水泥混凝土路面脱空识别与高聚物注浆快速维修技术.pdf

本发明公开了一种水泥混凝土路面脱空识别与高聚物注浆快速维修技术。利用落锤式弯沉仪(FWD)、探地雷达(GPR)检测评价路面性能，判断路面板的脱空情况，实现对水泥混凝土路面脱空的无损快速识别。在需要进行脱空处治的路面板上打注浆孔并注射高聚物材料对路面进行修复。这种维修技术施工快捷、耐久性好、针对性强、注射的高聚物材料防水性能优良，不仅可以节省大量经费和工期，避免了长期影响交通而造成的不良社会影响，而且有利于保护环境和节约资源。该发明将FWD、GPR等脱空识别无损检测技术与高聚物注浆快速维修技术进行集成，为水泥混凝土路面脱空检测和养护维修提供了先进、高效、经济、实用的整套技术。

1.   一种水泥混凝土路面脱空识别技术，其特征在于：
(1)利用落锤式弯沉仪(FWD)识别水泥混凝土板下是否有脱空的方法为：在路面板同一测点测出3个不同级别荷载下的弯沉，建立荷载与弯沉的相关关系，如果该位置没有脱空，则荷载弯沉相关直线经过原点或弯沉轴截距小于50mm，否则，如果截距大于50mm，则可认为该测点位置板下脱空；
(2)利用探地雷达(GPR)识别水泥混凝土路面脱空的方法为：
a、利用探地雷达(GPR)检测水泥混凝土路面，采集雷达的反射信号；
b、分析雷达反射波的形状和时延，如果反射信号发生反相，则该位置存在脱空；
c、根据反射波形中反相波形的时间差计算脱空深度，并得到脱空区域的脱空性质。

2.   基于权力要求1的水泥混凝土路面高聚物注浆快速维修技术
(1)利用落锤式弯沉仪(FWD)、探地雷达(GPR)脱空识别技术，判断路面板的脱空情况，确定需要进行处治的路面板；
(2)对于需要处治的混凝土路面板，在板缝两侧，以一定的间距钻注浆孔；
(3)通过注浆孔向水泥混凝土板下注射高聚物材料，路面抬升量用压浆泵通过控制高聚物注射速率控制；注射完成后，将注射枪从注浆孔退出来；
(4)处治路面高程，将其控制在施工断面高程的6mm误差范围之内，如果混凝土板长度在15m以内，可以通过一根拉紧的直线绳控制，如果长度更长，则需要用激光水平仪进行监控；
(5)再利用落锤式弯沉仪、探地雷达检测技术检测评价路面性能，确定注浆效果，如满足要求，则停止注浆；如不满足要求，则需进行补注，直到达到要求为止；
(6)用非膨胀性的薄水泥浆封上注浆孔。

水泥混凝土路面脱空识别与高聚物注浆快速维修技术
技术领域
本发明属于路基路面检测与养护维修技术，尤其涉及水泥混凝土路面脱空识别与高聚物注浆快速维修技术。
背景技术
20世纪90年代以来，我国高速公路建设发展迅速。水泥混凝土路面作为高等级公路的主要路面类型之一，在我国占有大约25％的份额。据预测，至2010年底，我国水泥混凝土路面公路里程将突破15万公里。但是许多由于多种原因，许多水泥混凝土路面建成不久就不能适应车辆通行的需要，产生了诸如脱空、沉陷、拱起、严重的破碎和裂缝等各种各样的破坏现象，其中脱空是最常见和普遍的病害，如果不及时对脱空进行识别和处治，势必造成混凝土路面板的断裂和路面使用性能的加速衰变。可以看出，随着水泥混凝土路面的迅速发展，通车里程的不断增加，检测与养护管理任务将日益繁重，对其检测和维修新技术的需求十分迫切。
准确评定混凝土板下脱空状况是对水泥混凝土路面进行养护维修的基础。大量的研究表明，准确的进行混凝土板下脱空状况评定是很困难的，现行的脱空的检测主要以经验和人工方式为主，因此需对脱空评定方法及其理论进行进一步的研究。在养护维修方面，目前，我国对水泥混凝土路面的养护维修还主要依赖于以经验为主的传统决策方式，使得养护维修长期处于“头痛医头，脚痛医脚”的被动局面。传统的养护维修方法一是开挖式维修，费时、费力、造价高，也不利于环保；另一种是对病害部位进行水泥压浆处理，这种方法是目前解决路面沉陷、脱空等病害的主要方法。该法的基本原理为通过压浆泵的压力推动，将拌和好的材料经过压浆管压入到基层或底基层，直至渗透到路基，以达到充分填充孔隙的目的。该法虽然与破坏性的开挖式维修相比工期较短，但是存在压浆孔较大，对路面有一定的损害、压浆压力不容易控制、浆液的流动性不好，需要一定的养护时间、耐久性能不好等不足。
