高聚物注漿在高速公路瀝青路面唧漿病害處治中的應用

張天榮

摘 要：瀝青混凝土路面唧漿、基層開裂反射至路面層病害是高速公路養護中的常見病害，采用銑刨重鋪的常規方法處治，費時費工、成本加大且對高速公路車輛通行有較大的影響。文章分析了路面唧漿病害產生的原因，簡要介紹了高聚物注漿技術原理，材料性能指標及施工工藝。結合工程實例驗證了高聚物注漿技術可有效填充路面及基層開裂、局部微空洞，快速恢復路面結構層功能，是處治路面唧漿病害的一種經濟、高效的技術手段，對于延長公路的使用壽命，減少行車安全隱患具有重要的應用意義。

關鍵詞：高速公路；高聚物注漿技術；唧漿病害

中圖分類號：U418.6 文獻標志碼：A

0 引言

高速公路瀝青混凝土路面在運營中受交通荷載、環境因素的影響會出現不同程度的病害，唧漿是路面最為常見的病害之一，主要形成原因是地表水或地下水通過路面或基層裂縫進入路面層間或路面與基層間，在凍融循環及路面重力荷載反復作用下，在路面結構中形成含水、泥漿的空腔、空洞，并不斷擴張，加速路面結構層破壞導致路面開裂，逐漸使基礎失去支撐能力，在荷載重復作用下，最終將產生板斷裂的現象。采用傳統的路面面層及基層銑刨重鋪，費時費工、成本加大且對高速公路車輛通行有較大的影響。高聚物注漿技術是一種利用高聚物注漿進行路面快速注漿修復加固的技術，在“不大開挖”前提下就可以實現瀝青路面路面層間黏結不良、基層松散、貫穿性裂縫導致的路面唧漿病害，具有對車輛通行影響小、工期短、經濟效益高的優勢，越來越受到高速公路養護的青睞[1]。文章依托高速公路養護實例，研究了高聚物注漿技術的關鍵工藝及其對路面深層病害的適用性和處治效果，為同類養護工程實施提供參考。

1 工程概況

某高速公路路面結構形式為：中粒式瀝青混凝土上面層4 cm+中粒式瀝青混凝中面層5 cm+粗粒式瀝青混凝土下面層6 cm，水泥穩定碎石基層30 cm，水泥石灰穩定土底基層20 cm。經調查，該高速公路車流量大，重型貨運車輛較多，2003年建成通車，2016年曾實施過路面維修工程，截至2023年已運營7年，其中SK16+900-K17+550段部分路面縱橫向裂縫、脫空、唧漿病害發展較為嚴重，尤其降雨后，路面坑槽、唧漿等病害高發，極易影響行車安全，為確保過往司乘人員的安全性和舒適性，可采用高聚物注漿技術處治以提高瀝青混凝土路面結構層耐久性，延長路面使用壽命。

2 唧漿病害原因分析

瀝青混凝土路面唧漿病害主要由以下原因造成：

（1）荷載型裂縫。在重載交通荷載作用下，路面結構半剛性基層底部位置的拉應力超過材料本身的抗拉強度值后，基層結構會開裂并反射至瀝青混凝土路面處，形成反射裂縫。

（2）施工過程影響。先后攤鋪交接處的冷接縫，結合不緊密，尤其在新舊路相接處和路肩與路面結合處極容易出現縱向裂縫，同時存在半剛性基層收縮裂縫的反射縫。

（3）施工材料影響。瀝青混凝土自然老化，致使瀝青面層溫度收縮或溫度疲勞應力（應變）大于瀝青混合料的抗拉強度（應變）。

（4）西北地區晝夜溫差較大，低溫條件下瀝青面層抗拉強度低，造成低溫收縮裂縫，且縫上寬下窄、間距近似相等。由于路面基層材料產生裂縫并快速向上延伸到瀝青面層，形成的基層反射裂縫，上窄下寬、較不規則。基層出現縱橫向裂縫反射至路面層造成路面層開裂，降雨和降雪后地表水通過路面裂縫滲入面層內或結構層間在氣溫作用下凍融循環，造成結構層局部應力環境變化，加之路面荷載反復作用下加劇路面層含水空腔、微裂隙不斷擴大，造成路面結構層局部破損加劇，形成路面坑槽、唧漿等病害。

