微创强基修复技术注浆加固工艺在公路养护工程中的应用

周 平,叶文亚

（1.宁海县公路与运输管理中心,浙江 宁波 315600; 2.宁波工程学院,浙江 宁波 315211）

0 引言

在宁波地区公路沥青路面养护大中修项目中，常规是采用加铺和翻挖沥青路面结构方式来修复路面。近几年，随着社会经济的发展，交通量逐年在增加，对养护大中修项目的要求越来越高，不仅要求低碳环保，而且对修复的质量要求越来越高，在施工期间交通维护方面压力越来越大，迫切需要找到一种非开挖方式、全天候施工、低碳环保、快捷的修复、快速开放交通的新工艺和新技术。微创强基修复技术注浆加固工艺是一种非开挖方式注浆加固工艺，对原沥青路面钻孔轻微损伤，加强路基或基层承载能力，是解决公路结构补强的一条积极途径，也是改变传统维修方法的一种有效措施。该文对其工艺特点、性能要求等进行分析，并结合城岭线项目进行试验与研究，取得了很好的综合效果。

1 工程概况

X414城岭线K21+430~K27+256段公路为四级公路，时速20 km/h，双向二车道，行车道宽度为6 m。位于宁波市宁海县岔路镇境内，系沟通上金、兆岸、白溪等村的主要道路。原路行车道路面结构：K21+430~K23+490段为18 cm 厚水泥稳定砂砾基层+下封层+3 cmAC-13I细粒式沥青混凝土面层+黏层+4 cmAC-13C 细粒式沥青混凝土面层；K23+490~K27+256 段为15 cm 厚水泥稳定砂砾基层+下封层+4 cmAC-13C 细粒式沥青混凝土面层。路基采用城岭线路旁的白溪流域的天然砂砾填料进行填筑。根据资料，该段公路始建于1980 年，1996 年改造成沥青混凝土路面。是2001 年建成的白溪水库工程唯一进场道路，2002 年进行了大修处理，K21+430~K23+490 段在2010 年进行了中修罩面处理，K23+490~K27+256 段在2012 年进行了路面预防性养护，近几年岔路镇大力发展旅游业，尤其是上金国际财神谷的开发，交通量日益增大，特别是交通工程车辆迅猛增加，造成公路路面病害迅速增多，导致路面发生大面积的裂缝、网裂、龟裂、沉陷、坑槽等病害。对路面破损情况调查PCI 值为45[1]，破损情况评价为差[2]，特别需要对路基和基层的强度、质量、承载能力要求进一步的提高与加强。对路面的病害进行彻底的修复，恢复路面性能和状况指标的要求。

2023 年X414 城 岭 线（K21+430~K27+256) 路 面 提升工程是宁海县公路与运输管理中心2023 年实施的养护工程项目，重点开展对公路不同结构层缺损进行微创强基修复技术注浆加固工艺的试验与研究，目前已完成城 岭 线K21+600~K21+700 段、K23+100~K23+200 段、K26+200~K26+300 段三个试验段的注浆加固处治，经过相应的一些试验检测，得出了试验结果，后期通过弯沉检测和外观进行跟踪观察。

2 微创强基修复技术注浆加固工艺特点

注浆加固工艺是微创强基修复技术中的一种工艺，目前在养护沥青路面大中修项目中使用，是通过钻孔，利用注浆设备分层均匀地将混合料特种浆液注入基层和路基中，以充填、渗透和挤密的方式排出颗粒间裂隙中的多余水分和空气，并占据其空间，使孔隙比减小、强度提高。经过一段时间后，浆液通过化学胶结，离子交换、惰性充填和挤密、压密作用把原来路基和基层松散的颗粒或裂隙胶结成一整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的“结石体”，从而达到加固路基、充填空洞、预防病害的目的[3]。注浆加固工艺具有多种技术特征：

（1）快速养护。近年来交通流量迅猛增加，许多路段由于交通压力大，养护作业时不允许长时间封闭交通，需要快速养护作业。这就要求在结构组合设计、材料设计和施工工艺方面采用作业时间较短的技术，突出一个“快”字。路面结构补强传统的方法是采用半刚性材料，需要较长时间的养护期；路面裂缝的处治传统的修补技术需要开槽、清洗、加热、灌入等工序，比较耗时耗力。注浆加固工艺无需开挖原路面，能快速地修复基层和路基，全机械化施工，施工速度快，缩短了开放交通的时间，大面积施工一套机械每天能处理600~800 m2。一般养护2 d 时间开放交通，最快养护3 h 就能开放交通。

