新型無機(jī)聚合物在路橋過渡段橋接坡加固中的應(yīng)用

劉麗麗

（河北省公路事業(yè)發(fā)展中心，河北 石家莊 050000）

0 引言

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到了前所未有的發(fā)展，公路工程的規(guī)模和數(shù)量都在不斷增加，但與此同時(shí)，人均汽車保有量、車輛出行頻次的增加也對(duì)交通行業(yè)提出了更高要求。部分道路橋梁工程在應(yīng)用一段時(shí)間后，由于各種因素影響，逐漸出現(xiàn)道路病害問題，影響了公路的正常使用，而橋頭跳車[1]是工程實(shí)踐中常見且難以快速有效解決的問題。發(fā)生橋頭跳車的主要原因是交通荷載較大，以及工程自重導(dǎo)致臺(tái)背土體壓縮、道路基礎(chǔ)不均勻沉降，并最終對(duì)工程整體產(chǎn)生影響，降低了道路安全性及出行舒適度[2]。

地聚合物是一種新型無機(jī)聚合物，三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，主要構(gòu)成成分為AlO4和SiO4四面體結(jié)構(gòu)，由于其分子中包含Al-O鍵和Si-O鍵，且結(jié)構(gòu)獨(dú)特，使得該聚合物具有良好的耐久性，同時(shí)力學(xué)性能良好[3]。注漿[4]是使用專用的注漿設(shè)備和鉆孔設(shè)備將漿液壓入路面工程的受損結(jié)構(gòu)當(dāng)中，施工過程中漿液能夠擠出受損結(jié)構(gòu)中存在的空氣和水分，進(jìn)而提高工程整體強(qiáng)度。同時(shí)，地聚合物能夠通過化學(xué)反應(yīng)與原有道路結(jié)構(gòu)中的物質(zhì)發(fā)生離子交換，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合擠密作用、惰性充填原理，使?jié){液能夠和原有材料之間結(jié)成整體，進(jìn)而解決病害問題并強(qiáng)化工程質(zhì)量。

本文分析了我國東部地區(qū)某工程的橋頭跳車病害問題處治過程，介紹了應(yīng)用注漿加工工藝的常見措施、技術(shù)要點(diǎn)，并結(jié)合工程案例評(píng)價(jià)了地聚合物的應(yīng)用效果，結(jié)合沉降監(jiān)控結(jié)果對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后還展望了橋接坡加固工程中地聚合物注漿加固技術(shù)的應(yīng)用前景，以期為相關(guān)從業(yè)人員帶來啟發(fā)。

1 軟土地區(qū)橋頭跳車病害成因

公路軟土地基是當(dāng)前較為常見的公路地基，該結(jié)構(gòu)相對(duì)而言孔隙較大、含水量較高，同時(shí)穩(wěn)定性和強(qiáng)度均相對(duì)較低，應(yīng)用一段時(shí)間后易出現(xiàn)不均勻沉降問題。

在不均勻沉降的影響下，橋頭臺(tái)背回填位置一旦出現(xiàn)斷裂沉降，就會(huì)導(dǎo)致車輛通過這一路段時(shí)出現(xiàn)跳躍現(xiàn)象，進(jìn)而會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生更強(qiáng)的沖擊荷載，因此，跳車問題是公路工程中較為嚴(yán)重的問題。

導(dǎo)致橋頭跳車的主要因素有：道路的不均勻沉降和剛度突變、車輛的抗震性能和行車速度等。從道路工程的角度來看，原因主要在于橋臺(tái)結(jié)構(gòu)為剛性而路面應(yīng)用柔性材料，兩者連接部位出現(xiàn)不均勻沉降進(jìn)而發(fā)生錯(cuò)臺(tái)。通常而言，橋接坡的路面和橋梁主體之間所采用的材料特性具有很大差異，橋頭位置一旦出現(xiàn)強(qiáng)度較大的受力，就很容易形成集中應(yīng)力，在工程結(jié)構(gòu)自重和車輛荷載的多重作用下，道路和橋梁發(fā)生共同沉降，然而兩者沉降的速度有所不同，尤其是臺(tái)背回填土方還會(huì)受到水土流失和自身壓實(shí)度的影響，導(dǎo)致橋梁沉降遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如路面沉降量，進(jìn)而引起錯(cuò)臺(tái)，造成跳車問題[5]。