可以看出，现行传统的水泥混凝土路面检测与养护维修方法已不能满足日益繁忙的交通需要，急需发展快速、高效的水泥混凝土路面脱空识别与养护维修新技术。
随着我国高速公路建设的迅速发展，以落锤式弯沉仪(FWD)和探地雷达(GPR)为代表的无损检测技术受到日益广泛的重视。落锤式弯沉仪较好地模拟了实际行车荷载对路面的动力作用，测速快，精度高，在国内外已得到普遍应用。探地雷达在快速检测路面结构层厚度方面具有明显的优越性，在水泥混凝土路面脱空识别、基层及路基缺陷识别、压实度及含水量快速分析方面显示出广阔的发展应用前景。
落锤式弯沉仪利用液压系统提升一重锤，释放后对路面施加脉冲荷载，应用高精度传感器采集路面多点弯沉信息，为进一步分析路面结构层刚度和承载能力提供了基础。探地雷达通过发射天线对路面发射高频电磁波，电磁波遇到结构层界面时发生反射，反射信号由接收天线采集，从而为分析路面结构层介电特性及厚度、脱空状况等提供了基础。
国际上关于高聚物注浆快速维修技术的研发起步较早，90年代取得了重大进展，并在美国、加拿大、澳大利亚等国家得到广泛应用。存在的主要问题是高聚物注浆施工工艺一直建立在经验基础上，与落锤式弯沉仪(FWD)、探地雷达(GPR)等先进检测技术相脱离。因此，虽然高聚物材料耐久性达到10年以上，但注浆维修效果却不能得到保证。
上述的高聚物注浆快速维修技术包括浅部注射和深部注射，其中浅部注射技术主要用于混凝土面板的脱空修复及提升，深部注射技术主要用于路基及基础设施地基的加固。
高聚物注浆技术通过注射双组分高聚物液体来维修路面基层和加固路基。注射的高聚物液体通过化学反应形成固体，同时体积迅速膨胀，从而填充路面结构中的脱空，并向周围介质施加可控的压力。
发明内容
本发明的目的是克服以上现有技术不足，基于落锤式弯沉仪(FWD)、探地雷达(GPR)无损检测技术开发水泥混凝土路面脱空识别技术，并将落锤式弯沉仪、探地雷达脱空识别无损检测技术与高聚物注浆快速维修技术进行集成，建立注浆基本参数与落锤式弯沉仪及探地雷达检测评价指标之间的相关关系，为水泥混凝土路面脱空检测和养护维修提供先进、高效、经济、实用的整套技术。
本发明是通过以下技术方案实现的：
水泥混凝土路面脱空识别技术，
(1)利用落锤式弯沉仪(FWD)识别水泥混凝土板下是否有脱空的方法为：在路面板同一测点测出3个不同级别荷载下的弯沉，建立荷载与弯沉的相关关系，如果该位置没有脱空，则荷载弯沉相关直线经过原点或弯沉轴截距小于50mm，否则，如果截距大于50mm，则可认为该测点位置板下脱空；
(2)利用探地雷达(GPR)识别水泥混凝土路面脱空的方法为：
a、利用探地雷达(GPR)检测水泥混凝土路面，采集雷达的反射信号；
b、分析雷达反射波的形状和时延，如果反射信号发生反相，则该位置存在脱空；
c、根据反射波形中反相波形的时间差计算脱空深度，并得到脱空区域的脱空性质。
本发明的优点为：实现了对水泥混凝土路面脱空的无损、快速检测，克服了现行的水泥混凝土路面脱空检测主要以经验和人工方式为主的不足。
水泥混凝土路面高聚物注浆快速维修技术，
(1)利用落锤式弯沉仪(FWD)、探地雷达(GPR)脱空识别技术，判断路面板的脱空情况，确定需要进行处治的路面板；
(2)对于需要处治的混凝土路面板，在板缝两侧，以一定的间距钻注浆孔；
(3)通过注浆孔向水泥混凝土板下注射高聚物材料，路面抬升量用压浆泵通过控制高聚物注射速率控制；注射完成后，将注射枪从注浆孔退出来；
(4)处治路面高程，将其控制在施工断面高程的6mm误差范围之内，如果混凝土板长度在15m以内，可以通过一根拉紧的直线绳控制，如果长度更长，则需要用激光水平仪进行监控；
(5)再利用落锤式弯沉仪、探地雷达检测技术检测评价路面性能，确定注浆效果，如满足要求，则停止注浆；如不满足要求，则需进行补注，直到达到要求为止；
