压浆技术在刚性路面病害处治工程中的应用

高泽倩

（山西省公路局 长治分局，山西 长治 046000）

0 引言

水泥混凝土路面作为典型的刚性路面在我国应用时间较早，相较于柔性路面有刚度大、承载能力强、耐久性好、耐磨耗和相对环保等技术优点，因此在高速公路、城市道路、机场跑道、港口码头等工程中得到广泛应用。然而随着水泥混凝土路面服役年限和交通量的不断增加，其服役性能逐渐衰减，裂缝、车辙、唧泥、板底脱空等路基路面病害数量呈几何级数增长，且养护维修难度较大，如不及时处治病害会迅速发展，造成路基路面整体结构承重能力的锐减，从而降低道路的通行能力和使用寿命，并进一步威胁道路的运营安全[1]。以往的水泥混凝土路面病害处治技术采用全封闭交通和完全破除路面结构的方式，对病害部位进行加固处理后再重新铺筑路基路面。由于水泥混凝土凝结和养护时间较长，该方法会严重影响开放交通时间，导致病害修复路段交通压力增大，引发连带的经济损失。

压浆技术最早在十九世纪应用于工程修复作业，由于其施工简便、易操作、环境适应性强、经济环保等优点迅速得到普及，压浆原材料也由起初的原始黏土发展为水泥浆液，其后又相继出现了各类化学压浆类材料，进一步丰富了压浆技术的应用条件和范围。压浆技术应用于水泥混凝土路面病害修复工程，可充分发挥其技术优势，在有限的作业空间范围内快速完成对路基路面病害部位的精准修复工作，从而达到降低工程规模、减少车道占用和快速开放交通的目的[2-3]。目前，压浆技术在水泥混凝土路面病害修复工程中的应用虽然较多，但其应用技术水平和质量还稍显不足，有待结合混凝土路面病害特征进一步阐明其作用机理，并从工艺流程和质量控制标准方面加以完善和规范。

1 压浆技术原理分析

1.1 路基路面病害机理分析

水泥混凝土路面基层作为面层结构的持力层，可保证混凝土面板的承载能力和接缝的传荷能力，控制或减少路基不均匀变形对混凝土面层结构受力的不利影响。混凝土路面面板为小挠度弹性薄板，抗压承载能力强而韧性较低，极易发生脆性断裂，理想状态下刚性面板结构的支撑条件应均匀[4]。此时，一旦水泥混凝土路面基层受到破坏，改变了刚性面板结构的支撑条件，甚至发生脱空，其自身会产生较大的附加应力，如不及时处理面板很快会出现裂缝、拱起、掉角、错台、唧泥等病害，不仅影响路面外观，还会缩短路面结构的使用寿命，降低公路通行能力和运营安全性。

图1 混凝土路面病害机理

1.2 压浆主要作用机理

压浆技术是通过在混凝土路面病害区域钻孔，再将注浆材料如高聚物或水泥浆等通过注浆孔注入到病害部位，通过注浆材料的凝固硬化，将原本破损或脱空部位修补成一个整体，起到补强路基或者路面基层的作用[5-6]。压浆作用机理主要体现在以下几个方面：

a）当注浆压力较小时，浆液以渗流方式为主，不会对土体结构造成破坏。此方法适用于空洞较大或粒料类基层，浆液填充到空洞或基层裂隙中将原有的空气和水分排出，并使分散的颗粒状土体黏结起来，从而提升土体的密实度和强度，维持其整体性，封闭渗水通道。根据压浆方式的不同，浆液可以球面或柱面形式扩散。

b）当注浆压力提升到一定程度时，路面基层因为浆液的注入产生体积膨胀，部分补偿了由于基层压缩造成的变形损失，提升了基层的整体强度和刚度，同时还对沉陷路段的路面结构起到一定的抬升作用。

c）当注浆压力进一步增大至足以克服基层的初始应力和抗拉强度时，引起基层材料原有结构破坏和裂隙张开，浆液填充固结后以网状相连接，发挥骨架作用，从而提升路基或路面基层的整体承载能力。

为保证水泥混凝土路面病害处治效果，可根据基层材料类型和病害特征选择适合的初始注浆压力，再根据现场情况和注浆试验做出具体规定。

2 压浆技术工程应用

晋东南地区某公路采用水泥混凝土路面结构，面板厚度为28 cm，已建成运营12年以上。目前该路段车流量较大，但路面结构整体性能良好，能够满足正常行车要求，只在部分区域发生了掉角、唧泥等病害，为避免病害进一步发展，公路养护单位决定对该路段病害进行检测和处治，该项目具体工作步骤如下。

