桥头搭板脱空的成因和现行处置方法的讨论
作者：李学刚
来源：《城市建设理论研究》2013年第33期
摘要：桥头搭板脱空是一种很普遍的路基病害。本文仔细阐述了桥头搭板脱空的成因，详细介绍了灌浆技术的处理方法，着重介绍了处理搭板脱空的灌浆技术的作用、机理、以及较为完整的施工工艺等，并分析了施工工艺中存在的问题。 关键词：搭板脱空原因分析处理方法 中图分类号： TU47 文献标识码： A
近年来，我国高等级公路建设突飞猛进，高速发展。许多公路在经过多年运营之后，加之车流量变大，重载车增多，逐渐显现出了多种病害。尤其是各种通道在重载车的作用下，桥梁搭板易发生脱空、沉陷等先期病害，从而形成搭板断裂以及桥头跳车。桥梁的搭板脱空是高等级公路比较常见的病害，也是目前公路建设的通病之一。由此造成搭板断裂、桥头跳车等导致的车辆颠簸影响了行车舒适，严重的还会引起交通事故，并对桥涵的整体结构形成严重危害。如何有效的防止和解决桥头搭板的脱空问题，延长桥头搭板的使用寿命，对解决搭板断裂、桥头跳车和提高公路使用质量、改善公路通行能力具有十分重要的意义。 1桥头搭板脱空形成的主要原因 1. 1桥头搭板脱空的病害特点
搭板处路面出现脱空沉陷，桥头一侧基本上没有下沉，而与路面相接一侧下沉较大，造成搭板与路面相接处形成裂缝，车辆通过时会发生桥头跳车现象。由于搭板脱空，致使车辆驶过时搭板产生剧烈颤动。雨雪天时，水顺着搭板裂缝渗入基层，继续冲刷路基，形成积水，桥下可见泥浆顺桥台涌出，致使脱空情况进一步加重。某些脱空严重的搭板甚至会发生断裂。桥头搭板脱空的存在，严重影响了桥涵结构物的稳定性和行车的安全性、舒适性。 1. 2病害原因的主要原因分析
桥头搭板脱空是目前普遍存在的病害。资料表明[1]，引起搭板脱空的主要原因有：○1台背填料不密实，压实度达不到要求。大多数高速公路在建设期是桥、路同建，桥涵建成后再行回填桥台背，这样，就很不利于大型机械进行无遗漏、密结合碾压，从而造成回填材料的密实度不匀，产生不均匀沉降，致使搭板局部范围不再与基层保持连续接触，造成搭板局部脱空。○2雨水流入，填料流失由于接缝养护不及时，雨雪水从破损处侵入搭板下。在车辆荷载作用下，雨水和路基材料中的细组料形成唧浆和泥浆顺桥台流出，致使板底下的细组料不断减少，
进而形成脱空。由于桥涵运营中挠度(弯沉)作用，导致伸缩缝与搭板之间缝隙张裂。养护、灌缝不利造成路面水渗入，造成台背下沉、锥坡下滑，并对台背造成进一步下滑牵引。一旦有水渗入，车轮碾过时造成的真空泵吸冲刷搭板下部细组料成分造成脱空，步入恶性循环。○3我国公路的基（垫）层材料一般选用稳定集料，在重车荷载的反复作用下，搭板下基（垫）层与其他连接处路面下的基层均会产生累计塑性变形。
车辆超载的破坏在车辆荷载尤其是超载车辆的作用下，面板受到巨大的垂直荷载作用，不断地对板底路基进行补充压实，最后形成脱空。由于水泥混凝土搭板抗压强度较高而抗折强度较低，加上对超载敏感，一旦板底脱空，致使路基形成不均匀支撑，从而改变了桥头搭板与路基密贴的实际机理，使弹性地基上弹性薄板受力模式变成悬臂薄板受力模式。在车辆荷载作用下过早的产生断裂，而这种断裂是不规则的，养护较难处理。这样就加快了雨水的侵入，加大脱空面积和深度，进而使断裂增加。这样反复作用，最终导致搭板严重破坏，不能行车。○4台背与路基连接不好台背位于桥涵通道与路面连接的接合部位，一般情况下还设有伸缩缝、搭板等构造物。桥(涵)台一般是用混凝土浇筑的，成型后除非台底地基发生沉降、变形，通常桥(涵)台本身的竖向沉缩量是很小的，属刚性构造物，而台背填土一般采用集科回填，属柔性构造物，由于路基填土存在孔隙，其下降是不可避免的。桥台和台后路基的刚度不同，导致搭板下降，是造成台背与路基连接不好的原因之一。○5施工质量较差，没有严格的质量检验和验收标准。有些施工队对台背与路基接茬处不重视，使台背与路基中间存在夹层，造成台背与路基处产生台阶，使该部位变成薄弱部位，这也是造成桥头搭板脱空的主要原因之一。 1. 3 搭板脱空的确定
