基于路面结构层存在物理机理病害的注浆抬升技术

秦伦

摘要：高聚物注浆技术在公路维修领域具有举足轻重的地位，作为一项非开挖技术，其对维护路面原状结构有重要的意义。工程实践中，以多组分高聚物材料为主，将其以注射的方式送入待维修的公路结构内，材料膨胀后填充结构空隙，提高结构的密实性，实现对路面的加固并且抬升修复处理。本文首先阐述高聚物注浆技术的原理，再结合工程实例，着重围绕其在路面结构存在裂缝、破损、分层等物理机理病害修复中的应用展开探讨，阐述关键的作业要点，最终取得了良好的效果，为高聚物注浆抬升技术在此类工程中的应用提供技术。

关键词：路面结构  路面病害  二次注浆  高聚物抬升

1 高聚物注浆材料的特点及相应注浆技术的特征

1.1 高聚物注浆材料的特点

随着行业技术的发展，高聚物注浆技术的应用水平逐步提高，在路面修复中有突出的优势，所用的高聚物注浆材料主要具备如下特点。

（1）难溶性，通常不溶于其他溶剂。

（2）膨胀性，在应用高聚物注浆材料后，其在短时间内发生膨胀[1-2]，通常此类材料的膨胀比可达到20∶1。

（3）稳定性，化学性质呈中性，对环境的适应能力较强，不易招致昆虫，同时日常使用中鲜有发霉问题，遇一般酸碱盐溶液时也不易发生化学反应，性能可始终保持相对稳定的状态。

（4）對光较为敏感，若将高聚物注浆材料长期置于阳光下，随着时间的延长，将有发黄、变脆的问题，但对于路面修复工作而言，通常将材料注入结构内部，由于结构的遮挡，基本不存在遇光现象，光线对材料性能的影响微乎其微。

1.2高聚物注浆技术的特征

1.2.1 高效性

在传统的路面修复施工中，需要确定待处理的部位，以开挖换填的方法加以修复，其存在施工作业时间长、养护时间长的局限性，对现场的正常交通秩序带来不同程度的干扰，易引发交通拥堵。相比之下，高聚物注浆的方法经济高效，无须完全封闭路面，也无须安排养护，经过修复后的公路结构可在短时间内恢复正常通行状态[3-4]。

1.2.2适用性

高聚物注浆是一种无损修复技术，在判断病害的发生部位、具体程度后，以注浆的方法加以修复，若操作得当，注浆一次可修复多层，从实际应用效果来看，其在层间松散、脱空等病害的处理中均具有可行性。即便局部的注浆量不足，也可及时安排补注，此时有助于保证修复质量。

2 高聚物注浆抬升工艺特点

注浆抬升是指施工人员注入适当的浆液，从而提升软弱松散地基的稳定性，优化土体，同时可以利用材料膨胀时形成的压力促使被抬物高度得到提升，进而有效解决路基沉降问题。待注入的浆液到达一定标准后，防渗帷幕内的土体会被填满浆液，此时继续按照原先的压力注入浆液，就会对土体造成抬升作用力，借助该作用力助推既有结构，最终使得既有结构得到抬升。

考虑到高聚物注浆材料不同于普通的水泥浆液材料，其在注入抬升的过程中，材料性能、注浆压力、液囊形态、液囊内压力等指标均较为特殊，因此使用该材料时同样需要修改抬升注浆工艺，应严格注意以下几点内容。

（1）液囊形成机理较为特殊：高聚物注浆材料能形成液囊封闭空间主要是因为注浆材料注入后将自动进行反应，与接触面形成一定的粘滞阻力。所以，施工人员在注入浆液的时候，应参照抬升结构物截面尺寸大小，为高聚物注浆材料预留适当的反应时间，防止出现漏浆、抬升失败等问题。

（2）抬升力大小将随注浆压力出现变化：当使用高聚物注浆材料进行施工时，考虑到材料一旦进入板底会立即出现反应，液态性能难以维持，难以保证注浆压力和液囊形成压力之间的平衡。所以，项目单位在施工时应参照抬升结构特征，选择最适宜的注浆压力值，并根据施工进展实时调整注浆压力。

（3）单孔注入浆体后形成的结构体必须和被抬升结构体保持一定的距离。项目单位利用高聚物注浆材料进行抬升施工时，严禁将高聚物注浆材料直接触碰被抬升结构体，但为了确保整体结构受力均匀，必须严格参照设计标准安设注浆口，保证注入的浆液能够均匀填充在结构物下方的空隙中。

（4）安设专门的补浆孔进行补浆。为了有效防止出现凸台效应，在进行高聚物抬升注浆时，不仅需要安设专门的注浆孔，还应提前准备好专门的补浆孔，借助补浆孔向内填充适量的高聚物材料，令其与抬升结构充分接触在一起，保证抬升效果。因此，项目单位必须选择能够完全塞满孔隙的高聚物注浆材料进行施工，且整个施工过程中应严格把控抬升力，避免破坏结构的稳定性。