（2）生态节能环保。随着公路基础设施总量的不断增加，传统的粗放型公路养护技术已越来越不适应交通运输行业的要求，资源节约、节能降耗、保护生态环境、防止公路污染等绿色低碳的养护技术已经成为我国公路养护工程实施的主流趋势。注浆加固工艺使用的混合料是地聚合物材料和水在注浆机常温拌和成，可以全天候施工，节能环保，相比沥青混合料施工，不仅降低了能源燃料的消耗，同时减少了沥青烟雾有害气体的排放。

（3）结构稳定性强。地聚合物材料的混合料一旦与路基、基层松散的颗粒、淤泥质土颗粒等表面的自由水融合后，生成胶凝结构物，由于这种胶体的不可逆性，使颗粒之间形成一种稳定的胶体作用，从而达到稳定性能的增强、承载能力的提高，各项技术指标得到改善。

3 注浆加固工艺要求与施工工艺

目前注浆加固工艺使用的材料是地聚合物材料，混合料由地聚合物材料和水拌和组成。把混合料浆液注入路基或基层中。

3.1 材料技术要求

（1）地聚合物材料具有快凝、早强、微膨胀等特性，地聚合物材料主要技术性能[3]和实测值见表1。

表1 地聚合物材料主要技术性能

（2）水：用水采用自来水。

3.2 设备配置

注浆加固工艺采用全机械化施工，主要机械有全自动钻孔机和注浆机。

3.3 施工工艺流程

采用以下流程进行实施：半幅封闭交通→清场、定孔位→固定钻机→成孔到设计深度→下注浆管并用止浆塞封闭孔口→分序进行压力注浆→达到正常停止注浆条件停止注浆→封闭孔口、清扫→养护→检测[3]。

注浆加固工艺主要施工参数设置要点[3]：

3.3.1 注浆孔位平面布置

（1）根据注浆加固工艺的设计，确保在此次要求的注浆区域内浆液分布交叉重叠，能使被加固的路段基层和路基在平面及垂直深度范围内连成一个整体。

（2）应根据拟加固路段的损坏情况，道路路基与基层填筑材料情况及注浆材料在相应填筑材料中的有效影响半径等，明确具体注浆孔位平面布置方案。一般情况下注浆孔径采用Φ50 mm，宜采用矩形或梅花布孔形式。

（3）当路面下铺设有地下管线时，注浆孔位或注浆深度应视管线位置及埋深情况予以避让，注浆加固不得对原有地下管线造成不利影响。

根据前期路况调查及综合评价和现状，城岭线为四级公路，行车道宽度为6 m，注浆加固孔位平面布置具体参数为孔间距1.5 m，排距1.0 m，距边0.5 m，孔径Φ50 mm。

3.3.2 注浆加固的层位和深度

（1）加固层位应根据路面强度评定等级来确定，当路面强度评定等级为中及中以上时，宜采用路面基层加固；当路面强度评定等级为次及次以下时，宜采用路面基层和路基同时加固。

（2）对于路面基层加固，注浆深度应以穿透路面基层，达到基层地面以下10 cm。

（3）对于路基加固，注浆深度应深入路床顶面以下80 cm；对于路基工作区深度大于80 cm，且下部路基状况不良时，注浆深度应进一步加强。

根据城岭线路况调查，现状水稳无法取出，呈散状，路基为天然砂砾，孔隙率比较大，质量要求和承载能力须进一步提高和加强。加固层位为基层和路基，孔深基层为50 cm，路基为120~140 cm。

3.3.3 注浆压力的控制

注浆压力是影响注浆效果的决定性因素。当压力过小时，浆液难以到基层、路基中充分扩散；当压力过大时，可能破坏原有的结构层，导致路面变形。注浆压力的控制尤为重要，必须考虑在注浆过程中不能由于压力控制不当造成路面第二次伤害。结合几年来的施工经验，基层加固注浆压力控制在0.5~1.0 MPa，注浆最大压力超过1.0 MPa 时，应立即暂停注浆，再次注浆如果仍然超过1.0 MPa，则此次注浆结束。路基加固注浆压力控制在1.0~1.5 MPa，注浆最大压力超过1.5 MPa 时，应立即暂停注浆，再次注浆，如果仍然超过1.5 MPa，则此次注浆结束。