2 地聚合物注漿加固工藝特點(diǎn)

和常規(guī)道路養(yǎng)護(hù)不同，地聚合物注漿加固技術(shù)能夠應(yīng)用非開挖的方式有效加固道路基層、補(bǔ)強(qiáng)路基，具有良好的應(yīng)用效果，其傳統(tǒng)工藝特點(diǎn)如下：

灌封：該措施能夠快速止水，同時(shí)避免結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)水損壞，通常應(yīng)用于橫向、縱向裂縫或不規(guī)則裂縫，但使用該措施施工后道路美觀性較差，治標(biāo)不治本，問題容易反復(fù)發(fā)生。

翻挖重建：該措施能夠在低成本條件下有效解決車轍、坑槽和局部沉陷等問題，但該措施依舊是臨時(shí)的局部補(bǔ)救措施，很容易造成拼接部位附近出現(xiàn)剛度差異，進(jìn)而導(dǎo)致路面產(chǎn)生裂縫。

銑刨罩面：該措施能夠快速解決病害路面抗滑系數(shù)低、毛面和裂縫等問題，施工完成后路面的美觀效果也比較好，但該措施也治標(biāo)不治本，很容易在修補(bǔ)后復(fù)發(fā)病害問題，維護(hù)費(fèi)用居高不下。

大中修：該措施能夠保持結(jié)構(gòu)層處理的整體性，有效解決網(wǎng)裂、強(qiáng)度不足和大面積沉陷等問題，但應(yīng)用時(shí)會(huì)對(duì)交通產(chǎn)生較大影響，費(fèi)用較高且資源利用率低。

相較于上述傳統(tǒng)道路養(yǎng)護(hù)維修工藝而言，地聚合物注漿加固技術(shù)在材料方面和工藝特點(diǎn)方面都具有顯著優(yōu)勢(shì)。

2.1 材料方面

傳統(tǒng)注漿加固工藝施工所用的材料穩(wěn)定較差、體積收縮較大，材料泌水較多且耐久性不足，相對(duì)而言，地聚合物注漿材料具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性和耐久性，強(qiáng)度較高且可注性良好，同時(shí)還具有良好的黏結(jié)性。相應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果表明，地聚合物能夠與三渣、水泥穩(wěn)定碎石等道路常見材料取得良好的混合效果，并具備良好的理化性能。

2.2 工藝特點(diǎn)

地聚合物注漿加固技術(shù)能夠從根本上解決傳統(tǒng)施工工藝對(duì)道路病害治標(biāo)不治本的問題。

地聚合物注漿加固技術(shù)應(yīng)用時(shí)，施工時(shí)間較短，不需要開挖施工，對(duì)于交通工程的影響相對(duì)較小，有利于緩解交通壓力。此外，地聚合物注漿加固技術(shù)應(yīng)用條件限制少，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響也相對(duì)較小。

地聚合物注漿加固技術(shù)應(yīng)用時(shí)能夠有效補(bǔ)強(qiáng)道路基層和路基結(jié)構(gòu)，在非開挖條件下解決路面病害問題，同時(shí)也能夠一定程度抑制路面結(jié)構(gòu)層的病害發(fā)展，這是傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。除此之外，地聚合物注漿加固技術(shù)應(yīng)用時(shí)還能夠充分利用既有路面結(jié)構(gòu)材料減輕資源浪費(fèi)問題，降低施工成本。

