高聚物注浆技术在泉厦高速公路拼接裂缝中的应用

■刘庭峰

（福建发展高速公路股份有限公司泉厦分公司，厦门　361021）

高聚物注浆技术在泉厦高速公路拼接裂缝中的应用

■刘庭峰

（福建发展高速公路股份有限公司泉厦分公司，厦门361021）

文章介绍了泉厦高速公路拓宽工程拼接处纵向裂缝的成因及危害，并对高聚物注浆技术在拼接处纵向裂缝中的应用进行了简要的阐述，结果表明，该技术的应用具有一定的优势，特别是非破坏施工及短时间开放交通的特性使得在大流量运营期高速公路上具有良好的应用价值和社会效益。

泉厦高速公路高聚物注浆拼接裂缝处治

1　泉厦高速拓宽工程概况及拼接设计方案

1.1泉厦高速拓宽工程概况

泉厦高速公路是国家高速公路沿海主干道沈（阳）海（口）线福建段的重要组成部分，是交通部规划的12条国道主干线系统的一部分，被交通部列为"八五"期间第一批公路建设重点项目，同时也是福建省的第一条高速公路。泉厦高速公路起于泉州市西福，止于厦门市官林头，总长81.9公里。于1994年9月动工，1997年12月15日正式通车。泉厦高速开通后加速了沿线经济带的崛起，但随着经济的发展，泉厦高速原有双向四车道已不能满足该区域的发展要求。为改善该路段交通量迅速增长、趋于饱和的状况，2007年12月泉厦高速公路开工扩建，以双侧拼宽为主，局部路段采用其他加宽方式，将全线扩建为8车道高速公路，于2010年9月全线竣工通车。扩建通车后，泉厦高速公路日最高通行能力将由5万辆提升至10万辆，为福建经济的进一步腾飞创造良好的条件。

1.2拼宽处施工设计方案

1.2.1路基拼宽设计（图1）

（1）整体式路基宽度为42m，是在原有整体式路基宽度26m的基础上左右各拼宽8m。路基断面设计为：2×（0.75m土路肩+4×3.75m行车道+3.0m硬路肩+0.75m路缘带）+3.0m中央分隔带，适用于正常两侧拼宽路段。

（2）分离式路基2×4车道断面为单幅宽度20.75m，路基断面设计为：0.75m土路肩+1.25m左硬路肩+4×3.75m行车道+3.0m右硬路肩+0.75m土路肩。

1.2.2路面拼宽设计（图2）

（1）整体式路面宽度为42m，是在原有整体式路面宽度26m的基础上左右各拼宽8m。路基断面设计为：2×（0.75m土路肩+4×3.75m行车道+3.0m硬路肩+0.75m路缘带）+3.0m中央分隔带，适用于正常两侧拼宽路段。

（2）分离式路面2×4车道断面为单幅宽度20.75m，路面断面设计为：0.75m土路肩+1.25m左硬路肩+4×3.75m行车道+3.0m右硬路肩+0.75m土路肩。

2　泉厦高速拼宽处纵向裂缝现状及特点

2.1泉厦高速拼宽处纵向裂缝现状（表1）

随着运营通车年限的增长，在自然不均匀沉降以及车辆荷载等作用下，泉厦高速的拼宽纵向裂缝在数量、宽度、长度也明显增加。为防止沥青路面拼宽纵向裂缝的发展和破损面积的继续扩大，需要对路面裂缝进行详细科学的观测、调查、分类、对比，并根据路面的结构类型、气温、使用年限、交通量等情况，采取相应的处治措施。

表1　　裂缝属性分类调查表（典型部分）

2.2泉厦高速拼宽处纵向裂缝的特点

从泉厦高速拼宽处纵向裂缝现状可以发现，纵缝的位置一般在路基加宽部位或靠近中央位置，纵缝缝宽一般在5～25mm，常以单条裂缝形式出现（见图3）。它不同于由路面材料干缩或温缩引起的沥青面层横向间隔性和分散裂缝。

3　泉厦高速纵向裂缝主要成因分析及不利影响

3.1泉厦高速纵向裂缝主要成因

3.1.1路基沉降和施工质量方面原因

（1）新路基或土基的施工时间较短，造成固结下沉无法及时到位，因此施工完成后会出现沉降差大的问题；当新路基与老路基之间的沉降差过大时，路基的稳定性就会变差，造成路堤土体侧移或下沉，从而拉裂路面。