（5）项目单位应严格依照提前设定的“注-停”的原则开展工作。考虑到高聚物注浆材料将使得结构形成抬升作用，所以，为了避免材料一下子涌入、形成抬升作用，施工人员应选择分批注入的方式开展施工。不仅如此，每次的注入量同样会对液囊大小造成影响，所以施工人员还应严格把控每次的注入量。此外，相较于普通材料，高聚物反应速度较快、强度提升速度也更快，若是前后两次注浆时间超出设计规定的标准，出浆口极易被第一次注入的材料所堵塞，由此可见，合理把控两次注浆间隔的时间同样非常关键。

3高聚物注浆抬升技术在工程中的应用

3.1工程概述

德州至商丘高速公路夏津至聊城段，主线起讫桩号K80+900～K143+100，全长62.128km，沿线建设大中桥梁36座。经过多年的使用，德商高速公路总体性能较佳，各项关键的性能指标仍维持在合理的区间内，但有少部分路段路面有异常，例如，桥头跳车病害会直接对车辆通行时的平顺性造成影响，严重时存在车辆通行安全隐患。

3.2病害的关键成因

桥头部位的路面结构存在裂缝或是有不同程度的受损，路面的完整性不足，给雨水的下渗提供了通道，可见此时的台背部位存在空洞问题，其影响则是搭板显现出下沉的迹象，车辆通行时会在桥头出现跳车现象。此外，台背回填料的沉降也是路基沉降重要的原因，具体体现在自然沉降和荷载沉降两个方面，其会影响搭板的稳定性，导致其下沉。6A5495B5-E340-44B6-88A8-5316746722C2

3.3病害处治难点

在针对桥头跳车病害的处治中，常规的铣刨摊铺和压密注浆的综合方案缺乏足够的可行性，其仅能够处治面层病害及台背空洞，难以从根本上解决基层等部位破损的问题。对于注浆抬升技术，可应用于桥头沉降的处治中，但若对于路面结构存在裂缝、破损等物理机理病害的工程，施工期间将存在鼓包、跑浆等异常状况，将直接对抬升效果造成影响。具体至本工程中，如何在短时间内有效处治病害是本工程主要的难点，需要切实保证病害处治效果，给车辆的通行提供良好的环境，并要尽可能缩短施工时间，以免影响现场的正常交通秩序。

3.4病害处治方案

通过无损检测技术的应用，在不破坏现有路面结构的前提下掌握具体的病害类型、发生部位及程度;配套落锤式弯沉仪，通过该仪器的应用来检测路面弯沉量，根据实测数据判断结构的承载性能;针对路基路面病害的检测，还采用探地雷达的方法，再次明确病害的类型。经过全方位的检测后，确定公路存在的质量问题，以特定的材料注浆填充封闭，使路面受损部位恢复至完整、稳定的状态，达到注浆抬升的最佳准备，再实施高聚物注浆抬升作业，达到路面平整度要求。

3.5具体的技术应用要点

3.5.1 原材料的准备

根据公路病害修复要求，准备两种满足质量达标的高聚物预聚体液体原材料，分别将其装至特定的料桶内，运输至现场以便使用。

3.5.2 病害的诊断

为准确掌握公路的病害，可采用落锤弯沉仪或探地雷达等相关方法，分段有序进行，确定各段病害的类型、发生部位及具体程度。

3.5.3 注浆前的检测

对于待注浆的路段，用落锤式弯沉仪测定其弯沉值;在行车道右轮迹处布置测点，距离裂缝约25cm;荷载设为50kN。

3.5.4 注浆方案的设计

综合考虑病害类型、发生程度等已经探明的基础信息，遵循因地制宜的原则，有针对性地组织高聚物注浆技术应用方案的设计工作。路面的类型也是重点考虑对象，若为半刚性基层，较为适宜的是基底注浆技术;若为水泥混凝土，则应用板底注浆技术;若为柔性基层，可采用加载注浆技术。路面的病害类型为确定本技术方案的主要参考对象，如路面结构存在裂缝、破损至外露部分或接近外露或分层等现象，则需进行两次注浆，第一次注浆主要针对路面结构层病害进行填充封闭并加固，第二次注浆则主要为填充路面结构层以下的空洞、松散部位及路面的抬升。

3.5.5 一次钻孔

根据路面病害的检测报告，来确定钻孔位置及钻进深度，用冲击钻在指定部位钻孔，加强检查与控制，要求成型孔洞的孔位误差不超过0.05m，钻孔应保持垂直，孔深不小于设计值。

3.5.6 注浆管的下放

以注浆作业长度为参考，确定注浆管的合适长度，用切割工具裁切，然后将管道下放到位。

3.5.7 注射帽的安装

全面清理残留在注射帽上的各类杂物，待其保持洁净后安装至注浆管的上端口，必须保证两者稳定结合，不可在后续的注浆施工中发生松动。

3.5.8 一次注浆

用配套夹具将注射帽和注射枪夹牢，将提前准备好的两类特定材料经由输料管送至注射枪口，于该处发生混合，此时继续推送，直至到达待处理的病害部位为止。两类预聚体材料结合后快速发生化学反应，于短时间内明显膨胀并固化，实现对裂缝处、软弱区和松散区的有效加固处理。