城岭线路面质量相对低，因此在对基层、路基补强加固的过程中，压力相对也较小，输送浆液的速度也要放慢，必须确保足量的浆液进入基层和路基的空隙，同时保证路面不拱起，所以基层的注浆压力不大于0.5 MPa，路基的注浆压力不大于1.0 MPa。

3.3.4 注浆加固材料的配合比及浆液流动度

混合料的配合比应根据设计的强度要求，并通过现场试验确定，也可根据以往的经验，确定配合比范围，A组混合料流动度控制16~18 s。混合料A 组配合比：DS地聚合物∶水=1 ∶0.32，B 组配合比：DS 速凝剂∶水=1 ∶0.3。

（1）考虑K21+600~K21+700 段旁有比路高的流水，上金国际财神谷旅游景点前的要道上，基层采用单液注浆加固工艺，材料为A 组；路基采用双液注浆加固工艺，材料为A、B 组同时使用。

（2）K23+100~K23+200 和K26+200~K26+300 段基层、路基采用单液注浆加固工艺，材料为A 组。

3.3.5 养护时间

养护2 d 开放交通。

3.3.6 特殊情况的处理

（1）当注浆压力超出规定的压力上限或设置注浆压力上限时，应停止注浆；静置1 min 后注浆压力下降，应继续注浆。无异常情况下，单孔注浆时间应不小于5 min。

（2）当路面抬升量超过3 mm 时，应停止注浆。

（3）在规定压力下，当单孔注浆量达到临近注浆孔平均注浆量的3 倍以上时，应停止注浆。

（4）当相邻注浆孔发生串浆时，应封堵相邻注浆孔，封堵后可继续注浆；当注浆压力超过规定上限或设计上限时，应停止注浆。

（5）当释放孔或路面接缝、裂缝有积水冒出时，应继续注浆5~15 s 后停止注浆。

4 注浆加固工艺实施效果

城岭线K21+430~K27+256 段公路是一条有一定历史的老路，特别是几经维修养护，道路的各结构层已十分混杂，在试验过程中发现往往相隔数米路基结构就会发生变化，对施工带来了相当大的难度，但从不同道路补强加固的角度，又无疑为试验提供了各种具有代表性的范例。通过工艺试验与研究表明：

（1）道路注浆加固的钻孔深度确定与道路基础缺陷深度有关，钻孔时以见湿土、见水或透水孔确定注浆深度是简捷而行之有效的方法。

（2）注浆量主要是由道路基础缺陷的程度决定的，因此对道路注浆不宜定量控制，一般情况下以周边邻孔冒浆后继续注60~90 s 为准。

（3）事实上，注浆泵的工作压力以周边邻孔冒浆为注实依据的，注浆泵的工作压力对注浆效果影响不明显，但当工作压力产生突变（或下降）时应当引起注意。

注浆加固工艺在城岭线三个路段的实施效果从弯沉和雷达检测数据进行了对比。

（1）弯沉数据对比见表2[1-2]：

表2 注浆加固工艺实施前后弯沉数据对比表

可以看出，采用注浆加固工艺后，路面弯沉大大降低，效果显著。

（2）探地雷达无损检测图像前后对比。探地雷达无损检测技术引入到注浆加固工艺中，给道路做“B 超”。根据有效检测结果能判断路面的使用情况，对路面的空隙、脱空及沉降情况进行有效的检测。

为了真实地了解注浆加固工艺在城岭线三个路段的实施效果，对10 个具体位置通过探地雷达在技术实施前后进行检测，根据图像来判别技术实施的效果。探地雷达无损检测情况技术实施前的10 处基层均存在结构松散，技术实施后有7 处无明显病害，3 处基层存在结构松散。基层的松散现象得到明显改善。

根据弯沉和雷达检测结果可以看出，注浆加固工艺对基层和路基补强加固效果是非常明显的。

5 结语

注浆加固工艺在城岭线三个路段上的试点应用，通过地聚合物混合料的注入，激活现有基层、路基的矿物活性，提高了稳定性，将现有道路的软弱土基充分利用起来，成为维修加固的主要材料，不仅节约资源，而且突破了传统的加铺、翻挖的维修方法。受气候影响少，局部封闭后即可施工，基本实现了道路快速维修无障碍施工的目标，这种非开挖性的新施工法具有积极的社会意义。