唧漿不僅影響路面的感官性，而且對行車安全性存在很大的隱患，公路養護要做到常巡視、早發現、多分析、早處治，這樣才能以最少的代價及早消除隱患。經分析，該工程中唧漿病害屬于瀝青混凝土路面在外部荷載、溫度作用、材料性能老化等綜合因素作用下產生的病害。

3 高聚物注漿技術基本原理

由于唧漿病害具有隱蔽性、多變性等特點，且路面面層酥化現象有明有暗、有深有淺不易發現，高聚物注漿的原理是利用探地雷達等無損檢測技術探明路面結構層內裂縫、微空腔等唧漿病害的走向、深度，根據檢測結果進行鉆孔灌漿[2]。灌漿時，將按照一定比例配置的路面專用高聚物注漿A、B2種材料，通過壓力注漿管道注射至路面基層中相互混合，發生劇烈的化學反應，體積快速膨脹并形成泡沫狀的具有較高強度的高聚物固體材料，封閉結構層空腔、裂隙，排出層間積水，形成封水層，擠密加固結構層，使面層和基層形成整體性，從而起到加固地基和提高路面整體性的作用，實現不開挖路面結構層、高效、低價處治路面基層病害的目的[3]。

4 高聚物注漿技術工藝要求

4.1 高聚物注漿材料性能要求

高聚物注漿材料由主劑（A組分）和固化劑（B組分）組成，按照設計規定比例混合交聯后迅速發泡膨脹，并凝結固化形成力學性能優良的高分子聚合物，特殊的分子結構使其具有高強度、高韌性、高黏結力。材料的貯存：應將A組分主劑及B組分固化劑存放于40 ℃以下的干燥環境中，在標識的貯存期內使用。施工生產中未使用完的原料必須充入干燥空氣或氮氣，密封保存。高聚物注漿A、B組分材料及固化工藝參數見表1—表3。

4.2 高聚物注漿工藝適用范圍

高聚物注漿主要應用于瀝青混凝土及水泥混凝土路面結構層快速注漿修復加固，適用于路面層間黏結不良、基層松散、貫穿性裂縫等病害維修，其主要的技術特點有：

（1）施工便捷、效率高。采用高聚物注漿技術修復瀝青混凝土路面結構層，不養生施工效率高，可實現“快進快出”，最大程度地減少了施工對路面的行車干擾。材料注射后 15 min 左右即可達到90%的強度，交通即可放行。

（2）耐久性好。高聚物注漿技術修復路面結構層，可實現一次注漿，路面面層、基層等多層修復。

高聚物注漿材料發生固化反應后其體積迅速膨脹，可達原液體體積的10～20倍，有效填充了路面結構層中脫空、開裂及松散部分，并形成固結作用，且可對路面松散結構再壓實。高聚物注漿材料具有較強的抗拉、抗壓強度，韌性強，無收縮，防水性能優良，耐久性好。

（3）經濟效益好。高聚物注漿技術僅針對病害路段病害定位處治，避免了路面銑刨重鋪中超挖等情況發生，其路用經濟效益好，達到了降本增效的目的。

（4）環保無污染。高聚物注漿材料無毒，不污染環境，避免了路面銑刨產生的廢料造成環境污染[4]。

4.3 高聚物注漿工藝要求

高聚物注漿的工藝要求如下：進行道路作業區布設→應用無損雷達檢測路面結構層病害→施工放線→路面結構層垂直鉆孔→清孔→安裝注漿管與注漿帽→注漿→注漿后注漿效果檢測→封孔→開放交通。其中一些關鍵工藝對注漿的效果有著極大的影響。