（2）老路基与新路基之间的结合强度达不到标准，或由于路基边缘受水侵蚀产生不均匀沉陷也是引起纵向开裂的重要原因。

（3）拓宽施工时的搭接处碾压不到位造成压实度不够或使用的材料达不到相关标准，如路基施工中压实度不均匀，特别是老路基结合处压实机械难以作业，压实质量不满足要求，路基基底处理不好，造成路基、路面不均匀沉降，并引起路面开裂。

3.1.2基层施工质量方面原因

基层施工时，纵向接缝处混合料离析、养生不到位、碾压不规范，或两层基层施工时，纵向未按规定进行搭接错位处理等原因等造成接茬部位松散、强度不足，而产生裂缝并反射至沥青面层。

3.1.3沥青面层施工质量方面原因

面层摊铺施工时，两幅接茬处未处理好，或多层沥青面层结构，上下层纵向施工缝未按要求错缝施工，造成接茬部位薄弱，在行车荷载及环境因素作用下逐渐开裂，形成纵缝。

3.2泉厦高速纵向裂缝的不利影响和危害

（1）降低路面防水性能。出现裂缝后，路面积水易渗入到路面结构内部，甚至进入到对湿度敏感的基层中；

（2）增加路面应力和变形。由于裂缝的存在，在荷载作用下，路面结构会产生很大的应力和变形，缩短结构层的寿命；

（3）加大路基压力。因裂缝的存在，使路面不连续，在车载作用下，增大路面边缘的变形，使路基顶面承受过大压力；

（4）加速磨耗层破坏。在车辆、水分、霜冻等因素的综合作用下，裂缝周围的骨料或小块沥青的粘结力降低，更易剥落，使磨耗层沿裂缝迅速破坏。

（5）纵向裂缝的危害。纵向裂缝的主要危害在于大量路面排水不断地从纵向裂缝处进入路面及路基结构内部，使路面基层甚至路基软化，从而导致路面掏空、强度降低和承载力下降，加速路面破坏，其危害性远远大于路面横向裂缝。

路面纵向裂缝是路面技术状况恶化的前兆，对路面强度、耐久性等产生非常不利的影响，严重地危害路面性能，大大地影响了行车安全，增加了安全事故的隐患，而在日常养护过程中使用密封胶、压缝带、抗裂贴等材料进行贴缝、压缝、填缝等常规工艺难以对拼宽纵向裂缝处治到位。因此对大流量、车速快的泉厦高速公路纵向裂缝进行科学有效的处治是提高泉厦高速公路路面使用寿命、减少交通事故，是非常重要的也是非常必要的。

4　高聚物注浆技术在拼接裂缝中的应用

4.1高聚物注浆材料的主要性能特点

高聚物注浆材料使用的是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，即A、B（专用树脂和硬化剂）双组份高聚物材料。当两种材料混合后发生化学反应，体积迅速膨胀并形成泡沫状固体，从而达到填充脱空和加固基层的目的。

4.1.1轻质性

高聚物材料非常轻，其密度不到水泥浆或沥青材料的10%。对拼宽纵缝所处的本已软弱的基层或底基层，材料所施加的荷载非常小。

4.1.2膨胀性

高聚物材料的自由膨胀比可达20：1，在注射压力作用下高聚物材料易于流向裂缝中最软弱、阻力最小的地方，经过之处可以填充脱空层和裂缝，同时高聚物材料膨胀后可以进一步压密和强化周围的材料，对拼宽裂缝所处的搭接处碾压不到位造成压实度不够的情况能够起到挤压提高密实度的效果。

4.1.3早强性

高聚物材料能够迅速完成膨胀和固化，并且在15min内达到其最终强度的90%，且具有良好的弹性和强度，加上稳定性强，耐久性好，特别是具有良好的抗拉强度，能够短时间开放交通，减少养护施工对运营交通的影响，在泉厦高速这种大流量运营期高速公路上具有良好的应用价值和社会效益。

4.1.4防水性

高聚物材料本身非水反应膨胀类的特性可以排除下层积水，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，对路面裂缝和接缝都有良好的密封作用。

4.2高聚物注浆技术工艺

高聚物注浆技术工艺流程如图4：

4.2.1裂缝调查

裂缝处治之前，必须先进行裂缝调查，裂缝调查是编制、制定高聚物注浆工艺处治裂缝方案和计划的依据。通过仔细调查沥青路面裂缝的状况，根据裂缝类型及严重程度和交通流量、气候环境等因素正确区分裂缝类型和严重情况。为确保数据的正确性和编制处置方案的科学性，还应对裂缝调查数据进行抽查校核，偏差在10%以内为合格。

