隧道水泥处置碎石排水基层配合比设计及应用

郭小玉

渗漏水是隧道常见病害之一。由于地下水对隧道路面的破坏，致使路面在使用期间出现各种裂缝、松散、坑槽、错台、底板脱空等病害，极大地降低了隧道路面的使用寿命和行车安全。因此，良好的隧道防排水，是保证隧道耐久性和行车安全的重要条件。

目前我国隧道使用最多的结构形式是半包式复合衬砌防排水结构，隧道内渗水和地下水主要是通过衬砌和路面排水层汇入到中央主排水管排出洞外。以前的隧道路面基层主要是水泥稳定层或水泥混凝土找平层，排水效果不佳，在雨水较多、裂隙极发育的地方排水不畅，极易形成水压力，特别是在没有设置仰拱的地段，容易造成路面的破坏。所以，设置排水基层就显得尤为重要。

1 工程概况

陕西省安毛高速公路牛山隧道隧址区地质为弱风化泥质板岩、石炭互层，变余结构，板状构造，片理，节理较发育，局部小型的褶曲发育，岩石呈中～薄层状结构，围岩稳定性较好。施工时洞室会有渗水、滴水现象。为了预防隧道路面受水侵蚀破坏，在路面下设置20 cm厚水泥处治碎石排水基层，将地下水和从衬砌背后汇聚的裂隙水引入路面中心排水沟，见图1。

2 排水基层混合料配合比组成设计

2.1 排水基层设计的技术要求

排水基层由水泥处置不含或少含粒径4.75 mm以下细集料的开级配碎石集料组成，要求7 d浸水抗压强度不得低于3 M Pa，水泥处置碎石集料透水系数在1 000 m/d～6 000 m/d之间。

2.2 原材料

1)水泥:可以采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥或火山灰水泥，但应选用初凝时间大于3 h，终凝时间较长的水泥。选用声威普通硅酸盐P.O42.5水泥。2)集料:集料使用质地坚硬、耐久、洁净的碎石，其压碎值不应大于30%，最大粒径不应超过26.5 mm，集料级配应满足透水性要求，透水系数不得小于300 m/d，最好选用3种～4种集料掺配而成，这样有利于更好地控制集料的级配，本工程选用3种集料掺配。3)水:饮用水均可。

2.3 配合比设计

1)分别按水泥剂量8%，10%，12%配制同一土样，不同水泥剂量的混合料。2)用重型击实试验确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度，试验结果见表1。3)按规定压实度(高速公路基层为98%)计算不同水泥剂量的试件应有的干密度。4)按最佳含水量和计算得出的干密度制备试件，不同剂量的混合料制备φ 150 mm×150 mm试件各9个。5)试件在规定温度(20±2)℃下保湿养生6 d，浸水24 h后进行无侧限抗压强度试验，计算试验结果的平均值及偏差系数见表2。6)根据表2，选用水泥剂量10%的混合料做渗透试验，按照选定的混合料配比即水泥∶碎石=10∶100，最大干密度2.28 g/cm3，最佳含水量3.6%，换算成每立方米用量为水泥∶碎石∶水=207∶2 073∶82=1∶10∶0.396。 重复拌和试料3次，并测定3次试验结果的算术平均值，作为水泥处置碎石的渗透系数。每次拌和试料用量为15 L，各材料用量见表3。

表1 重型击实试验结果

表2 无侧限抗压强度试验计算结果

表3 各材料用量 kg

经过成型成150 mm×150 mm×550 mm的立方体试件养护处理后，即可用常水头渗透仪进行渗透系数试验。3次试验结果分别为 1 760 m/d，1 827 m/d，1 827 m/d，算术平均值为1 805 m/d，符合设计规范要求在1 000 m/d～6 000 m/d范围内。

