，笔者有幸参加了桂柳绕城高速公路精铣刨错台处治课题。该技术能有效处治错台问题，但是中国国内铣刨设备少，铣刨刀片间距小，铣刨鼓也需专门定制，小范围的处治错台成本高。因此，探索预制板块错台处治技术尤为重要。

根据预制拼装将吊装构件集吊装、灌浆功能于一体思路。吊装环与带内纹的套筒连接，可自由拆卸；加固钢筋保证在吊装、调平时应力能有效传递，避免应力集中。在外力作用下内六角螺帽带动螺栓从而达到调节预制板块高度，支承柱调节板体位置的方法有两种：①预先将调平支承柱拧出，支承路面板，拼装就位后观察预制板块与相邻板块间错台量，根据错台情况再缓缓降低(将螺栓拧进)板块位置；②吊装后测试错台量(预制板块、找平层的厚度都经过精细的设计，并在吊装前重新检测两者厚度，确保预制板块高度和周围板块高度一致，因基层找平材料在自重的作用下可能发生一定量的变形，因此预制拼装板的高度常常低于相邻板块)。将调平支承柱拧出提升预制板块高度，从而达到解决错台的目的。上述两种调平方法的思路不同，前者是将螺栓拧出即假设吊装板块高于其周围板块，通过调平支承柱的拧入来降低预制板块；后者主要是考虑到基层找平材料的竖向变形导致板块高度小于相邻板块，通过提升预制板块，解决错台。当调平支承柱调节至混凝土板块标高后应立即在预制板的底部进行灌浆，灌浆料经４个溢浆孔同调平支承柱一并承受荷载。

为了验证设计构件的可行性，对构件进行了单板调平试验。螺栓调节的高度有限，只是微小的调节，调平效果与基层找平材料类型、强度有密切的关系，找平层材料强度低，在调平过程中，螺栓底部接触的材料可能“起粉”(预制板块自重大，螺栓底部与基层接触面积小，导致压强过大)，导致螺栓陷入基层，无法调节板块高度。另外，溢浆孔因调平支承柱的陷入而发生堵塞的现象，因此需对支承柱底部进行改进。溢浆孔在调平螺栓端部通过螺纹连接一定厚度的铁块，从而加大了板体支承面积，铁块与调平螺栓端部类似铰接，保证螺栓不承受水平剪力。

混凝土板块灌浆施工技术

预制板块拼装后，基层与板底可能存在不同程度的脱空。这种脱空现象若得不到及时恰当的处理会影响预制拼装板的服务寿命。预制拼装板的脱空采取板底灌浆的方法，一般在板上预留或钻取直径30~50mm的灌浆口，灌浆孔深度为板厚。灌浆材料有一定的流动性，在压力作用下能填充、密实脱空部位，但随着灌浆料不断地渗透、填充，其流动性会逐渐降低，无法保证离灌浆孔较远的脱空部位填充满。因此，在预制拼装板的板底预留灌浆通道。灌浆通道一般是在底模板上设置半圆形钢管(截面半圆形通道)，圆形灌浆孔道阻力小，有利于填充。若使用半圆形钢管困难，也可用槽钢代替(矩形截面通道)。灌浆通道不宜在预制板全长度或宽度方向布置，灌浆材料在压力的作用下可能从接缝大量溢出，一般距离边端300~500mm。当灌浆料的流动性较差时，考虑在板块短边也预留灌浆通道。

预制拼装的板底灌浆比较灵活，吊装完毕后直接灌浆。若无足够的施工时间可第二天灌浆，最迟不得超过一周。浆液的强度要在12h或24h内不低于规范规定的3.5MPa。采用热拌沥青混凝土料、沥青冷补料、干拌砂浆、自流平砂浆、贫混凝土、连续密级配的碎石等作为基层找平层时，需要对板底灌浆。采用连续密级配的碎石碾压到一定压实度后并在上层铺设细集料基层且采用激光找平可不灌浆。预制拼装板的灌浆通道为26mm的半圆灌浆通道。半圆形截面有利于浆体的流动，直径较小对板体强度无不利影响。板底灌浆通道与表面灌浆口相连，若采用螺杆插入式吊件，灌浆通道和吊装点相重合，更有利于浆液沿着通道到达脱空点。

