高聚物注浆技术分析

2014-06-20王玮岳张宝祥

交通运输研究 2014年9期

王玮岳，张宝祥

（1.内蒙古大学交通学院，内蒙古呼和浩特 010021；2.河北省公路工程定额站，河北石家庄 050051）

改革开放以来，高速公路作为经济、社会发展的基础性、先导性产业，得到飞速发展。高速公路的快速发展，使得公路交通对经济社会发展的作用由改革开放初期的瓶颈、滞后到逐步缓解、基本适应再到目前的适度超前，为经济社会发展作出了巨大贡献。截止2012年底，全国高速公路已基本形成四通八达的网络，通车里程达到98 370km。

近10万km的高速公路(据不完全统计，全国高速公路中，以半刚性材料为基层的沥青混凝土路面约占90%，水泥混凝土路面约占10%)，其路面(尤其是沥青混凝土路面)已经或将陆续进入养护维修期。传统的高速公路养护维修，多采用罩面、挖除局部病害重新铺筑新路面或者二者兼用的方式。不论何种维修方案，都存在工期长、影响交通、工程量大、投资高、废弃物污染环境等问题。

高速公路病害诊断与高聚物注浆快速处治综合技术，针对我国高速公路养护的实际需要，借鉴国际上公路检测及维修技术的经验，以落锤式弯沉仪（FWD）、探地雷达（GPR）无损检测技术和高聚物注浆技术为基础，实现了高速公路非开挖维修技术的重大突破，开创了高速公路病害处治的新途径，其中的“高分子聚合物注浆处治高速公路病害施工工法”被批准为国家一级工法。本文主要对该项技术的基本原理、特点优势、适用范围和施工工艺，推广应用情况和经济效益进行阐述和分析。

1 高聚物注浆技术基本原理

1.1 高聚物注浆技术工作原理

（1）高聚物注浆技术采用的注浆材料为新型非水反应类不敏感型自膨胀闭孔高分子聚合物，原材料为两种预聚体液体。当这两种液体混合在一起时，即刻发生聚合反应，膨胀并形成泡沫状固体。

（2）注浆前，采用落锤式弯沉仪(FWD)或探地雷达(GPR)快速诊断路面病害，分层、分段检测评价路面使用性能和病害情况，制定针对性的养护维修方案。注浆后再进行无损检测，评价注浆效果。

（3）根据无损检测结果，将注浆管下到路面病害位置，向其中注入两种高聚物预聚体材料，材料迅速发生反应，膨胀固化，达到填充脱空孔隙、排除积水、挤密压实，治理病害的目的。

1.2 落锤式弯沉仪（FWD）

通过计算机控制下的液压系统提升并下落一重锤，对路面施加脉冲荷载。载荷的大小通过改变锤重和提升高度可在相当大的范围内调整，并通过刚性圆盘作用到路面上。路面的变形由若干个传感器测定。

由于FWD测速快，精度高，并较好地模拟了行车荷载的动力作用，目前被认为是较为理想的路面无损检测设备。特别是FWD能够准确测定多点弯沉，从而为路面结构反分析提供了基础。

1.3 探地雷达检测路面病害工作原理

探地雷达的工作原理是用无载波高速脉冲作为探测地下目标的信号源，其脉冲参数可因目标探测要求而选定。用宽带天线将高速脉冲换成脉冲电磁波进行辐射，一部分经发射天线直接到达接收天线形成直达波，一部分进入地下传播。由于电磁波在不同电性、不同形态的介质中传播时，其路径、强度、波形均随之变化，因而可根据测得的波的传播时间、幅度和波形来判断介质的不同结构特性与深度。

2 高聚物注浆技术的特点及优势

2.1 高聚物注浆技术的特点

（1）轻质

材料非常轻，其密度不到水泥浆或沥青材料的10%。对本已存在软弱问题的基层或底基层，材料所施加的荷载非常小。

（2）膨胀

高聚物材料的自由膨胀比可达20∶1，在其经过之处可以填充任何脱空和裂缝，同时可以进一步压密和强化周围的材料。

（3）早强

高聚物材料能够迅速完成膨胀和固化，并且在15分钟内达到其最终强度的90%。材料具有良好的弹性和强度，特别是具有良好的抗拉强度，能够满足工程应用的需要。

（4）防水

材料可以排除下层积水，并且在注浆时和注浆后都不受潮湿条件的影响。固化之后材料可以阻止水的进一步渗透，对路面裂缝和接缝有良好的密封作用。

（5）耐久

材料稳定性强，耐久性好。

（6）安全

材料在国内外经过了广泛的试验，符合美国环保署和欧盟标准，呈惰性性质。在周围环境中呈中性，不危害环境，不污染土壤和水。材料不受霉菌和真菌的侵蚀。

（7）快速

注浆过程方便快捷，不需要养生，极大地缩短了施工时间。注浆后可以迅速开放交通，对交通干扰较小，这对于大交通量的干线道路是十分重要的。

（8）微损

注浆孔约16mm，对结构基本无损坏。

（9）可控

注浆过程可以实时监控。

（10）多用

高聚物注浆技术可用于建筑物地基加固、地板沉降修复、道路及机场道面维修和桥梁、隧道以及堤坝等基础设施维修加固。

2.2 高聚物注浆技术的优势

大量工程的应用效果表明，整合了先进的无损检测技术和高聚物注浆技术的高速公路病害处治高聚物注浆技术与传统维修技术相比，具有三个主要优点。

（1）根治病害

应用FWD、GPR无损检测技术对路段进行快速检测，全面分析路基路面质量状况，科学诊断病害成因，在此基础上采用高聚物注浆技术进行针对性维修，达到根治病害的目的。

（2）节省造价、保护环境

采用高聚物注浆技术，一次注浆，多层修复，实现了维修范围和维修工艺双精细。与路面挖补方案相比，既节约材料、避免超挖、显著节约维修费用，又减少废弃料有效保护环境。

（3）施工快捷

高聚物注浆施工效率高，而且不需要养生，从而大幅度节省工期，减少了交通干扰。

3 高聚物注浆技术适用范围

高聚物注浆技术适用于高速公路、市政道路和机场道面脱空、沉陷、唧泥、强度不足等病害处理，包括：水泥混凝土路面脱空、唧浆、沉陷病害处治；刚性基层沥青混凝土路面开裂、唧浆、基层松散和强度不足病害处治；路基压实度不足、路面沉陷病害处治等。以无损检测技术为基础的高速公路病害处治高聚物注浆技术如图1所示。

图1以无损检测技术为基础的高速公路病害处治高聚物注浆技术

4 高聚物注浆技术工艺流程

高聚物注浆施工工艺流程如图2所示。

图2 高聚物注浆施工工艺流程图

5 推广应用情况及经济效益分析

2007年，原河南省交通厅、河南省科技厅以京港澳高速公路安阳至新乡段为依托，联合组织实施了高速公路快速检测维修技术示范工程，共处治裂缝2.4万条，维修面积达30万m2。验收专家一致认为示范工程是我国高速公路养护维修技术成果转化的重大实践和成功范例。之后，陆续在各省（区）数十条高速公路应用，累计修复病害面积达100万m2。

2012年，在河北保定至天津、黄骅港至石家庄高速公路应用，共处治基础松散、脱空、开裂、不密实以及水损害唧泥等病害路面达1.5万m2，效果良好。

测算结果显示，采用高聚物注浆技术与传统的开挖换填维修比较，等面积维修费用节约67%，减少超挖面积大于20%，节省工期70%以上，经济效益显著；同时，还避免了开挖产生废料，减少环境污染。