3.5.9 二次检测

运用无损检测技术，再次对路面结构进行检测，确定路面结构不存在裂缝、破损等影响注浆抬升的病害，整个路面恢复至一个完整、稳定的状态，此时再进行注浆抬升，将有效避免跑浆、鼓包等现象。

3.5.10 二次钻孔，注浆管的下放，注浆帽的安装

二次钻孔、注浆管的下放、注浆帽的安装流程基本与前面一致，但需注意以下几点：若采取深部注浆的方法，需将管材伸入路面结构层以下病害部位;若采取基底注浆的方法，将管材下放至基层底部区域。简言之，注浆管的下放部位主要根据注浆方法而定。

3.5.11 正式注射

用配套夹具将注射帽和注射枪夹牢，将提前准备好的两类高聚物原材料经由输料管送至注射枪口，于该处发生混合，此时继续推送，直至到达待处理的病害部位为止。两类预聚体材料结合后快速发生化学反应，于短时间内明显膨胀并固化，促进沉陷路面的正常抬升。注浆压力以7MPa较为合适，待实测结果显示注浆量达到要求后随即关闭注射枪，并保持15s，此后方可分离注射帽和注射枪。

3.5.12 注浆抬升效果的检查

注浆后，去除无需使用的注浆帽，确定外露的注浆管并将该部分切除干净;约15～20min后开始组织质量检查，具体可采用水准仪、落锤弯沉仪或探地雷达的方式完成，若实测结果显示注浆抬升效果达标，则结束注浆作业，否则安排补注浆，直至各项指标完全满足要求为止。需注意的是，注浆效果的检测方法及具体检测部位均要与注浆前相同。针对注浆前实测结果显示弯沉值在300μm以上的点，注浆后有必要安排复测。基于测量数据做回归分析。

3.5.13 封孔处理

经过全方位的封孔施工后，可以有效隔绝雨水，以免出现雨水侵蚀路面结构的问题[5-6]。封孔时，材料可选用专用密封胶，在使用时对该部分材料做加热处理，温度控制在160～200℃，相比于路面标高，灌注密封胶的高度略微降低，若超出则将多余部分清理干净，使其恢复平整状态。

3.5.14 现场清理

经过一系列的施工后，用笤帚和铁刷清理作业区，然后进一步用吹风机做精细化的处理，残留的泥水则用水枪或湿抹布擦拭干净。

3.6病害修复效果分析

施工实测结果显示，该高速公路的病害主要有底基层松散、面层裂缝、路面结构层分层、土基空洞、密实度不足等，在采用高聚物两次注浆抬升的处理方案后，现场无跑浆、鼓包等现象的发生，并应用水准仪、弯沉仪、地质雷达多种方法做全面的检测，各类病害均得到有效的处理，路面平整度达到要求，避免了跳车现象，原本的松散材料在高聚物的作用下固结为完整的、稳定的整体，路基整体强度提高，较之于注浆前，测点弯沉的平均值下降54%，表明高聚物两次注浆技术在路面结构层存在裂缝、破损、分层等病害的桥头跳车抬升处理中切实可行。从后续2个月的跟踪观察结果看，处理部位无明显沉降现象，能够满足车辆的安全通行要求。注浆抬升施工历时1 d，相比于开挖换填、压密注浆等传统方法，节省工期70%以上，节省投资30%以上，经济效益显著。

4 结语

综上所述，在现阶段的公路病害修复工作中，高聚物两次注浆快速抬升技术在处治路面结构层存在裂缝、破损、分层等病害的桥头跳车抬升处理中有着效率高、效果好、操作便捷等优势，经过处理后的公路可恢复正常状态。作为工程技術人员，应高度重视高聚物两次注浆快速抬升修复技术，根据实际条件合理应用，发挥出其在公路修复领域的应用价值。

参考文献

[1]许胜捷.低放热高聚物注浆材料力学特性研究[D].郑州：郑州大学，2020.

[2]胡郑壕.季冻区高聚物注浆材料力学性能试验研究[D].郑州：郑州大学，2019.

[3]彭博，谢海斌.高聚物注浆在路面病害养护施工中的应用[J].交通世界，2019（28）：52-53.

[4]罗小云.高聚物注浆非开挖技术在桥台位置伸缩缝病害综合治理中的应用研究[D].重庆：重庆交通大学，2019.

[5]王永杰.沥青路面裂缝修补工程中的高聚物注浆施工技术[J].交通世界，2021（20）：73-74，77.

[6]赵子璞.沥青路面裂缝修补工程中的高聚物注浆施工技术[J].交通世界，2020（30）：87-88，124.6A5495B5-E340-44B6-88A8-5316746722C2