板块灌浆技术通过压浆机的压力，将水泥浆填充在预制板块的脱空部位，使孔隙部位充实，达到基层均匀支承面板的目的。主要的工艺有：制备浆液、压浆、封口、清洗、养生。

板底浆液属于隐蔽工程，施工前需严格控制原材料和配合比。浆液的流动性应良好，在压力作用下能有效扩充灌浆区的各个部位，浆液应具有一定的可泵性、可灌性、强度高，在施工中浆液不能泌水。浆液的搅拌时间不能小于150s，为保证灌浆质量可对灌浆料过筛，压浆前应按照相关规范对灌浆料的流动性、凝结时间、强度、干缩性等进行试验，且对板块接缝处进行封堵处理，避免压浆过程中浆液的浪费和污染板面。

灌浆料长时间静止会产生分层或沉淀，施工时尽量缩短灌浆料的放置时间。对放置过久的材料(初凝之前灌浆料依然可以使用)，应重新搅拌。压注浆液时，应缓慢均匀加压，一般当压力达0.5~1.5MPa之间某一值时，应保持稳压状态2~3min以上，让浆液在板底充分流动渗透，以达到挤密和充实的效果，然后打开卸荷开关，缓慢降压，压力回零；根据施工经验，压浆时压力一般控制在0.5~1.5MPa，在施工过程中应随时观察控制；压浆过程中，前期的封堵效果不良时，会有浆液的溢出，此时应采取相应措施(泡沫、麻绳等质软材料封堵)，若溢出量较大时，应立即停止施工。

压浆机恒压在0.5~1.5MPa，时间2~3min以上没有注上浆液，则可视压浆已满。若接缝处有浆液的溢出，采取封堵措施后没有注上浆液，则停止注浆。传力杆(拉杆)槽口的浆液灌满以相邻出浆口溢出浆液为准。在灌浆过程中若压力表指针异常跳动或发电机声音突然增大应立即停止灌浆。对灌浆完毕的孔道用木塞封孔。压浆完后，浆液设备及时用水清洗，且防止浆液污染路面。

压浆结束应立即拔出灌浆栓塞，立即插上木塞，以便有足够的时间使灰浆充分凝固。在不会回复压力，确保灰浆不会从孔中挤出时，方可将木塞拔出，并用快凝水泥砂浆永久性密封孔口，先用钎子捣实，然后抹平，最好比原路面高出1~2mm，或者加一定量的膨胀剂，防止水泥砂浆收缩后低于原路面，形成坑洞。灌浆后2h内禁止车辆通行，根据材料的强度确定养生期。

工程应用

根据该文提出的预制拼装快速修复关键技术即吊装、调平、灌浆构件以及板底灌浆技术应用于广西某高速公路。实践表明该文设计的调平构件能保证路面具有良好的平整度，通过在板底设置灌浆通道避免了修复路面的基层与预制拼装板块的空隙存在，另外，集吊装、调平、灌浆于一体的构件节省了灌浆施工过程中钻孔的时间，具有良好的经济性和实用性。在浇筑预制板前，构件用塑料等材料密封，且在浇筑混凝土中保护好；构件周围的加固钢筋与钢筋网片固定，混凝土板的传力杆槽的位置固定，避免与相邻板块的传力杆发生错位。由于板块的横向(图中短边)存在传力杆，吊装过程中注意观察传力杆与传力杆槽的就位，若位置完全匹配，此刻起重机应缓缓下降，避免因板块急速下降导致传力杆发生松动或破坏。

结语

预制拼装快速修复技术是一项养护时间短、对交通影响小、耐久性良好的实用技术。通过对其关键技术即预制板块的调平技术和预制板块灌浆技术进行研究，设计的新型预制拼装构件具有吊装、调平、灌浆等功能，通过工程应用表明该构件能有效地降低施工养护成本，节省施工灌浆钻孔耗费的时间，具有一定的应用推广价值。工程实践结果表明：该文提出的预制拼装快速修复的关键技术适用性强，能保证预制拼装修复的路面具有良好的平整度及基层均匀支承预制拼装板面层，能较大地改善行车舒适性和延长道路使用寿命。

来源：徐科博士