3 工程案例

3.1 工程概況

本文選用我國東部某沿海城市的橋梁橋接坡養(yǎng)護(hù)工程作為案例進(jìn)行分析，該工程最初建造于90年代，并在2006年進(jìn)行改建，新老橋面上重新澆筑了10cm的C40鋼筋混凝土和5cm瀝青混凝土，在完成改建拼寬后，橋梁的寬度基本和路基相同。該工程建設(shè)時(shí)間較早，經(jīng)過20多年運(yùn)營，交通荷載不斷增加，如今橋接坡位置的路面已出現(xiàn)明顯坑洞、橫向裂縫和擁包等問題，導(dǎo)致跳車現(xiàn)象十分嚴(yán)重。其中，橋接坡路段采用AC-16和AC-25的瀝青混凝土、二灰穩(wěn)定碎石，以及級(jí)配碎石等層次的厚度分別為4cm、6cm，30cm和5cm，并覆以水泥混凝土破碎層，同時(shí)臺(tái)背回填土深3cm。

結(jié)合該工程歷年的定檢報(bào)告，分析橋臺(tái)部位運(yùn)行效果。2012年的工程定檢報(bào)告顯示，橋梁已出現(xiàn)臺(tái)身砌石沉降開裂問題，同時(shí)這一沉降還導(dǎo)致了組成橋梁臺(tái)身的混凝土出現(xiàn)了3m長度的裂縫；2015年的工程定檢顯示，舊橋梁部分的橋接板位置已經(jīng)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的“跳橋”問題；2016的工程定檢顯示，橋頭跳車問題已經(jīng)十分嚴(yán)重，同時(shí)臺(tái)身砌石位置出現(xiàn)了貫穿裂縫，臺(tái)身混凝土上也出現(xiàn)了貫穿裂縫，裂縫長度和寬度分別為4.8m和3.5mm。

3.2 加固治理方案

加固路橋過渡段的橋接坡時(shí)，擬選用地聚合物注漿加固技術(shù)，并通過地聚合物注漿來加固臺(tái)背填土以提升其密實(shí)度和強(qiáng)度。同時(shí)，通過充填修復(fù)橋接板下方脫空區(qū)域的方式解決跳車問題，延緩臺(tái)背病害發(fā)展，盡量避免施工對(duì)周邊交通產(chǎn)生負(fù)面影響。

3.2.1 材料的選擇

注漿材料選購自某科技公司的地聚合物注漿材料，該材料的滲透效果良好、流動(dòng)性較大，在完成施工后，只須經(jīng)過1d養(yǎng)護(hù)即可直接投入交通運(yùn)行當(dāng)中，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益良好。該材料各種關(guān)鍵參數(shù)如表1所示。

表1 地聚合物注漿材料關(guān)鍵參數(shù)

3.2.2 注漿加固工藝要點(diǎn)

加固施工過程中，應(yīng)首先處理路基，再處理基層，具體的施工步驟為：首先設(shè)置鉆孔位置，鉆孔并做好清理后埋設(shè)注漿管，同時(shí)，制作注漿漿料，而后分別加固深層路基、淺層基層，注漿結(jié)束養(yǎng)護(hù)1d后即可開放交通，最終驗(yàn)收并開展重建瀝青層等后續(xù)工藝。

結(jié)合前期施工設(shè)計(jì)，選擇深層注漿和淺層注漿的兩次注漿工藝，注漿孔以矩形方式原則設(shè)置，相鄰注漿孔之間的孔距和排距均為2m，孔徑設(shè)置為50mm，第一排注漿孔布置在搭接板邊緣，以確保注漿過程中漿液能夠充分滲透周圍區(qū)域，進(jìn)而形成整體。

橋接坡各路段注漿深度如圖1所示，其中，深層注漿過程中采用分層注漿的施工方式，原則為由深到淺，注漿過程中每次提管的高度都應(yīng)當(dāng)控制在0.5m以內(nèi)，以確保漿液能夠均勻滲透，注漿壓力也將隨著施工的開展不斷降低，注漿壓力在地面下1m左右降低至大于0.3MPa。

圖1 不同注漿深度的橋接坡各路段縱剖面

3.3 監(jiān)測(cè)評(píng)估方案

為確保監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性、科學(xué)評(píng)價(jià)注漿效果，對(duì)橋梁采用銑刨加罩處理的北側(cè)（未注漿處理）和注漿加固的南側(cè)，使用精度為0.1mm的高精度水準(zhǔn)儀分別監(jiān)測(cè)橋接坡沉降，對(duì)比兩者數(shù)據(jù)，檢測(cè)過程中將標(biāo)準(zhǔn)偏差控制在0.7mm以內(nèi)。