桥头搭板的脱空可以采用人工观察法来确定。人工确定法是通过肉眼观察接缝、裂缝、唧泥等情况来初步确定脱空的。当重载车行过，能感觉到搭板有竖直位移时，或下雨后有明显的跳车，重载车行过时有明显的沉陷现象，都可以认为是存在脱空。但是，这种方法的缺点是主观性强，即使是经验丰富的工程师也不能避免错判、漏判。此外，搭板脱空的识别还可以采用探底雷达（GPR）来参考和识别[2]。探底雷达在我国的应用始于90年代初，主要应用在道路质量的检测上。路面雷达能够根据回波信号识别出空洞、裂纹、松散、剥落、脱空、地基缺陷等结构性缺陷问题的。路面雷达技术是一种先进、高效、无损、连续的检测技术，它能精确的确定缺陷区的形状、大小、深度，能在大范围内进行检测和定位，劳动量小、装备轻、方便使用，而且不受周围环境的影响。但是，目前的研究尚不充分，还应该进一步拓展路面雷达在结构缺陷识别方面的研究应用。 2 桥头搭板脱空现行的处置方法
在现有的桥头搭板设计理论中，搭板通常是以小挠度的弹性薄板来处理，它是一种准脆性的材料，抗压强度较高，但是抗弯拉性能比较差。正常情况下，桥头搭板均匀支撑，无论是荷
载的作用还是搭板位置，应力都比较小。但是，脱空一旦发生，板角处由于基础无支撑而处于悬臂状态，板内也会因为无支撑而产生过大的应力、剪力，于是桥头搭板很快就达到极限寿命。国内高等级公路的运行历史表明，公路营运一定时间后处理桥头搭板脱空问题是必要的养护程序。所以如何有效、经济地处理桥头搭板脱空，是公路桥梁养护 单位要解决的重要技术问题。
灌浆法是处理搭板脱空问题的首选方案，在地基处理中应用很多，主要是在工程运行期实施的补救措施。因此，公路搭板脱空处理问题实质上是在工艺和材料用量的前提下采用灌浆方案，无疑是灌浆技术解决的新问题[3]。 2. 1传统处置方法
传统的搭板灌浆方法是通过注浆管，施加一定压力，将浆液均匀地注入板底脱空区域、板下基（垫）层中，以填充、渗透、挤密等方式，赶走板底、基层裂隙中的积水、空气后占据其位置，使路基土体孔隙比减小、强度提高，同时水泥浆液中添加了微膨胀剂，水泥胶体膨胀后可以起到抬升搭板的作用，达到填充搭板下的空洞，加固路基的目的。经过人工控制一段时间后，浆液将原来的松散颗粒或裂缝胶结成为整体。因而要求填充拌和物应有较好的粘聚性、较高的流动性和较小的干缩性，并要求在注浆过程中不离析、不泌水。胶凝材料要保证注浆拌和物能顺利地压入板底，要求注浆拌和物具有良好的可泵性、保水性、因此选择保水性好、泌水性小的水泥作为注浆拌和物的胶凝材料[4]。注浆方式可采用自流和压力灌注结合，在注浆顺序上，先施工边缘帷幕孔，再施工加固孔。注浆方式通常采用自流和压力灌注相结合的方式注浆。注浆时采用多孔多次灌入的方法且速度由快到慢，顺序先低后高，加压大小视情况而定。单孔压浆结束标准是邻孔注满自溢，然后再换其他孔注浆，保证搭板下填满，使搭板具有足够的承载力。当注浆压力达到设计要求时，终止注浆。
但是这种方法也有很多缺点：○1对交通的影响。传统的水泥注浆技术施工时间较长，施工期间需要进行道路封锁，注浆结束后还需要进行一定时间的养护，对于交通繁忙、车流量大的高级公路、桥梁来说影响较大。○2水泥浆液自量的影响。使用纯水泥注浆液灌注，可能因为搭板下填筑体含有的通道较多、延伸较远而消耗掉大量的水泥，仅水泥用量一项就花费巨大。而水泥注浆液凝结之后所产生的自重也是不能够忽视的。如果注入的水泥浆液过多的话，凝结后产生的重量就会加重地基土的承载重量，不利于路基的自身稳定性。○3水泥注浆液凝结后有着良好的抗压性能，但是弹性和抗拉性能很差，不能够满足桥头搭板设计要求。○4压力的确定。灌浆压力是灌浆工艺的重要指标，板底脱空注浆时压力过大将造成浆液流入搭板与下部面层之间，对土基产生劈裂作用，致使桥头搭板拱起或断裂而破坏路基原有结构；灌浆压力过小，浆液不能很好的进入脱空空腔和砂土孔隙，填充不密实，影响灌浆效果。○5进行水泥注浆的时候，如果不能够完全的把脱空中的积水擠出，这样的话就造成了二次水害，进而有可能再次发展成脱空。○6水泥压力注浆器的注射管孔径比较粗，如果对同一块桥头搭板进行