(6)用非膨胀性的薄水泥浆封上注浆孔。
本发明具有以下几个优点：
1、耐久性好。注射的高聚物材料防水性能优良，基本无收缩(10年内体积收缩1～3％)，并具有较好的弹性。而传统水泥压浆会产生干缩，固结后为脆性材料，抗折强度低，因此耐久性较差。
2、施工快捷，不需养生。材料注射后15分钟内即形成90％的强度，即可放行交通。
3、针对性强，可控性好。高聚物材料在膨胀过程中可自行填充、加固松散区或软弱区，对周围介质压力主要取决于注浆量的大小，注浆量的控制与调整显然比注浆压力的控制与调整更为方便。
4、高聚物材料体积膨胀可达液体体积的10～20倍，因而自重轻(不到同本积水泥浆的10％)，不会像水泥压浆那样给地基增加大量荷载。
5、高聚物注浆维修技术与传统的维修方法相比，不仅可以节省大量经费和工期，避免了长期影响交通而造成的不良社会影响，而且有利于保护环境和节约资源。
附图说明
图1是FWD脱空识别技术的基本原理——三点回归判别脱空；
图2是GPR脱空识别技术的基本原理。
具体实施方式
实施例：本发明的水泥混凝土路面脱空识别与高聚物注浆快速维修技术包括以下内容：
水泥混凝土路面脱空识别技术，
(1)利用落锤式弯沉仪(FWD)识别水泥混凝土板下是否有脱空的方法为：在路面板同一测点测出3个不同级别荷载下的弯沉，建立荷载与弯沉的相关关系，如果该位置没有脱空，则荷载弯沉相关直线经过原点或弯沉轴截距小于50mm，否则，如果截距大于50mm，则可认为该测点位置板下脱空；
荷载与弯沉的相关关系式如下(如附图1)
D＝aP+b
其中：D-中央弯沉值，mm
P-荷载值，kPa
a为关系系数，b为弯沉轴截距
(2)利用探地雷达(GPR)识别水泥混凝土路面脱空的方法为：
a、利用探地雷达(GPR)检测水泥混凝土路面，采集雷达的反射信号；
b、分析雷达反射波的形状和时延，如果反射信号发生反相，则该位置存在脱空；
c、根据反射波形中反相波形的时间差计算脱空深度，并得到脱空区域的脱空性质。
GPR之所以能应用在路面探测中，其根本在于路面不同结构层的介电特性不同，从而引起电磁波在遇到不同介质的分界面时发生反射，反射波的波幅与分界面上下介质的介电特性有关，其介电特性差别越大，反射波波幅越大。
水泥混凝土路面板下脱空分为气充脱空和水充脱空两种，两种情况大致原理相同，但是相应反射波形不同，因为空气相对介电常数为1，而水的为81。所以两者引起的反射波波相相反，而且波幅大小不同。
气充空洞反射波如附图2所示，空洞上下两个表面就构成了两个反射界面：砼-空气，空气-基层。由A，B两反射波可以看出，由于A，B两点的反射系数示一正一负，因此导致A点反射反相。C是A和B的叠加结果，GPR最终得到的波形是C.
当空洞为水充空洞时，构成的两个反射界面为：砼-水，水-基层。则反射波也是象气充空洞一样，得到的是两个波形的叠加效果。
通过附图2得到叠加波形中反相波形的时间差就可以计算出脱空深度，从而对脱空位置作出判断，并得到需要处理的脱空区域的脱空性质，为制定合理的注浆方案提供依据。
水泥混凝土路面高聚物注浆快速维修技术
(1)利用落锤式弯沉仪(FWD)、探地雷达(GPR)脱空识别技术，判断路面板的脱空情况，确定需要进行处治的路面板；
(2)对于需要处治的混凝土路面板，在板缝两侧，以一定的间距钻注浆孔；
(3)通过注浆孔向水泥混凝土板下注射高聚物材料，路面抬升量用压浆泵通过控制高聚物注射速率控制；注射完成后，将注射枪从注浆孔退出来；
(4)处治路面高程，将其控制在施工断面高程的6mm误差范围之内。如果混凝土板长度在15m以内，可以通过一根拉紧的直线绳控制，如果长度更长，则需要用激光水平仪进行监控；
(5)再利用落锤式弯沉仪、探地雷达检测技术检测评价路面性能，确定注浆效果，如满足要求，则停止注浆；如不满足要求，则需进行补注，直到达到要求为止；
(6)用非膨胀性的薄水泥浆封上注浆孔。