4.2.2裂缝检测

根据裂缝调查数据，需应用无损检测对路面纵向裂缝进行科学检查，为注浆施工路段提供相关数据。目前常使用的无损检测为落锤式弯沉仪（FWD）无损检测、探地雷达（GPR）无损检测两种（见图5）。

4.2.2.1落锤式弯沉仪（FWD）无损检测

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，目前被认为是一种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。

4.2.2.2探地雷达（GPR）无损检测

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。

应用FWD、GPR无损检测技术对路面进行快速检测，全面分析拼宽纵向裂缝状况，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，达到靶向明确，处治准确的目的。

4.2.3放样钻孔

根据无损检测判断，对需要处理路段进行放样，标记注浆孔位置，进行注浆钻孔。为保持路面清洁，需先后采用50cm、80cm钻头通过已处理铁盆对注浆位置进行钻孔，防止灰尘扩散，并及时对钻孔位置进行清理。注浆孔直径约1.6cm，钻至路基顶面，约70～75cm。注浆孔距离裂缝25cm，沿着缝间距100cm，交叉布置。如图6所示。

4.2.4安装注浆管

根据高聚物注浆技术要求，使用切割工具把PVC管截取约20cm左右，通过注浆孔把PVC注浆管置于面层之下，长度约20cm。

4.2.5安装注射帽

把注射帽凹型边缘使用专用工具清理干净，以便于注射枪更好的结合，防止在注浆过程中出现注射帽脱落情况。注射帽安装好后需要插入PVC注浆管内。

4.2.6加压注浆

根据施工技术要求，为防止施工过程中发生脱帽等情况造成路面污染，需要把特制的铁盆通过注射帽放置于注浆处，使注浆头露出盆地，使用夹具把注射枪与注射帽夹牢。高聚物注浆技术的注浆压力一般为7MPa，其压力源于高度机械自动化泵压系统，能够保持注浆枪口处的压力维持在7MPa左右。高聚物材料与传统的水泥注浆材料性能表现不同，高聚物材料在注入到路面结构内部后，通过自身膨胀向四周扩散，所以路面结构内部的高聚物注浆压力为：PG=P+ΔP，式中，PG为高聚物注浆实际压力；P为注浆枪口压力，一般在7MPa左右；ΔP为高聚物材料膨胀提供的膨胀压力。因此，高聚物注浆不同于传统的水泥注浆技术需要提供保压，而是通过自身膨胀提供持续的压力，达到最终处置的目的。

4.2.7注浆后检测、封孔

注浆后需要对路面再次进行无损检测，以判断评价注浆效果。按照要求在进行高聚物注浆后20min左右即可对注浆路段进行无损弯沉检测。检测合格后需对注浆孔采用密封胶进行封闭，防止雨水从注浆孔处侵蚀破坏路面，并能保持注浆处路面的美观性。

5　结语

通过高聚物注浆技术治理高速公路纵向裂缝的后期结果可以发现，采用高聚物技术能够快速、有效地封堵裂缝，并能够达到充填和压实裂缝处空隙的特性，在治理路面拼宽裂缝方面具有良好的适用性，能够改善路面使用性能和路容路貌，延长路面使用寿命，延缓路面中大修时间，可以节约大量后期养护维修经费；施工时间短，减少正常通车运营干扰，产生良好的社会效益；能够科学有效、经济安全地达到治理高速公路拼宽裂缝的效果。

［1］JTGF40-2015，公路沥青路面施工技术规范.北京：人民交通出版社.

［2］JTJ 034-2000，路面基层施工技术规范.北京：人民交通出版社.

［3］福建省高速公路有限责任公司.福建省高速公路沥青路面裂缝处治指南.2005.

［4］黄国华，吕贵宾．高速公路拼接加宽路基损坏及处治技术研究［J］．公路工程，2012，37（4）：231—234．

［5］潘艳辉.高聚物注浆材料的膨胀力试验研究［D］.郑州大学，2008：20-25．

［6］冉龙强.高聚物注浆补强在高速公路路面维修过程中的应用.交通标准化，2007（8）：152-154.

［7］张君静，肖昭升.高聚物注浆技术处治高速公路病害的经济效益分析.公路工程，2013，38（2）：12-15.