基于X027公路快速修复地聚合物注浆技术研究

毛翠荣

[摘要]地聚物注浆施工效率高，路基形成强度快，可大幅度节省工期，达到根治路面病害的目的。本文依托叶县X027郑庄至水闸段项目养护和大修工程，针对路面内部裂缝及松散脱空类等其他隐蔽病害，进行注浆开挖调查与路面病害检测取证，通过X027路段地聚物注浆修复加固试验，验证地聚合物注浆技术的可行性和可靠性。

[关键词]新型注浆材料；地聚合物；地聚合物注浆技术；公路病害快速修复；新技术应用

文章编号：2095 - 4085（ 2018） 02 - 0075 - 03

快速畅通是公路的最大特征。在实施维修过程中，尽可能减少对公路交通的影响。但传统的维修技术已经难以适应此要求，创新公路养护维修技术已是公路维护关注的焦点。本文从叶县X027郑庄至水闸段项目试验路段病害检测，地聚合物注浆修复实验人手来探讨其在公路病害修复中的应用。

1 应用工程概况

河南省平顶山叶县X027郑庄至水闸段项目试验路段（以下简称X027试验路段），全长1.683km（ KO +000～ Kl +683），二级公路，路面宽度15m，沥青混凝土路面；1984年铺筑水泥混凝土路面，后于2013年局部进行碎石化，加铺沥青混凝土路面，至今通车大约两年，现纳入城市路网范围。X027路面结构自上而下依次为9cm厚沥青混凝土面层+25cm水泥混凝土面板（部分路段碎石化）+36cm厚石灰粉煤灰稳定砂砾石基层。路面损坏主要以纵横裂缝及龟裂为主，局部路面伴有车辙、沉陷、坑槽等病害，病害位置主要集中在行车道处，局部开挖后，发现基层下有胶泥状软弱层。需要对路段弯沉值大，道路结构强度低，路基与基层薄弱，承载力不足问题进行病害修复。

2 路面病害

2.1 路面病害检测

X027路段进行大修改造前进行了GPR连续检测，GPR图谱分析与开挖取样，由样品PCI报告显示层间粘结状况较差现象普遍存在，不仅存在于面层与基层之间，而且存在于基层与底基层（路基）之间，而且存在基层或路基存在含水区域，严重影响路面结构性能，如果不进行有效处治，将会极大影响路面使用寿命。路面损坏状况指数PCI见表l所示。

根据表1路面破损状况评定该路段道路PCI指数检测，其评价结果显示PCI指数<60占比例41%，路面破损情况为差。依据《公路养护技术规范》（ JTG Hl0 - 2009）与《公路技术状况评定标准》（ JTG H20 - 2007）的要求，对该路段病害进行全面的人工路面调查，调查结果显示裂缝、车辙、龟裂、唧浆及承载力不足等病害是导致X027路面结构层层间状况欠佳的主要原因。

2.2 路面病害分析

由于叶县X027路段病害分布较为集中，基本位于行车道处，因此，X027试验路段动态弯沉值差异较大，基层稳定性差。针对X027试验路面内部裂缝及松散脱空类等其他隐蔽病害，应用落锤式弯沉仪（ FWD）和探地雷达（GPR）进行检测（因其不在本章讨论范围，故不作具体分析），纵向每lOm -个测点，并结合钻孔取芯分析，获知路面结构层层间状况欠佳是导致路面裂缝、车辙、龟裂、唧浆及承载力不足等病害的主要原因。路面结构层层间粘结质量的不好，破坏了路面结构的整体性，削弱了路面的承载能力。

2.3 注浆开挖调查与取证

为进一步更加直观地弄清X027路面结构层层间状况，采取向路面结构层注射高聚物绿色浆液，待浆液凝固后通过开挖方式进行调查，注浆开挖面积为3m×2.7m。图1为注浆后现场开挖图片。