多次注浆的话，需要钻很多注射孔，这样很有可能破坏了路面原有的结构，对整个道路造成结构性的破坏。
2. 2 水平注浆技术
传统的处理搭板脱空方法施工方便，但是存在很多问题。于是，在传统的竖直灌浆工 艺的基础上，提出了水平灌浆技术[5]。施工先在灌孔中埋设劈裂管，再插入射浆管至灌孔底部，从里往外逐段灌浆，每段长为2m，每段灌浆达到结束标准后即抽出射浆管2m。这 种方法可以避免竖直灌浆法遇到的一些问题，但仍需要调整浆液配合比和灌浆参数并搭没一个工作平台，在技术上还是不够完善。 2. 3 高聚物注浆技术
高聚物注浆技术一种处理路基脱空病害的新方法，它是20世纪70年代后期发展起来的道路等基础建设快速维修技术，并在欧洲和北美国家得到广泛应用。它在处理脱空问题上具有很大的优势，也是将来处理脱空问题的必然发展趋势。
高聚物注浆技术分为浅部注浆技术和深部注浆技术。浅部注浆技术主要用于处理混凝土面板的脱空修复及提升，适合处理桥头搭板的脱空问题；深部注浆技术主要用于路基及基础设施的地基加固。它通过压力注射管进行双分组注射，把两种浆液分别注入管底的脱空区域中，两种液体在管底处迅速发生反应，并自动寻找空隙进行填充，充分反应后形成的膨胀物将积水从脱空中排出，然后填充满整个脱空区域，可以达到处理脱空、维修路基的目的。高聚物注浆技术有很多特点[6]：○1施工时间短，浆体注射后迅速反應（6～10s），15分钟内就可以达到90%的强度，不需要养护，反应结束后交通可立即放行。对比水泥注浆技术节省工期70%以上。对交通的影响，尤其是交通量大、重载车多的高等级公路、桥梁的影响很小。○2浆液注射后，在管底发生反应，浆液体积迅速膨胀，膨胀后产生的自重只有同等水泥浆液凝结后自重的10%，不会加重地基土的承载重量，而且对路基的自身稳定性没有任何影响。○3高聚物注浆后的凝结物有着良好的抗压性能，和水泥注浆物相比，还有良好的弹性和抗拉性能，满足桥梁对桥头搭板的设计性能要求。○4高聚物注浆技术是一种基本对路面没有任何损坏的注浆技术，压力注射器的孔径只有16mm，基本对路面无损，不会影响路基的整体结构，对结构基本无损害。○5凝结后的膨胀物具有良好的防水性，不会收缩，耐久性好，无毒无味，并且避免了水泥注浆维修造成的资源浪费和环境影响，不会产生任何污染。
由此可见，对比传统的水泥注浆技术，高聚物注浆技术是一种快速、高效、无损、先进的处理搭板脱空的技术，但是它还是不可避免的有它的局限性：由于脱空识别技术对脱空的识别
还停留在定性阶段上，不能够完全定量的识别出脱空空腔的大小以及板底脱空所发生的位置，这就使高聚物注浆技术还不能够准确的判断出注浆的深度，计算出注浆量的大小。 结语
桥头搭板是否脱空以及脱空程度的大小是灌浆处理前首先要解决的问题。调查研究表明，桥头搭板脱空是客观存在的，它产生的主要原因是桥梁和路基产生了不均匀沉降，还有设计中没有针对不同填土高度及结构物形式提出相应的地基承载力要求和填料选用标准；施工质量较差，没有严格的质量检验和验收标准；车辆超载现象严重，交通负荷等级不断提高等客观原因。通过国内外许多高聚物注浆技术使用实例可以看出，维修后的桥头搭板普遍达到了设计要求，没有发现任何桥头搭板再出现脱空、唧泥和沉陷等现象，达到了根治病害的目的。虽然现在对于脱空空腔大小的识别和脱空位置的确定还不是很准确，但是相信随着探底雷达技术对脱空识别的进一步发展，高聚物注浆技术一定会解决上述的一系列问题。 参考文献
[1]. 李欢. 探讨公路桥涵搭板脱空的防治措施.建筑施工.2007
[2]. 张蓓. 路面结构层材料介电特性及其厚度反演分析的系统识别方法路面雷达关键技术研究.2003
[3]. 张玉滢，李国维，钱尼贵，蒋雪琴. 灌浆法处理公路桥台搭板脱空试验研究.公路交通科技.2005
[4]. 高建国. 灌浆法处理桥头搭板脱空、沉陷应用讨论.交通标准化.2008 [5]. 谢宝健，谭伟. 高速公路桥头搭板脱空灌浆试验研究.山西建筑.2007 [6]. 张蓓. 高聚物注浆技术.2008