（1）地質檢測：首先使用探地雷達對道路隱患部位進行檢測，據現場路面病害情況，針對瀝青面層、基層開裂情況，準確判斷道路病害。

（2）施工安全：根據公路安全施工操作規程的要求，制定切實可行的保通方案，經相關部門評審批準后進行封道施工。

（3）施工放線：根據現場面層反射裂縫走向及雷達探測的裂縫深度，沿裂縫兩側25 cm處，間距為100 cm進行梅花布孔。在唧漿點周圍采用梅花布孔，孔間距30 cm。孔位如圖1、圖2所示。

（4）鉆孔：注漿孔直徑18 mm，鉆孔深度控制在底基層以下5 cm，該次打孔深度為75 cm。根據孔深，選擇大于孔深的鉆桿，在鉆孔過程中要鉆桿始終要與路面保持垂向，首鉆一次成孔，成孔后復鉆幾次，方便孔內灰塵排出，保證成孔質量。

（5）清孔：及時清理鉆孔后孔中及路面處的灰塵，使用專用清孔吸塵器進行初次孔內灰塵清理，為保證清孔徹底性，再用空壓機接塑料軟管深入孔內清除余灰；如病害復雜出現積水，需整片區域布孔，不間斷排水，確保積水排除干凈。

（6）安裝注漿管及注漿帽：清孔后，及時安裝注漿管及注漿頭。注漿管的設計長度須根據路面面層厚度來確定，注漿管一般要透過路面面層深入基層中，切忌因注漿管長度不足在路面上中下面層間，在注漿壓力作用下導致結構層脹裂破壞。在該工程中，路面結構層厚度為15cm，注漿管采用28cm長的?16mmPVC管。沿注漿孔下入注漿管后，清理注漿帽凹型邊緣，將注射帽敲入注漿管內，并保證連接緊密。

（7）注漿施工：注漿前對注漿設備管路進行檢查，避免管路堵塞。注漿槍口混合器試打檢驗，觀察是否混合均勻，對不固化或非完全固化現象應引起注意。用專用夾具夾牢注漿帽和注射槍，開始實施注漿，通過導管分別把A、B型高聚物注漿料送入注槍口，使之充分混合到達結構層裂縫、空隙、空腔內，高聚物注漿料在10～50 s內快速發生化學反應，固化膨脹完成空隙填充，修復基層。注漿過程中要嚴格控制注漿壓力，對出現回壓現象應立即停止注漿，避免材料凝膠堵塞槍口，正常注漿壓力按3～7 MPa進行控制，注漿的有效范圍為注漿孔外圍1.5 m，應根據實際施工地點溫度，調整注漿材料比例和混合反應時間；施工過程中，還應注意觀察路面裂縫及附近注漿孔，若鄰近注漿孔有漿液溢出或裂縫中有高聚物材料滲出，則表示裂縫已經飽滿。

（8）封孔：注漿完成后用專用封口材料封閉注漿孔，清理施工現場后開放交通。

（9）施工過程質量控制：應對鉆孔數量、位置及深度進行檢查。鉆孔質量若不滿足要求，需進行二次鉆孔。在注漿過程中，應對現場密封套件穩壓封孔時間進行控制，確保注漿整體質量。施工過程質量控制要求見表4。

（10）注漿效果檢測：注漿完成后，養生15～20 min后即可進行注漿效果檢測。可用雷達復檢、取芯抽檢來檢測注漿質量：對注漿位置進行雷達檢測，將檢測結果與注漿之前的雷達檢測結果進行對比，如果注漿后雷達圖譜上病害位置的異常已經明顯減弱，則表明漿液填充完滿。