3.3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

使用沉降標(biāo)記鋼釘沿橋接坡進(jìn)行標(biāo)記，分別在橋頭搭板邊緣距離橋頭25m、15m和5m的位置設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，各水平高度處均設(shè)立兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.3.2 定期記錄

選擇基礎(chǔ)穩(wěn)定、無沉降且距離橋接坡坡底30m左右的位置，作為固定觀測(cè)位置，編號(hào)標(biāo)記每個(gè)檢測(cè)位置并定期檢測(cè)，對(duì)一條水平線上多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)所得沉降數(shù)據(jù)取均值處理。

每個(gè)季度監(jiān)測(cè)一次，測(cè)算標(biāo)高并獲取該位置的道路沉降情況，并對(duì)比觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置于橋梁北側(cè)未經(jīng)過注漿加固的橋接坡處。

3.4 沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果

由于篇幅限制，本文僅分析了距橋頭25m處的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)于同樣處于橋接坡路段的監(jiān)測(cè)點(diǎn)而言，經(jīng)注漿加固的南側(cè)與未采取注漿工藝的北側(cè)，兩者的沉降幅度對(duì)比如圖2所示。

圖2 距橋頭25m處橋接坡的沉降發(fā)展曲線

4 結(jié)束語

4.1 注漿加固效果

案例工程中應(yīng)用了地聚合物作為材料，使用注漿加固方式來補(bǔ)強(qiáng)加固橋接坡的臺(tái)背填土方，有效提高了路基強(qiáng)度和道路承載力，解決了結(jié)構(gòu)層破碎問題，改善了臺(tái)背軟弱地基穩(wěn)定性，并填充了臺(tái)背土基的沉降孔隙。

結(jié)合定期檢測(cè)結(jié)果來看，應(yīng)用地聚合物注漿加固技術(shù)的南側(cè)橋梁相較于北側(cè)只采用傳統(tǒng)工藝處理的橋接坡而言，在施工后3個(gè)月、6個(gè)月、12個(gè)月和18個(gè)月，沉降幅度均明顯降低，這說明該技術(shù)的應(yīng)用能夠有效緩解軟土路基沉降，避免道路工程出現(xiàn)跳車問題。

4.2 社會(huì)價(jià)值與意義

在橋接坡沉降治理工程中，地聚合物注漿加固技術(shù)的應(yīng)用具有鮮明的實(shí)踐價(jià)值。

地聚合物具備良好的物理化學(xué)性能，在具有良好滲透性和流動(dòng)性的同時(shí)，還具有良好的耐腐蝕性和耐久性，制備過程能耗較低、排放較少，符合綠色施工的理念。該技術(shù)應(yīng)用時(shí)無須開挖施工，對(duì)周圍交通環(huán)境產(chǎn)生的影響相對(duì)較小，因施工導(dǎo)致的交通中斷持續(xù)時(shí)間較短，通常在完成施工后只須養(yǎng)護(hù)1d即可直接開放交通。該技術(shù)應(yīng)用時(shí)所使用的各種設(shè)備體積都相對(duì)較小，方便運(yùn)輸，同時(shí)加固的深度也可以通過管道深度靈活把控，有利于精細(xì)化施工管理的開展。注漿技術(shù)應(yīng)用已較為成熟，施工過程中資源消耗較少，造價(jià)較低，同時(shí)其施工有效性顯著，能夠有效降低后續(xù)工程養(yǎng)護(hù)頻率，進(jìn)而降低工程養(yǎng)護(hù)成本。

當(dāng)前行業(yè)尚沒有根治橋頭跳車問題的方法，本文結(jié)合案例分析了橋接坡注漿加固技術(shù)在解決橋頭跳車問題方面的應(yīng)用。結(jié)果表明，應(yīng)用地聚合物的注漿加固技術(shù)能夠有效處治道路橋梁工程中常見的跳車問題，提高行車安全性和穩(wěn)定度，改善公眾的出行體驗(yàn)。