地聚合物注漿技術在廣東清連高速板底脫空病害處治中的應用

鄧攀唐豹鄧金鵬

(1、廣東清連公路發展有限公司,廣東 清遠511518 2、深圳高速公路股份有限公司,廣東 深圳518000)

道路在長時間使用過程中，車輛荷載以及環境等因素影響，水泥板塊會出現早期病害，導致路面病害加速發展。從水泥砼路面病害調查及分析來判斷，層間脫空或粘結力不足是路面早期損壞的主要原因。傳統的開挖修復方式雖然處治徹底，但是工程量大、維修費用高、修復時間長，開挖廢棄物難以處置；也有采取面層、基層就地再生的方式直接加鋪路面結構層，但病害處治不徹底，容易再次產生病害，使用壽命短。因此，快速、高效、環保的養護方法成為將近年來路面養護的一個重要研究方向。非開挖式地聚合物注漿加固技術是一種比較有效的病害處治手段，加固后的道路結構層脫空消除、層間粘結緊密，結構中的微細裂隙得到了填充，道路結構強度均質化，承載力得到了明顯提升，道路使用壽命得到了延長。本文依托于清連高速2020年路面加鋪專項處治工程注漿加固項目，由西安長大公路養護技術有限公司施工，進而深入研究相關技術。

1 地聚合物注漿的優勢

隨著科技的發展，新材料不斷被研發出和應用在工程各領域，因材料的不同目前道路結構層病害注漿處治主要發展為四大類：水泥基注漿、高聚物注漿、地聚合物注漿、瀝青注漿。由于高聚物注漿原材料生產過程不環保、強度較低，長期會產生蠕變、老化、耐久性差，瀝青注漿原材料價格較高，注漿工藝復雜，對注漿設備要求較高，注漿過程容易破乳堵管，因此這兩種注漿在工程中應用較少。水泥基注漿其注漿強度高，抗滲性好、原料易得、成本低廉、工藝簡單、應用最廣，但其也有一定的缺點，易沉降析水、干縮性大、凝固前易被水稀釋沖刷，粒徑較大，不易進入微小裂隙，凝結時間長需要養護，水泥能源消耗大，環境污染大。地聚合物注漿強度高、防水抗滲、無干縮，原料廉價易得、經濟環保、工藝簡單。下面將從注漿工藝和注漿效果方面對水泥基注漿和地聚合物注漿進行綜合評價。

從成孔孔徑角度來看：水泥漿注漿相較聚合物注漿鉆孔成孔徑較大對舊水泥板整體結構性有在一定的損傷，而地聚物注漿成孔較小，對水泥板造成的影響較小。從注漿流量和壓力控制角度來看，水泥漿注漿流量大小需要人為操控，存在瞬時壓力滿足控制要求的假像，需要現場加強監督，可通過控制注漿壓力進行施工管理。從注漿量與溢漿角度來看，地聚物比水泥漿的單孔注漿量高，且地聚物成孔孔徑比水泥漿成孔孔徑小，有效注漿量更高。另外地聚物溢漿比例70.5 %，是水泥漿注漿溢漿比例10%的7倍。（表1）

表1 不同注漿工藝指標對比

水泥漿注漿是目前市場上最常見的注漿材料，其材料常見、施工工藝簡單、單價較低，但初凝時間長，在低等級道路上較為適用，但無法滿足高速公路邊施工邊通車的快速通車要求。另外，地聚物注漿處理老路脫空病害過程中溢漿比例較高，證明材料具有良好的流動性，能夠充分填充脫空的空隙。

2 地聚合物注漿材料及注漿工藝要點

2.1 地聚合物注漿材料

地聚合物注漿材料是由鋼渣、礦渣、粉煤灰、偏高嶺土及外加劑等按一定比例混合而成的膠凝材料。該材料具有：（1）良好的滲透和流動性：可將地聚合物注漿材料填充、滲透和擠密進入微細空隙中，從而提高路面結構強度。（2）較強的抗水沖刷性能：地聚合物注漿材料在孔隙內反應后整體結構緊致密實，整體性較好，無收縮，抗水沖刷能力明顯增強。其主要技術指標見表2。

