广东省高速公路沥青路面深层病害快速修复技术研究与应用

□吕世明 王孟霞 周晓军 杨冬韵 胡国祥

广东省高速公路沥青路面深层病害快速修复技术研究与应用

□吕世明 王孟霞 周晓军 杨冬韵 胡国祥

沥青路面；病害；维修技术；高聚物注浆；广惠高速公路；广东省

广东省高速公路沥青路面受该地区高温气候、高地下水位以及降雨量大等因素的影响，多现裂缝、唧浆、沉陷等路面早期病害，这种现象随着经济增长、交通量增大以及重载交通增多而更加严重。通过对广东省广惠高速公路沥青路面病害进行调查发现，路面整体状况良好，局部病害发展程度由表及里，水损害现象严重。常规道路养护方法仅治理了路表病害；传统开挖维修方法造价高、施工周期长、交通干扰大，并产生大量建筑垃圾；水泥注浆养生周期长，水泥硬化后易脆裂，导致再次渗水。笔者通过结合广东省高速公路沥青路面病害特点，指出沥青路面传统维修技术的不足，介绍高聚物注浆技术在治理沥青路面深层病害中的主要优势，简要概述高聚物注浆技术在广东省广惠高速公路沥青路面维修中的应用。

一、广东省高速公路沥青路面病害分析

广东省属我国华南地区，以亚热带季风气候为主，夏季受海洋气团影响，雨水充沛，同时受热带气旋影响，月平均气温达28℃～29℃，极端最高气温可达42℃，冬季降雨少，月平均气温为9℃～16℃，极端气候时可达0℃。总体而言，广东省夏季高温多雨，冬季温暖潮湿，年平均降雨量为1 400～2 800毫米，表现出降雨总量多、强度大、季节性强的特点，且暴雨及洪涝频繁。

受大气降水和地表水体的影响，广东省地下水资源丰富，地下水位高，土基含水量较大。有研究表明，沥青路面处于自然状态下时，路面结构内外水循环达到动态平衡状态（季节性平衡），此时路基路面的平衡湿度较为稳定。在外界降水、地下水位及毛细水高度的影响下，若进入路面结构内部的水有进无出，这种动态平衡将被打破，而汽车行驶时产生的动水压力和空气压力会加剧沥青层的渗透性，致使雨水更易进入路面内部。另外，我国高等级沥青路面普遍采用的结合料半刚性基层致密不透水，且耐冲刷性差，水一旦进入路面内部将长期滞留在基层顶面，长此以往将会产生水损害，严重影响路面结构承载力，路面病害也随之而来。主要病害表现形式有一些几方面。

1.裂缝、唧浆

裂缝类型有横纵裂缝、龟裂、网裂，按形成原因分为荷载型裂缝、温度型裂缝和基层反射裂缝。广东省气候湿润温暖，温度型裂缝较少。相比之下，荷载型裂缝和基层反射裂缝较多，主要是由于半刚性基层易干缩、温缩，基层产生裂缝后，逐渐向面层扩展，形成面层裂缝，这又促进雨水灌入路面结构内部。水在动荷载作用下产生的动水压力不断冲刷基层顶面，形成灰浆，在抽吸力作用下挤压到路表，形成唧浆。

2.沉陷、车辙

根据路面病害调查结果，发现许多沉陷产生在裂缝或唧浆的位置，可见在裂缝、唧浆位置的路面结构承载能力相对较弱，加上高温天气和重载交通作用，路面极易发生沉陷和车辙病害。

3.坑槽、坑洞

坑槽、坑洞多位于轮迹带，有些是在路面局部沉陷后逐步演化而成，而有些是由于表面层沥青混合料性能不足导致的，但两者均受雨水浸泡及行车荷载的共同作用。

4.泛油、磨光

夏季高温易使密级配沥青表面层产生泛油现象，继而改变沥青混合料孔隙率，引起混合料松散、强度降低，进而产生坑洞等病害。磨光多出现在行车带位置。

二、沥青路面深层病害快速维修技术

1.沥青路面病害维修

目前，针对沥青路面病害的维修技术有预防性养护、开膛破肚维修、水泥注浆技术、高聚物注浆技术。

（1）预防性养护包括裂缝修补、坑槽热修补、含砂雾封层、碎石封层、稀浆封层、微表处、薄层罩面等，这些措施一定程度上改善了沥青路面的功能性，并延缓了沥青路面未来病害发展。然而，这些维修技术无法对路面结构内部的损坏进行修补，如基层顶面脱空、基层开裂、基层松散等，即没有补强路面结构承载力。