X027路面开挖调查得到的路面各结构层层间注浆材料分布情况及厚度，面层一基层层间则较大范围内存在注浆材料，且形成明显层状，厚度范围为0～ 15mm；基层一底基层层间注浆材料连片存在，形成完整块状，厚度范围为0～ 40mm。注浆开挖结果显示，面层层间粘结状况相对较好，而面层一基层层间与基层一底基层层间的粘结状况则较差，这与前面的钻芯调查结果基本一致。

3 地聚合物注浆加固修复关键技术

3.1 新型注浆材料

叶县X027郑庄至水闸段项目试验采用新型注浆材料——地聚合物。地聚合物注浆材料具有良好的弹性和强度，具有较好的抗拉强度。特别是注浆材料采用地聚合物注浆材料预混和预包装的干混料，严格保证了注浆材料的質量。该材料除了自身强度高，流动度大，可注性好之外，还具有良好的黏结性，特别是黏结性能更为突出。通过向道路结构体内注射多组份高聚物材料、地聚合物材料浆液，填充结构中的空隙，实现非开挖、快速、微创防治路面内部病害。

3.2 快速注浆修复技术设计

根据对X027试验路段路面病害的检测分析，结合检测路面类型和注浆前检测结果设计地聚合物分层注浆方案。（1）先对于水泥混凝土路面采用板底注浆技术。（2）对于半刚性基层路面，采用基底注浆技术；对于基层松散半刚性基层和柔性基层路面，采用加载注浆技术。（3）对于路基病害，采用深部注浆技术。具体注浆方案设计如下。

3.2.1 其一板底注浆

板底注浆注浆孔布置沿行车方向分布，注浆孔距离板缝0. 25m。孔间距1.2～1.5m，横向及纵向平均分配；板中均匀加密两点，如遇到板断裂，在裂缝处增加注浆孔，使薄弱基层得到补强形成较为完整的整体硬壳层。

3.2.2 其二基底加载注浆

对于X027试验路段基层松散的半刚性基层路面或柔性基层路面，通过基底注浆对路基加固是极为重要。为防止高聚物膨胀力将路面顶起，需要采用加载注浆，注浆孔距2. Om，排距2.Om，孔径16mm，其中，两侧布孔主要在轮迹带处，中间布孔位于行车道中心，路基与基层注浆孔交错分布。在基底注浆工艺的基础上，在注浆孔上方路面施加附加的载荷。加载板尺寸1m×1m，中间有0.05m直径圆孔，荷载不小于2000kg。加载时，要求注浆孔露出加载板中间圆孔，以便能够注浆。

3.2.3 其三深部注浆

深部注浆注浆管置于基层中间，注浆孔直径0.016m，钻孔深至路基顶面。深部注浆适用于路基深部病害，具体深度根据结构层情况确定。要根据检测确定的路基病害位置注浆，避免缺陷路面冒浆及工作压力的损失。

3.3 封孔、养生及弯沉检测

注浆结束后，采用木塞封孔，清理注浆孔周围溢出洒落的浆液；待浆液初凝后即可去除木塞，采用水泥砂浆抹平孔位。新型注浆材料养生2～4h后应及时开放交通，便于恢复注浆过程中对路面产生的劈裂及隆起。封孔4h后，即可对灌浆前标注点号的孔位进行弯沉值检测，并应自始至终使用同车、同重量、同仪器、同等条件下对同一标注点进行弯沉值检测，保证记录的完整性，观察注浆前后及强度形成的过程，积累经验，有效提升二次注浆的成功率。

4 注浆效果分析

4.1 质量评定

为了调查本路段通车路面的承载能力，本次选择两处代表路段进行路面弯沉检测，分别是KO+350～ KO +740段和KO +760～ Kl +350段，其中KO+350～ KO +740段路面出现纵横裂缝及龟裂，局部路面伴有车辙、沉陷、坑槽等破坏，KO +760～ Kl+350段未出现明显病害，检测结果见表2所示。