2.1 脱空检测

判断刚性路面基层和路基空洞一般采用人工目测法或贝克曼梁弯沉测定法。人工目测法指作业人员通过观察接缝情况，裂痕状态和有无唧泥进行主观判断，当有重型车辆行驶通过时能明显感觉到混凝土板有竖向位移，或者下雨后出现明显唧泥，通常表明板底已发生脱空。该方法方便快捷，但以定性为主，容易受检查人员主观因素影响。

采用贝克曼梁弯沉测定法对典型病害位置进行检测，采用5.4 m长杆弯沉仪以及BZZ-100后轴轴载为10 t的标准测定车，测点设在每块面板接缝和裂缝两侧，车轮位置设置于角点处，且车轮着地矩形的边缘距横缝10 cm[7]。

图2 贝克曼梁测定示意图（单位：m）

规范规定，针对水泥混凝土路面贝克曼梁的中间支点及百分表支座，应当与变位感应点保持至少相隔一道接缝原则，尽可能落在交叉板上，不能落在同一块面板块上。读数方面，为了精准观测，作业车辆应当驶离观测点5 m以上，相隔一条缝，并且等待至少10 s后读数。此次检测弯沉值均大于0.55 mm，大于规范要求的0.2 mm限值，判定该路段水泥混凝土面板已发生脱空。根据检测结果进行钻芯验证，发现路基0.6～0.8 m深度范围内芯样呈碎块状，并包含大量泥浆，表明该部位路基已发生严重破坏，需尽快进行处治。

2.2 浆液配比设计

为了保证压浆质量，该项目选用的压浆材料应满足以下几方面的性能要求[8]：

a）早期强度高 为了尽早开放交通，减少施工耗时，应选用早期强度高的压浆材料。

b）流动性好 浆液黏性大，流动性不好会导致浆液难以充分填满空隙，影响注浆质量，另外也会增加浆液的泵送难度，容易造成注浆管堵管。

c）无泌水 浆液流动性增加，相应地水灰比也会随之增大，可能会导致浆液发生泌水现象，不仅影响注浆加固效果，多余的水还会流到板底脱空处加剧病害发展，反而起到相反作用。

d）结石率高 压浆注入相应破损路基路面时应保证一定的结石率，如若收缩则会使路基路面和基层的黏结力大大减弱，同时还会留下部分孔隙再次成为渗水通道，直接影响注浆处治效果。

为满足以上性能要求，该项目注浆材料分别采用42.5级硅酸盐水泥和细度模数为12的Ⅱ级粉煤灰，硅酸盐水泥与粉煤灰共同发挥胶结和填充作用，另需添加少量的添加剂以保持浆液上述性能。浆液水灰比为0.9∶1，水泥粉煤灰质量比为1.0∶0.7，添加剂为水泥质量的0.5%，通过配合比试验得到固结体28 d抗压强度为2.1 MPa，结石率为92%，能够满足相关规范和设计文件要求。

2.3 压浆工艺流程

该项目现场压浆作业包括确定孔位、成孔、浆液制备、灌压浆液、封堵压浆孔、清理路面等步骤。

a）成孔 压浆孔间距可根据现场注浆试验得到的浆液扩散半径确定，该项目压浆孔的排距和间距均为3.0 m，钻孔深度为1.0 m，保证注浆段能够达到路基病害部位。

b）制备浆液 压浆施工前对浆液的流动度进行检测，采用流锥流动度试验测得初始流动度和30 min流动度分别为31 s和47 s，满足规范对浆液流动度的要求[9]。

c）压浆 首先进行现场压浆试验，确定注浆压力应不小于0.8 MPa，其后进行跳孔压浆，以防止出现窜浆现象，保证注浆效果。

d）堵塞压浆孔 在压浆完成后，采用木塞堵住压浆孔防止浆液外溢，木塞具有一定的弹性，且有一定的透气性，有助于压浆浆液早期强度的增加。

2.4 压浆施工质量检测

在压浆施工作业结束7 d后，对修复路段的压浆部分进行钻孔取芯，芯样的提取率达到93%，满足相关规范要求。

3 结语

压浆技术不仅可以在不破坏原路面结构的情况下有效修复水泥混凝土路面基层的各种常见病害，显著改善路面基层的工作性能，延长刚性路面的使用寿命，还可控制病害修复的施工作业时间和工程总体造价成本。本文在分析压浆机理的基础上，依托实体工程对采用压浆技术处治水泥混凝土路面病害的工艺流程进行了详尽说明，可为今后刚性路面基层病害处治、预防性养护和加铺改造等相关工程应用提供技术参考。