壓漿技術在剛性路面病害處治工程中的應用

高澤倩

（山西省公路局 長治分局，山西 長治 046000）

0 引言

水泥混凝土路面作為典型的剛性路面在我國應用時間較早，相較于柔性路面有剛度大、承載能力強、耐久性好、耐磨耗和相對環保等技術優點，因此在高速公路、城市道路、機場跑道、港口碼頭等工程中得到廣泛應用。然而隨著水泥混凝土路面服役年限和交通量的不斷增加，其服役性能逐漸衰減，裂縫、車轍、唧泥、板底脫空等路基路面病害數量呈幾何級數增長，且養護維修難度較大，如不及時處治病害會迅速發展，造成路基路面整體結構承重能力的銳減，從而降低道路的通行能力和使用壽命，并進一步威脅道路的運營安全[1]。以往的水泥混凝土路面病害處治技術采用全封閉交通和完全破除路面結構的方式，對病害部位進行加固處理后再重新鋪筑路基路面。由于水泥混凝土凝結和養護時間較長，該方法會嚴重影響開放交通時間，導致病害修復路段交通壓力增大，引發連帶的經濟損失。

壓漿技術最早在十九世紀應用于工程修復作業，由于其施工簡便、易操作、環境適應性強、經濟環保等優點迅速得到普及，壓漿原材料也由起初的原始黏土發展為水泥漿液，其后又相繼出現了各類化學壓漿類材料，進一步豐富了壓漿技術的應用條件和范圍。壓漿技術應用于水泥混凝土路面病害修復工程，可充分發揮其技術優勢，在有限的作業空間范圍內快速完成對路基路面病害部位的精準修復工作，從而達到降低工程規模、減少車道占用和快速開放交通的目的[2-3]。目前，壓漿技術在水泥混凝土路面病害修復工程中的應用雖然較多，但其應用技術水平和質量還稍顯不足，有待結合混凝土路面病害特征進一步闡明其作用機理，并從工藝流程和質量控制標準方面加以完善和規范。

1 壓漿技術原理分析

1.1 路基路面病害機理分析

水泥混凝土路面基層作為面層結構的持力層，可保證混凝土面板的承載能力和接縫的傳荷能力，控制或減少路基不均勻變形對混凝土面層結構受力的不利影響。混凝土路面面板為小撓度彈性薄板，抗壓承載能力強而韌性較低，極易發生脆性斷裂，理想狀態下剛性面板結構的支撐條件應均勻[4]。此時，一旦水泥混凝土路面基層受到破壞，改變了剛性面板結構的支撐條件，甚至發生脫空，其自身會產生較大的附加應力，如不及時處理面板很快會出現裂縫、拱起、掉角、錯臺、唧泥等病害，不僅影響路面外觀，還會縮短路面結構的使用壽命，降低公路通行能力和運營安全性。

圖1 混凝土路面病害機理

1.2 壓漿主要作用機理

壓漿技術是通過在混凝土路面病害區域鉆孔，再將注漿材料如高聚物或水泥漿等通過注漿孔注入到病害部位，通過注漿材料的凝固硬化，將原本破損或脫空部位修補成一個整體，起到補強路基或者路面基層的作用[5-6]。壓漿作用機理主要體現在以下幾個方面：

a）當注漿壓力較小時，漿液以滲流方式為主，不會對土體結構造成破壞。此方法適用于空洞較大或粒料類基層，漿液填充到空洞或基層裂隙中將原有的空氣和水分排出，并使分散的顆粒狀土體黏結起來，從而提升土體的密實度和強度，維持其整體性，封閉滲水通道。根據壓漿方式的不同，漿液可以球面或柱面形式擴散。

b）當注漿壓力提升到一定程度時，路面基層因為漿液的注入產生體積膨脹，部分補償了由于基層壓縮造成的變形損失，提升了基層的整體強度和剛度，同時還對沉陷路段的路面結構起到一定的抬升作用。

c）當注漿壓力進一步增大至足以克服基層的初始應力和抗拉強度時，引起基層材料原有結構破壞和裂隙張開，漿液填充固結后以網狀相連接，發揮骨架作用，從而提升路基或路面基層的整體承載能力。

為保證水泥混凝土路面病害處治效果，可根據基層材料類型和病害特征選擇適合的初始注漿壓力，再根據現場情況和注漿試驗做出具體規定。

2 壓漿技術工程應用

晉東南地區某公路采用水泥混凝土路面結構，面板厚度為28 cm，已建成運營12年以上。目前該路段車流量較大，但路面結構整體性能良好，能夠滿足正常行車要求，只在部分區域發生了掉角、唧泥等病害，為避免病害進一步發展，公路養護單位決定對該路段病害進行檢測和處治，該項目具體工作步驟如下。