本次实验需达到的效果为：针对病害处注浆后的结构承载能力拟达到无明显病害路面处的承载能力表2。

（1）注浆前后动态弯沉检测结果对比分析。注浆至养生期后对道路注浆前测量点位进行贝克曼梁动态弯沉复测，注浆前后动态弯沉检测结果对比见图2所示。

据图2检测结果对比分析。1）注浆前对原路进行承载力检测，动态弯沉平均值为41 （0. Olmm），统计结果表明注浆前动态弯沉值≥42（0.Olmm）测点占比39.1%。2）注浆后进行承载力检测。动态弯沉平均值为24（0.Olmm），统计结果表明注浆后测试动态弯沉值均≤36（0.Olmm），3）注浆后动态弯沉值与注浆前相比可降低13%～69%，

（2）弯沉检测计算结果分析。注浆前后沥青路面表面病害处新型注浆材料注浆后的动态弯沉值均控制在36（0.Olmm）以下，代表弯沉值为35（0.Olmm）小于无病害完好路面的代表弯沉值37 （0.Olmm）；平均弯沉值较处治前降低了41. 460/0，标准差降低了46%，代表弯沉值降低了42%，表明新型注浆材料可大大提高路面的弯沉值，达到并超过现有无病害路面的承载能力。

4.2 探坑开挖效果分析

为检测注浆后浆液在路面结构内的分布效果，实验采用探坑进行观测，具体如下。注浆养生3d后对沉陷位置桩号KO +360处进行了探坑开挖，观测注浆材料在结构层内的分布情况以及对病害处治效果，探坑开挖深度至路基（开挖深度90cm）。

分析注浆效果。1）旧水泥混凝土面层与上基层层间。探坑分层开挖至上基层顶面观测到：上基层顶面发现裂缝，旧水泥混凝土面层与上基层层间有分布均匀的一层注浆材料，厚度约lcm，加固了层间结合的脱空部位；另外个别碎石化后或破碎旧水泥面板裂缝，也有注浆材料渗入，稳定了旧水泥混凝土板块，并可有效阻止雨水的下渗。2）上基层与下基层层间。分层开挖至下基层顶面观测到：下基层顶面未发现裂缝，上基层与下基层层间有部分松散体，并有少量灰、白色注浆材料浆液渗入，可起到加固作用。3）下基层与路基间。分层开挖至路基顶面观测到：路基顶面发现裂缝，处于潮湿状态下的路基呈胶泥状，注浆材料呈放射状非均匀的分布在裂隙与松散土石周围，潮湿未凝固；有效的填补裂隙、凝结固结松散层，起到加固、提高结构层承载能力的效果，但原有路基含水量大，注浆材料形成强度相对较慢。注浆完成后7d在两侧车道中部各选取5处进行复注，评判标准取复注率≤30%为合格。

5 实验效果与总结

效果：根据交通量统计设计年限内一个车道上的累计当量轴次约为：3 x106（次/车道），属中等交通等级，计算后路面顶面交工验收弯沉值Ls= 28.1（0. Olmm），如注浆后加铺9cm沥青混凝土面层，原路面顶面交工验收弯沉值要求为Ls= 36.3 （0. Olmm），本次实验路段注浆后代表弯沉值为35（O.Olmm），满足设计要求，因此，我们在该项目中微创注浆技术的应用是成功的。

6 结语

叶县X027公路修复试用地聚合物压密注浆技术实施加固，经使用研究觀察，地聚合物注浆技术试验达到了预期目的，取得了良好的补强效果。地聚物注浆快速修复技术与传统维修方法相比，具有一下社会经济效益。（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，在此基础上采用地聚物注浆技术进行针对性维修，达到根治病害的目的。（2）施工快捷。地聚物注浆施工效率高，形成强度快，从而大幅度节省工期，减少了交通干扰。（3）保护环境。采用地聚物注浆技术，经过权威部门检验地聚物注浆材料是绿色无污染的，有利于环境保护。（4）节省造价。与灌缝、铣刨重铺等方案相比，显著节省工程造价。

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