（11）施工驗收標準：施工驗收應在注漿材料強度形成后進行，分別進行芯樣完好率、抗壓強度恢復率計算，其驗收質量標準見表5。

芯樣完好率檢測：對注漿位置的取芯抽檢直觀判斷注漿質量，取芯頻次不少于每200 m裂縫長度取1個芯樣，取芯過程中宜選用150 mm的鉆頭，取芯位置應為兩個注漿孔中間，應取至注漿的層位，試樣應完整；應對芯樣觀察并記錄，包括取芯位置、裂縫發展層位、注漿材料填充情況；芯樣完好率為單個裂縫芯樣中注漿材料飽滿度≥80%的芯樣個數與裂縫芯樣總個數的比值。

檢測抗壓強度的恢復率檢測：按《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》（JTG E51—2009）中無機結合料穩定材料無側限抗壓強度實驗方法進行抗壓強度試驗，對裂縫處及相應路面完好處進行取芯，且裂縫處取芯頻次不得少于每300 m裂縫長度取1個芯樣，每組裂縫處及相應路面完好處芯樣應在相同試驗條件下進行抗壓強度試驗，抗壓強度恢復率為裂縫注漿處芯樣的抗壓強度與相應路面完好處芯樣的抗壓強度比值。

通過以上2種檢測方法相結合的方式綜合判定是否達到要求，對于達不到要求的，要及時進行補注。

5 高聚物注漿效果評價

該唧漿注漿處治工程于2023年8月完工，通過注漿前后探地雷達檢測結果對比及取芯抽檢結果顯示：原唧漿、縱橫縫部位的路面結構層密實度好，無明顯空洞，芯樣密實，說明高聚物對原基層脫空部分進行了有效地填充，經跟蹤觀測對比，同時加強對降雨后觀察，該高速公路原唧漿路段高聚物注漿處治后，路面再無明顯的唧漿、開裂病害發生，表明路面積水不會再次侵入路面結構層內部，唧漿處治效果顯著，有效地提升了路面使用壽命。

6 結語

高聚物注漿技術通過高聚物漿液充分填充路面結構層裂隙、空洞，并在路面結構層中形成防水層，從而有效阻止了地表水滲入路面及路基結構，避免了唧漿等路面結構層的水損壞病害的發生、發展，結合雷達無損探測技術、鉆芯取樣驗證，高聚物注漿技術可有效處置路面結構層裂隙、空洞，使得路面結構層的完整性得到了快速、有效的恢復，提高路面的耐久性是一種經濟、便捷、高效的路面唧漿病害處治方法，但注漿技術施工具有隱蔽性，需強化施工管理和注漿效果檢測，才可達到預期的目的。

參考文獻：

[1]馬磊. 高聚物注漿技術在高速公路路面深層病害處治中的應用研究[J]. 科學技術創新，2022（26）：100-103.

[2]朱麗杰. 高聚物注漿技術在保津高速公路病害處治中的應用研究[J]. 交通科技，2016（4）：88-90.

[3]李聰鑫. 高聚物注漿技術在高速公路路面病害處治中的應用[J]. 福建交通科技，2020（4）：29-31.

[4]楊永奇. 高聚物注漿技術在濟青高速公路唧泥病害處治中的應用[J]. 山東交通科技，2011（6）：37-38.

The Application of High Polymer Grouting in the Treatment of an Expressways Asphalt Pavement Slurry Damage

ZHANG Tianrong

（High Maintenance Institute，Lanzhou Highway Development Centre of Gansu Province，Lanzhou Gansu 730200，China）

Abstract：Asphalt concrete pavement slurry damage and reflection of base cracking to pavement layer are common diseases in expressway maintenance.The conventional methods such as milling and resurfacing are time-consuming and labor-consuming， which increase the cost and have a great impact on the traffic of expressway vehi?cles.The paper analyzes the causes of pavement slurry damage， and briefly introduces the technical principle of high-polymer-grouting， material performance index and construction technology. Combined with the engineering example， it is proved that the high polymer grouting technology can effectively fill the pavement and base cracking，local micro-voids and quickly restore the function of the pavement structure layer， it is an economical and efficient technical means to treat the disease of slurry damage. It has important application significance for prolonging the service life of expressway and reducing the hidden danger of driving safety.

Key words：expressway; high-polymer-grouting; slurry damage