新型无机聚合物在路桥过渡段桥接坡加固中的应用

刘丽丽

（河北省公路事业发展中心，河北 石家庄 050000）

0 引言

在经济快速发展背景下，我国基础设施建设得到了前所未有的发展，公路工程的规模和数量都在不断增加，但与此同时，人均汽车保有量、车辆出行频次的增加也对交通行业提出了更高要求。部分道路桥梁工程在应用一段时间后，由于各种因素影响，逐渐出现道路病害问题，影响了公路的正常使用，而桥头跳车[1]是工程实践中常见且难以快速有效解决的问题。发生桥头跳车的主要原因是交通荷载较大，以及工程自重导致台背土体压缩、道路基础不均匀沉降，并最终对工程整体产生影响，降低了道路安全性及出行舒适度[2]。

地聚合物是一种新型无机聚合物，三维立体网状结构，主要构成成分为AlO4和SiO4四面体结构，由于其分子中包含Al-O键和Si-O键，且结构独特，使得该聚合物具有良好的耐久性，同时力学性能良好[3]。注浆[4]是使用专用的注浆设备和钻孔设备将浆液压入路面工程的受损结构当中，施工过程中浆液能够挤出受损结构中存在的空气和水分，进而提高工程整体强度。同时，地聚合物能够通过化学反应与原有道路结构中的物质发生离子交换，并在此基础上结合挤密作用、惰性充填原理，使浆液能够和原有材料之间结成整体，进而解决病害问题并强化工程质量。

本文分析了我国东部地区某工程的桥头跳车病害问题处治过程，介绍了应用注浆加工工艺的常见措施、技术要点，并结合工程案例评价了地聚合物的应用效果，结合沉降监控结果对其进行评价，最后还展望了桥接坡加固工程中地聚合物注浆加固技术的应用前景，以期为相关从业人员带来启发。

1 软土地区桥头跳车病害成因

公路软土地基是当前较为常见的公路地基，该结构相对而言孔隙较大、含水量较高，同时稳定性和强度均相对较低，应用一段时间后易出现不均匀沉降问题。

在不均匀沉降的影响下，桥头台背回填位置一旦出现断裂沉降，就会导致车辆通过这一路段时出现跳跃现象，进而会对路面产生更强的冲击荷载，因此，跳车问题是公路工程中较为严重的问题。

导致桥头跳车的主要因素有：道路的不均匀沉降和刚度突变、车辆的抗震性能和行车速度等。从道路工程的角度来看，原因主要在于桥台结构为刚性而路面应用柔性材料，两者连接部位出现不均匀沉降进而发生错台。通常而言，桥接坡的路面和桥梁主体之间所采用的材料特性具有很大差异，桥头位置一旦出现强度较大的受力，就很容易形成集中应力，在工程结构自重和车辆荷载的多重作用下，道路和桥梁发生共同沉降，然而两者沉降的速度有所不同，尤其是台背回填土方还会受到水土流失和自身压实度的影响，导致桥梁沉降远远不如路面沉降量，进而引起错台，造成跳车问题[5]。

2 地聚合物注浆加固工艺特点

和常规道路养护不同，地聚合物注浆加固技术能够应用非开挖的方式有效加固道路基层、补强路基，具有良好的应用效果，其传统工艺特点如下：

灌封：该措施能够快速止水，同时避免结构层出现水损坏，通常应用于横向、纵向裂缝或不规则裂缝，但使用该措施施工后道路美观性较差，治标不治本，问题容易反复发生。

翻挖重建：该措施能够在低成本条件下有效解决车辙、坑槽和局部沉陷等问题，但该措施依旧是临时的局部补救措施，很容易造成拼接部位附近出现刚度差异，进而导致路面产生裂缝。

铣刨罩面：该措施能够快速解决病害路面抗滑系数低、毛面和裂缝等问题，施工完成后路面的美观效果也比较好，但该措施也治标不治本，很容易在修补后复发病害问题，维护费用居高不下。