表2 地聚合物混合料主要技術指標

2.2 地聚合物注漿工藝要點

注漿前，通過路面調查與檢測，判定道路病害區域、病害類型、病害深度等，為注漿處治提供一定的理論依據，同時制定合理經濟的注漿方案，提前明確施工過程關鍵技術要點。

2.2.1 施工工藝流程

具體工藝流程包括：布孔→鉆孔→埋注漿頭→制漿、注漿→封孔→清理→開放交通→彎沉檢測→不合格點補注→交工驗收。

2.2.2 布孔方式

水泥混凝土路面橫向裂縫處布孔方式為“之”字或梅花形，縱向裂縫主要為“之”字形沿裂縫兩側布設注漿孔；網裂、沉陷區域為梅花形布孔；孔布形式如圖所1示。

圖1 水泥砼板塊孔布方式

2.2.3 注漿深度

根據道路結構層厚度與病害位置確定合理的注漿深度，非開挖式地聚合物注漿加固技術具有一次注漿多層加固的注漿效果，因此，只需確定某處病害達到的最深層位。

2.2.4 注漿停止的判定標準

注漿過程何時停止，采用注漿壓力、注漿量、路面標高三指標進行控制。注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸減少，當壓力達到注漿終壓時（1.5 Mpa），可結束該孔注漿。應注意在注漿初始，有瞬間壓力較大的假象，需低擋抬起注漿泵離合器多試幾次；注漿量控制指注漿壓力未能達到設計終壓，注漿量已達到設計注漿量，亦可結束該孔注漿。注漿時若同板塊有其它注漿孔竄孔冒漿，應停止，移至未竄漿注漿孔；路面標高控制指注漿過程中路面不產生抬升。水泥路面在注漿過程中，可依據路側土路肩與板間的縫是否開裂或板縫間細砂是否活動等現象，來判斷水泥路面是否抬升；注漿過程中如果注漿壓力及注漿量均未達到設計要求，但注漿孔附近出現明顯異常，應立即停注。經檢測達不到設計要求，應調整設計注漿量，并及時補漿。

3 工程案例

清連高速是許廣高速公路的重要組成部分，起于粵湘交界處的鳳頭嶺，止于清遠市郊區的逕口，途經清遠市清新區、陽山縣、連南瑤族自治縣、連州市，全長216公里，設計雙向四車道，時速80～100公里。清連高速于2011年1月25日全線貫通。其主要損壞原因是板底脫空致使路面局部破損，主要存在橫向裂縫、縱向裂縫、錯臺、下沉等病害形式。隨著近年該地區經濟的發展，車流量增大，近期雖經過多次換板維修，但路面依舊沒有得到改善。本次使用地聚合物注漿技術對水泥砼板塊面層與路面基層之間脫空位置進行注漿加固處治，通過注漿前后彎沉值、脫空率，對非開挖式地聚合物注漿處治路面脫空效果進行綜合評價。

3.1 注漿前后的彎沉值對比

本項目采用落錘式彎沉儀（FWD）對水泥砼板塊右側板角進行檢測，荷載值為50kN，每板2點，從而判斷板底脫空情況，對脫空位置進行非開挖式地聚合物注漿處治，再采用點對點方式對處治位置進行彎沉復檢以評定注漿效果。從圖2可以看出，注漿前，南行段落前半段注漿前脫空位置多數彎沉值在150（0.001 mm）附近，南行段落后半段彎沉值波動起伏較大，彎沉值相對較低，脫空位置彎沉平均值為133（0.001 mm），發生脫空位置的彎沉值最低為35（0.001 mm），最高242（0.001 mm）；注漿后，彎沉值總體較低，范圍為10～80（0.001 mm），彎沉平均值為41（0.001 mm），最高為80（0.001 mm），單點彎沉值注漿后下降率最高達80%，注漿效果顯著，注漿后彎沉值離散性較小，分布區域較為集中，路面結構強度均勻性較好。

圖2 清連高速注漿前后南行路段注漿前彎沉數據

3.2 注漿前后的脫空率對比

利用截距法對同一測點施加3級荷載進行測試，通過FWD測試出不同荷載等級的彎沉值，按照線性回歸統計方法，當測點的線性回歸截距值大于50μm時判定為脫空。注漿前檢測出路面不同路段脫空率如圖3所示，注漿前南行道路前半段脫空率較大，這與圖2中相應段落彎沉值情況呈一致趨勢，各段落脫空比例范圍為0.5 %～17%，路面整體脫空率為8.5 %；注漿后采用點對點式截距法復測脫空率，結果均為0，說明注漿處治后路面板底脫空徹底消除，路面結構得到了有效的填充和加固補強。

圖3 清連高速注漿前截距法測得不同路段脫空率

4 結論

本文對比了地聚合物注漿與水泥基注漿工藝參數、過程控制、處治效果等，客觀評價了非開挖式地聚合物注漿技術的優勢，總結了地聚合物注漿材料的特點和注漿工藝的施工要點。通過注漿前后的路面彎沉和路面脫空率檢測，評價了地聚合物處治路面脫空效果，發現地聚合物注漿處治水泥路面脫空類病害后，路面結構層脫空完全消除，道路彎沉值減小，且分布范圍縮小，道路結構承載力得到提高，是一種快速、高效、環保的路面病害處治手段。