（2）开膛破肚维修方式虽然换旧填新，但工程量之大、费用之高，同时产生大量的建筑垃圾，对交通干扰大。

（3）水泥注浆技术避免了大面积开挖，且水泥与基层材料的相容性较好，但水泥养生周期较长，硬化后易脆裂，导致再次渗水。此外，注浆孔径较大，也对路面创伤较大。

（4）高聚物注浆技术对存在于路面内部深层病害的治理效果较好，且施工周期短，无需养生即可开放交通。

2.高聚物注浆技术原理及特点

高聚物注浆技术是近年来道路养护行业出现的一种新型维修技术，其技术原理是向路面内部注入多组分高聚物材料，混合物在短时间内发生化学反应，体积膨胀，形成含有封闭空隙的泡沫状、具有一定强度的固体物质，同时填充路面结构中的裂隙以及脱空层，并挤密周围松散介质，进而补强路面结构强度。高聚物注浆具有以下技术特点。

（1）高膨胀性。多组分高聚物材料混合后，发生化学反应，自由膨胀比可达1：20，同时填充脱空和裂隙，挤密周围介质，对增强路面结构强度起到关键作用。

（2）多层修复性。一次注浆，多层修复，即底基层与路基、基层与底基层、面层与基层之间的脱空、开裂、松散、唧浆等病害均被处治。

（3）快硬性。注浆材料混合后15分钟即可达到最终强度的90%，无需养护即可开放交通，避免长时间干扰交通。

（4）防水、安全、耐久。注浆材料发泡时内部形成的封闭状气泡有利于防止水分浸入，对环境无污染，耐久性达20年以上。

（5）微损。注浆孔径约1.6厘米，对路面结构破坏小。

三、工程应用

1.工程概况

广（广州）惠（惠州）高速公路的路面结构为：4厘米AK-16 A型上面层＋5厘米AC-20 I型中面层＋6厘米AC-25I型下面层＋1厘米沥青下封层＋40厘米水泥稳定碎石（水泥含量5%～6%）基层＋20厘米水泥稳定碎石（水泥含量3%～4%）底基层。自2003年建成通车以来，总体路况良好，但由于车流量大、重载车多，局部路段存在裂缝、唧浆、沉陷等较严重病害。

高聚物注浆应用路段为K1922＋200～K1922＋400（东行）慢车道，注浆前后采用落锤式弯沉检测仪检测路面弯沉值，以评价高聚物注浆对沥青路面的结构补强效果。

2.高聚物注浆过程及处治效果

高聚物注浆施工流程为：交通控制→注浆路段选取→标记注浆孔位置→注浆前检测→钻孔→下已装注浆头的注浆导管→注浆→封孔→注浆后检测→路面清扫→开放交通。其主要步骤与工艺如下。

（1）注浆孔位置标记。①满堂布置：沿行车方向，纵向间距1～1.5米，横向间距1.25米，横向布孔3～4排，如图1（a）所示。②沿裂缝布置：注浆孔距裂缝0.25米，沿裂缝间距1.25米交叉布置，如图1（b）所示。③沿唧泥点布置：当遇到唧泥点时，注浆孔沿唧浆点等距布置成方形，如图1（c）所示。

图1 注浆孔布置示意图

（2）注浆前弯沉值检测。检测弯沉测点设在右侧轮迹带，距车道外边缘线0.625米，间距1～20米不等。路况较好处可适当加大间距，病害较严重处可适当加密测点，测点用喷漆标出。

（3）钻孔与注浆。钻孔时长短钻配合，先短后长，短钻钻孔时间40～65秒，长钻钻孔时间70～140秒，钻孔深度0.8米，注浆导管长度0.2～0.4米，注浆压力7兆帕。注浆过程中采用3米直尺和水准仪实时监测路面平整度及高程变化，防止注浆过量导致路面隆起。

注浆过程中泥浆从邻近注浆孔呈水柱状涌冒而出（如图2所示），排量较大，注浆时单孔持续时间较长，进浆量大，表明基层冲刷严重，路面内部连通裂隙发育，脱空较严重。注浆后路面高程略微抬升，但幅度较小，基本不影响行车安全。

图2 K1922+354泥浆呈水柱状涌冒而出

注浆结束后对路面弯沉值进行复测，并与注浆前的检测值对比，广惠高速公路K1922＋370（东行）注浆前后弯沉值检测数据见表1所列。该测点平均降幅31.3%，表明注浆材料有效地填充了路面内部脱空，挤密周围松散介质，加固基层，增强了路面结构承载力。

表1 广惠高速K1922+370（东行）注浆前后FWD检测数据

高聚物注浆技术具有非开挖、高膨胀、快速、微创等优点，能有效排导基层内部泥浆，填充脱空与空隙，同时增强路面结构强度。相比预防性养护、开挖重铺和水泥注浆技术，高聚物注浆从结构承载力方面对路面进行补强，对治理沥青路面深层病害效果显著，且施工周期短，无需养生即可开放交通，对交通干扰小，经济效益显著。实例工程应用表明，高聚物注浆技术治理沥青路面深层病害效果良好，是一种快速维修沥青路面深层病害的较好方法。

（作者单位：广东省长大公路工程有限公司；武汉工程大学）

10.3963/j.issn.1006-8864.2014.11.022

广东省长大公路工程有限公司科技项目