季冻区高速公路沥青路面基层注浆处置效果评价研究

朱建平

(1.辽宁省交通科学研究院有限责任公司 沈阳市 110015； 2.高速公路养护技术交通运输行业重点实验室 沈阳市 110015)

路面开裂是季冻区半刚性基层沥青路面的典型病害形式，一般情况下裂缝封闭不及时或者封闭效果不佳，会导致路表水渗入到路基和半刚性基层内部，在高速行驶的车辆荷载作用下产生动水压力，逐渐造成道路内部冻胀、矿料剥落等局部破坏，反映至道路表面的特征有唧浆、错台、坑槽、沉陷等，降低了路面的承载能力和行车安全系数。

通过以往工程经验发现，对这一类道路内部出现局部病害的现象，如果不及时有效处理，仅仅是对道路表面病害特征进行修复完善，采用原路面铣刨重新加铺罩面、坑槽修补等方式处理，在通车运行一定时间后，类似的病害问题还会发生，甚至可能再次发生的病害更严重。这也是很多路面中修、预防性养护等方式，实际技术效果没有得到有效体现的原因之一。因此，采用一定的方式，首先处理好路面内部缺陷才是真正路面病害维修的前提。

结合2017年阜锦高速公路维修工程项目，在K115+100～K115+600路段行车道，采用了基层注浆方式对基层内部强度不足位置进行了处置，并利用FWD、LWD和3D-RADAR等检测方法，分析了注浆处置前后路面弯沉、半刚性基层介电常数等参数的变化规律，进而分析评价了注浆处置措施的应用效果，通车运行2年时间，状况良好。

1 注浆处置工艺及材料要求

注浆处置方案为原路面三层面层铣刨后，在半刚性基层顶部，对区域内横向裂缝附近进行注浆处置，然后再重新铺设沥青面层，注浆孔径为40mm±1mm，钻孔深度390mm±5m。

1.1 注浆孔位布设

实施路段内累计横向裂缝57条，在半刚性基层顶部打孔，孔深至垫层顶部，布孔深度和位置如图1和图2所示，注浆孔布设平均分布裂缝两侧，呈梅花桩型，行车方向水平间距0.5m，垂直间距1m，如遇网裂位置，适当增加网裂位置注浆孔数量并减小注浆孔间距。

1.2 注浆压力

根据经验，现场采取注浆机工作最大压力为6MPa，注浆喷头位置最大压力为2.5MPa。

1.3 注浆材料

注浆材料采用一种地聚合物类注浆材料，水采用洁净的自来水。浆液配比为水∶灰=0.29∶1，具体指标如表1所示。

表1 注浆材料性能试验结果

1.4 注浆过程及效果

注浆处置过程，具体分为钻孔及清理、现场搅拌浆液、基层压浆和养生及清理等四个重要环节。

(1)采用自主开发的可移动式固定支架装载电锤的方式沿表面垂直向下钻孔，利用压缩空气将钻孔内部的碎末清理出来，避免注浆孔内的碎末、石屑等封堵空隙，影响注浆液体在注浆位置的移动扩散。

(2)采用分层二次拌和的方式进行浆液的制备，快速搅拌速度为200r/min，搅拌方式为正转30s和反转30s，低速搅拌速度为70r/min,采用无间歇的定向搅拌，以保证待用浆液不至过早凝结。

(3)基层压浆过程采用液压式注浆机，过程中控制注浆机的工作压力和注浆量，待注浆机达到最大工作压力且流量计数值在1min内不再变化时，即停止注浆，将压紧装置拔出后立即插入木塞，以保证浆液不溢出。

(4)注浆后，及时清理注浆作业面卫生，避免污染路面，养生4h后取出木塞并用注浆料将孔洞填平。

2 路面弯沉检测及效果评价

分别采用FWD落锤弯沉仪和LWD手持式弯沉仪，对注浆前后裂缝位置附近进行弯沉值检测，检测方式为每条裂缝共计检测完成3点，分别为裂缝处1点及沿行车方向裂缝前后距裂缝0.5m位置各1点，做好测点标记，保证检测位置相同。检测数据如图3～图6所示。

(1)由FWD检测结果看出(图3和图4)：基层在注浆后，对应注浆裂缝位置处的弯沉值总体呈现明显降低趋势，弯沉极大值平均下降幅度为33.3%，同时注浆后弯沉值离散程度减小，说明基层整体强度得到提高；

(2)由LWD检测结果看出(图5和图6)：基层在注浆后，对应注浆裂缝位置处的弯沉值离散程度明显减小，与注浆前相比较弯沉值明显降低，弯沉极大值平均下降幅度为35.2%，说明基层的承载能力和整体性能得到提升。

(3)同时由FWD和LWD检测结果可以明显看出，注浆前后，对应同一条裂缝位置3个测点中的极大值与极小值之差导致的数据离散程度明显减小，说明注浆措施对恢复路面整体结构性能是有效的。同时结合工程实践情况分析，注浆前弯沉差(极大值与极小值之差)越大的位置改善效果越明显，采用的注浆材料也越多。

3 路面3D-RADAR检测及效果评价

采用3D-RADAR方式，对半刚性基层顶面注浆前后进行扫描，通过雷达手段对试验段实施效果进行评价分析。

利用CMP模式，测得500m试验路段内雷达数据，划分10cm单元间隔，计算得到各单元间隔的介电常数值，再将每条裂缝前后各5个间隔(100cm)基层的介电常数平均值计算出来，如图7所示，其中注浆后介电常数的数据为注浆24h后3D雷达检测的结果，分析注浆材料中已经完全固化，不会影响基层的含水率变化，但未进行实际基层含水量的变化检测验证。

由图7可以看出，注浆后基层的介电常数较注浆前有所增大，说明基层的空隙率降低，半刚性基层的整体性得到提高；对比注浆前后裂缝附近位置处介电常数计算结果可以看出，注浆后裂缝附近位置处的介电常数总体上呈增大的趋势，说明注浆材料的填充提高了裂缝附近半刚性基层的密实程度。

结合统计结果和现场注浆效果，原路面基层介电常数越小，基层开裂越严重，现场注浆材料用量越多，注浆后介电常数提升较为明显。初步判定，当原路面基层介电常数在6.5以下时，注浆效果较好，当介电常数在5及以下时，注浆效果较为明显。

同时，综合现场注浆统计情况，介电常数提升较大位置，相应的注浆量较大，从工程实践角度进一步证实了该指标的工程可行性。

4 结语

综合FWD、LWD和3D-RADAR检测手段，利用阜锦高速公路维修工程项目，进行了季冻区高速公路沥青路面基层注浆处置效果评价。研究得到，路面弯沉检测方法是判定注浆前后基层整体性能改善的有效评价手段，注浆后弯沉值总体呈现明显降低趋势，尤其是弯沉极大值平均下降幅度明显，弯沉值离散程度减小。路面3D-RADAR检测方法，提出了利用介电常数判断裂缝位置的基层是否需要注浆补强的判断指标，研究对工程应用具有一定的借鉴价值和实际意义。