大中修：该措施能够保持结构层处理的整体性，有效解决网裂、强度不足和大面积沉陷等问题，但应用时会对交通产生较大影响，费用较高且资源利用率低。

相较于上述传统道路养护维修工艺而言，地聚合物注浆加固技术在材料方面和工艺特点方面都具有显著优势。

2.1 材料方面

传统注浆加固工艺施工所用的材料稳定较差、体积收缩较大，材料泌水较多且耐久性不足，相对而言，地聚合物注浆材料具有更强的稳定性和耐久性，强度较高且可注性良好，同时还具有良好的黏结性。相应试验结果表明，地聚合物能够与三渣、水泥稳定碎石等道路常见材料取得良好的混合效果，并具备良好的理化性能。

2.2 工艺特点

地聚合物注浆加固技术能够从根本上解决传统施工工艺对道路病害治标不治本的问题。

地聚合物注浆加固技术应用时，施工时间较短，不需要开挖施工，对于交通工程的影响相对较小，有利于缓解交通压力。此外，地聚合物注浆加固技术应用条件限制少，对周围环境产生的影响也相对较小。

地聚合物注浆加固技术应用时能够有效补强道路基层和路基结构，在非开挖条件下解决路面病害问题，同时也能够一定程度抑制路面结构层的病害发展，这是传统养护技术难以实现的。除此之外，地聚合物注浆加固技术应用时还能够充分利用既有路面结构材料减轻资源浪费问题，降低施工成本。

3 工程案例

3.1 工程概况

本文选用我国东部某沿海城市的桥梁桥接坡养护工程作为案例进行分析，该工程最初建造于90年代，并在2006年进行改建，新老桥面上重新浇筑了10cm的C40钢筋混凝土和5cm沥青混凝土，在完成改建拼宽后，桥梁的宽度基本和路基相同。该工程建设时间较早，经过20多年运营，交通荷载不断增加，如今桥接坡位置的路面已出现明显坑洞、横向裂缝和拥包等问题，导致跳车现象十分严重。其中，桥接坡路段采用AC-16和AC-25的沥青混凝土、二灰稳定碎石，以及级配碎石等层次的厚度分别为4cm、6cm，30cm和5cm，并覆以水泥混凝土破碎层，同时台背回填土深3cm。

结合该工程历年的定检报告，分析桥台部位运行效果。2012年的工程定检报告显示，桥梁已出现台身砌石沉降开裂问题，同时这一沉降还导致了组成桥梁台身的混凝土出现了3m长度的裂缝；2015年的工程定检显示，旧桥梁部分的桥接板位置已经出现了较为严重的“跳桥”问题；2016的工程定检显示，桥头跳车问题已经十分严重，同时台身砌石位置出现了贯穿裂缝，台身混凝土上也出现了贯穿裂缝，裂缝长度和宽度分别为4.8m和3.5mm。

3.2 加固治理方案

加固路桥过渡段的桥接坡时，拟选用地聚合物注浆加固技术，并通过地聚合物注浆来加固台背填土以提升其密实度和强度。同时，通过充填修复桥接板下方脱空区域的方式解决跳车问题，延缓台背病害发展，尽量避免施工对周边交通产生负面影响。

3.2.1 材料的选择

注浆材料选购自某科技公司的地聚合物注浆材料，该材料的渗透效果良好、流动性较大，在完成施工后，只须经过1d养护即可直接投入交通运行当中，经济效益、社会效益良好。该材料各种关键参数如表1所示。

表1 地聚合物注浆材料关键参数

3.2.2 注浆加固工艺要点

加固施工过程中，应首先处理路基，再处理基层，具体的施工步骤为：首先设置钻孔位置，钻孔并做好清理后埋设注浆管，同时，制作注浆浆料，而后分别加固深层路基、浅层基层，注浆结束养护1d后即可开放交通，最终验收并开展重建沥青层等后续工艺。