2.1 脫空檢測

判斷剛性路面基層和路基空洞一般采用人工目測法或貝克曼梁彎沉測定法。人工目測法指作業人員通過觀察接縫情況，裂痕狀態和有無唧泥進行主觀判斷，當有重型車輛行駛通過時能明顯感覺到混凝土板有豎向位移，或者下雨后出現明顯唧泥，通常表明板底已發生脫空。該方法方便快捷，但以定性為主，容易受檢查人員主觀因素影響。

采用貝克曼梁彎沉測定法對典型病害位置進行檢測，采用5.4 m長桿彎沉儀以及BZZ-100后軸軸載為10 t的標準測定車，測點設在每塊面板接縫和裂縫兩側，車輪位置設置于角點處，且車輪著地矩形的邊緣距橫縫10 cm[7]。

圖2 貝克曼梁測定示意圖（單位：m）

規范規定，針對水泥混凝土路面貝克曼梁的中間支點及百分表支座，應當與變位感應點保持至少相隔一道接縫原則，盡可能落在交叉板上，不能落在同一塊面板塊上。讀數方面，為了精準觀測，作業車輛應當駛離觀測點5 m以上，相隔一條縫，并且等待至少10 s后讀數。此次檢測彎沉值均大于0.55 mm，大于規范要求的0.2 mm限值，判定該路段水泥混凝土面板已發生脫空。根據檢測結果進行鉆芯驗證，發現路基0.6～0.8 m深度范圍內芯樣呈碎塊狀，并包含大量泥漿，表明該部位路基已發生嚴重破壞，需盡快進行處治。

2.2 漿液配比設計

為了保證壓漿質量，該項目選用的壓漿材料應滿足以下幾方面的性能要求[8]：

a）早期強度高 為了盡早開放交通，減少施工耗時，應選用早期強度高的壓漿材料。

b）流動性好 漿液黏性大，流動性不好會導致漿液難以充分填滿空隙，影響注漿質量，另外也會增加漿液的泵送難度，容易造成注漿管堵管。

c）無泌水 漿液流動性增加，相應地水灰比也會隨之增大，可能會導致漿液發生泌水現象，不僅影響注漿加固效果，多余的水還會流到板底脫空處加劇病害發展，反而起到相反作用。

d）結石率高 壓漿注入相應破損路基路面時應保證一定的結石率，如若收縮則會使路基路面和基層的黏結力大大減弱，同時還會留下部分孔隙再次成為滲水通道，直接影響注漿處治效果。

為滿足以上性能要求，該項目注漿材料分別采用42.5級硅酸鹽水泥和細度模數為12的Ⅱ級粉煤灰，硅酸鹽水泥與粉煤灰共同發揮膠結和填充作用，另需添加少量的添加劑以保持漿液上述性能。漿液水灰比為0.9∶1，水泥粉煤灰質量比為1.0∶0.7，添加劑為水泥質量的0.5%，通過配合比試驗得到固結體28 d抗壓強度為2.1 MPa，結石率為92%，能夠滿足相關規范和設計文件要求。

2.3 壓漿工藝流程

該項目現場壓漿作業包括確定孔位、成孔、漿液制備、灌壓漿液、封堵壓漿孔、清理路面等步驟。

a）成孔 壓漿孔間距可根據現場注漿試驗得到的漿液擴散半徑確定，該項目壓漿孔的排距和間距均為3.0 m，鉆孔深度為1.0 m，保證注漿段能夠達到路基病害部位。

b）制備漿液 壓漿施工前對漿液的流動度進行檢測，采用流錐流動度試驗測得初始流動度和30 min流動度分別為31 s和47 s，滿足規范對漿液流動度的要求[9]。

c）壓漿 首先進行現場壓漿試驗，確定注漿壓力應不小于0.8 MPa，其后進行跳孔壓漿，以防止出現竄漿現象，保證注漿效果。

d）堵塞壓漿孔 在壓漿完成后，采用木塞堵住壓漿孔防止漿液外溢，木塞具有一定的彈性，且有一定的透氣性，有助于壓漿漿液早期強度的增加。

2.4 壓漿施工質量檢測

在壓漿施工作業結束7 d后，對修復路段的壓漿部分進行鉆孔取芯，芯樣的提取率達到93%，滿足相關規范要求。

3 結語

壓漿技術不僅可以在不破壞原路面結構的情況下有效修復水泥混凝土路面基層的各種常見病害，顯著改善路面基層的工作性能，延長剛性路面的使用壽命，還可控制病害修復的施工作業時間和工程總體造價成本。本文在分析壓漿機理的基礎上，依托實體工程對采用壓漿技術處治水泥混凝土路面病害的工藝流程進行了詳盡說明，可為今后剛性路面基層病害處治、預防性養護和加鋪改造等相關工程應用提供技術參考。