3 施工质量控制

1)施工准备。水泥处置碎石排水基层所需的各种原材料已到场，机具设备(压路机)、人员已到位。2)测量放线。严格测量放线，设计高程和中线控制桩点，严格控制基层表面平整度，基层高程、坡度满足施工规范要求，仰拱填充的顶面高程、坡度应满足设计要求。3)开挖清底。本隧道采用仰拱及C15混凝土填充的形式，对超高的混凝土填充必须用浅孔爆破或人工挖除进行处理，超低段用和基层相同的水泥处置碎石回填处理，并碾压密实平整。超低深度大于20 cm的进行分层碾压回填。在施工排水基层前，利用机械和人工相互配合把基层底的虚渣和杂物进行清除，表面清洗干净，经检验达到规范要求后，再进行下一道工序。4)拌料。混合料在中心拌合站生产。所有拌合设备都应按比例(质量比)加料，配料要精确。拌和要均匀，实际施工时水泥用量应不小于设计的0.5%，水用量则应不小于最佳含水量的1%，使混合料运到现场摊铺碾压时的含水量不小于最佳值。5)运输。混合料采用自卸汽车直接运至施工现场，运距远时，运送混合料的车厢应加以覆盖，以防水分损失过多。6)摊铺。采用人工进行全幅摊铺，但摊铺必须均匀，若粗细料有离析现象，应以人工或机械补充拌匀。为保证路基两侧的压实度，路面水泥处置碎石排水基层摊铺宽度应大于设计路面宽度(每侧)5 cm～8 cm，待碾压完成后，马上修整到设计宽度。7)整形。用人工整形时，应用锹和耙先把混合料摊平，用路拱横板初步整形:在碾压前用人工进行摊平，使其纵向顺适，横纵坡、标高符合规范要求，必须将高出部分刮除，并清理干净。8)碾压。运输车辆将拌和好的混合料运到现场后，根据松铺厚度标线进行摊铺、整平，用3 m直尺横向刮平，多推少补，挂线调整横坡。摊铺路段长度采用时间控制，一般控制在2 h以内，根据拌和与运输能力，该项工程铺筑长度约15 m。9)施工控制。a.水泥剂量:采用EDTA滴定法测定，每日检测至少4次，保证水泥含量。b.集料级配:采用筛分法，若细集料增多，要及时调整集料的比例，每日至少测两次。c.含水量:拌和时稍大于最佳含水量0.5%;作为现场控制，采用酒精燃烧法速度快，发现问题能及时调整。d.压实度采用灌砂法，每2 000 m2检查6点以上，满足最大干密度98%的压实要求，不足时要及时补压，但不宜超压，避免破坏结构空隙。e.强度:在施工时要求每天至少制作 1组φ 150 mm×150 mm 试件，每组9个，测 7 d(6 d标养，1 d浸水)饱水无侧限抗压强度。10)养生及交通管制。每段碾压完成后应立即进行草袋覆盖后洒水养生至少7 d，避免用大水冲，隧道为风口，每天应多次补充养生水，在养生期间水泥处置碎石排水基层应保持潮湿状态，除洒水车外，应封闭交通。

4 质量检验

1)平整度。使用3 m直尺测定最大间隙，首尾相连连续测量10尺，以行车道车轮轮迹带作为连续测定的标准位置。2)厚度及完整性。根据现行规范要求，采取随机取样的方式，这里使用路面取芯钻孔机钻检测排水基层的厚度及完整性。由于排水基层强度较低，芯样很容易遭破坏，所以使用直径150 mm的钻头。随机选取两个点，进行钻孔取芯，并量取取出的芯样的长度，分别为20.6 cm和21.5 cm，都超过设计厚度20 cm。观察所取出的芯样，发现芯样表面均匀完整，无夹层及松散颗粒，表明完整性良好。3)渗透系数。根据随机取样原则，在具有一定强度的排水基层上，用切割机截取长约70 cm，宽30 cm，厚为排水基层厚度的长方体试样，经加工成550 mm×150 mm×150 mm的长方体试块，经密封处理后，养护1 d即可进行渗透系数试验。经试验测得水在试件中渗流时间为25 s，渗透系数为1 900 m/d，符合设计要求。

5 结语

隧道排水基层就是针对排除由路面地下水、接缝、裂缝或空隙，或通过二衬渗入路面结构中的水而设置的排水层。通过纵向和横向的排水系统。将进入路面结构中的水迅速排出洞外，减少其对路面结构的危害，延长使用寿命。实践证明，在隧道路面设计和施工中，设置水泥处置碎石排水基层，不仅经济实用，节约成本，而且还有效地解决了隧道基层排水的难题，提高路面混凝土的耐久性，保证了路面的行车安全。

[1] JTG D70-2004，公路隧道设计规范[S].

[2] JTJ 018-97，公路排水设计规范[S].

[3] 张立同.对水泥稳定碎石基层施工的探讨[J].山西建筑，2008，34(2):290-291.

[4] JTJ 034-2000，公路路面基层施工技术规范[S].