结合前期施工设计，选择深层注浆和浅层注浆的两次注浆工艺，注浆孔以矩形方式原则设置，相邻注浆孔之间的孔距和排距均为2m，孔径设置为50mm，第一排注浆孔布置在搭接板边缘，以确保注浆过程中浆液能够充分渗透周围区域，进而形成整体。

桥接坡各路段注浆深度如图1所示，其中，深层注浆过程中采用分层注浆的施工方式，原则为由深到浅，注浆过程中每次提管的高度都应当控制在0.5m以内，以确保浆液能够均匀渗透，注浆压力也将随着施工的开展不断降低，注浆压力在地面下1m左右降低至大于0.3MPa。

图1 不同注浆深度的桥接坡各路段纵剖面

3.3 监测评估方案

为确保监测准确性、科学评价注浆效果，对桥梁采用铣刨加罩处理的北侧（未注浆处理）和注浆加固的南侧，使用精度为0.1mm的高精度水准仪分别监测桥接坡沉降，对比两者数据，检测过程中将标准偏差控制在0.7mm以内。

3.3.1 监测点布置

使用沉降标记钢钉沿桥接坡进行标记，分别在桥头搭板边缘距离桥头25m、15m和5m的位置设置监测点，为保证数据准确，各水平高度处均设立两个监测点。

3.3.2 定期记录

选择基础稳定、无沉降且距离桥接坡坡底30m左右的位置，作为固定观测位置，编号标记每个检测位置并定期检测，对一条水平线上多个监测点监测所得沉降数据取均值处理。

每个季度监测一次，测算标高并获取该位置的道路沉降情况，并对比观测点设置于桥梁北侧未经过注浆加固的桥接坡处。

3.4 沉降监测结果

由于篇幅限制，本文仅分析了距桥头25m处的监测数据，对于同样处于桥接坡路段的监测点而言，经注浆加固的南侧与未采取注浆工艺的北侧，两者的沉降幅度对比如图2所示。

图2 距桥头25m处桥接坡的沉降发展曲线

4 结束语

4.1 注浆加固效果

案例工程中应用了地聚合物作为材料，使用注浆加固方式来补强加固桥接坡的台背填土方，有效提高了路基强度和道路承载力，解决了结构层破碎问题，改善了台背软弱地基稳定性，并填充了台背土基的沉降孔隙。

结合定期检测结果来看，应用地聚合物注浆加固技术的南侧桥梁相较于北侧只采用传统工艺处理的桥接坡而言，在施工后3个月、6个月、12个月和18个月，沉降幅度均明显降低，这说明该技术的应用能够有效缓解软土路基沉降，避免道路工程出现跳车问题。

4.2 社会价值与意义

在桥接坡沉降治理工程中，地聚合物注浆加固技术的应用具有鲜明的实践价值。

地聚合物具备良好的物理化学性能，在具有良好渗透性和流动性的同时，还具有良好的耐腐蚀性和耐久性，制备过程能耗较低、排放较少，符合绿色施工的理念。该技术应用时无须开挖施工，对周围交通环境产生的影响相对较小，因施工导致的交通中断持续时间较短，通常在完成施工后只须养护1d即可直接开放交通。该技术应用时所使用的各种设备体积都相对较小，方便运输，同时加固的深度也可以通过管道深度灵活把控，有利于精细化施工管理的开展。注浆技术应用已较为成熟，施工过程中资源消耗较少，造价较低，同时其施工有效性显著，能够有效降低后续工程养护频率，进而降低工程养护成本。

当前行业尚没有根治桥头跳车问题的方法，本文结合案例分析了桥接坡注浆加固技术在解决桥头跳车问题方面的应用。结果表明，应用地聚合物的注浆加固技术能够有效处治道路桥梁工程中常见的跳车问题，提高行车安全性和稳定度，改善公众的出行体验。