化学注浆在公路病害处理中的施工技术

文／梁雪利 天水市交通建设工程质量检测中心有限公司 甘肃天水 741000

引言：

化学注浆技术是一种采用特定化学材料制成修复浆液的工程技术，通过使用特制的化学注浆泵，将修复浆液高压注入土层或缝隙当中，并让其扩散开来。经过一段时间，这部分浆液会慢慢凝固硬化，进而使地层的强度得到提升，让其渗透性变弱，加强整个地层结构的承载能力。此外，化学注浆也有其他重要的作用，不仅可以抑制地层变形，而且也能够修复处理混凝土建筑物的裂缝问题[1]。该技术的优点众多，在防护工程、涵洞、隧道工程止渗堵漏和地层加固领域具有广泛的应用价值。

1.化学注浆材料

化学注浆材料是一个丰富多样的材料系列，主要包括水玻璃类、丙烯酰胺类、丙烯酸盐类、聚氨酯类、环氧树脂类和甲基丙烯酸甲酯类等。在众多选择中，经常使用的是聚氨酯类、环氧类、丙烯酸盐类和水玻璃类。

首先，聚氨酯类化学灌浆材料包括两种不同的类型，即一种是水渗性注浆材料，Lw 和Hw 是两种典型的水溶性聚氨酯灌浆材料，另一种是非水渗性注浆材料，氰凝则是非水渗性注浆材料的代表[2]。前者能够与水相互交融在一起，用于处理含有水分的地层，而后者仅可以与部分有机溶剂相互融合在一起，如甲苯、丙酮等。

2.注浆材料的特点

化学注浆材料具有以下特点：

（1）优秀的亲水性：这种浆液能与水迅速反应，使水成为稀释剂和固化剂。当浆液遇到水时，它会迅速凝固。因此，水用量在这里起着关键作用。如果水太多，浆液固结体的质量可能会受到影响，水太少则无法很好的溶结[3]。

（2）适应潮湿或涌水环境：浆液可以在潮湿或者涌水环境条件下完成灌注操作，尤其是在高效堵漏的状况下，其可以起到最佳效果。究其原因，这与浆液能够在水质中得到较好的适应有密切的关系，甚至在pH 值范围从3 到13 的海水中也能固化。

（3）无毒：浆液的固结体无毒，对环境和人体无害。

（4）工艺简单：施工工艺相对简单，无需复杂的配制步骤，只需使用单液法直接灌注即可。

（5）可混合使用：这种浆液可以和HW 水渗性聚氨酯注浆材料根据任意比例结合利用，从而使浆液的黏稠性能下降，让其更易于施工。

总的来说，化学注浆材料是一种高效、环保、操作简单的防水堵漏和混凝土补强材料，可以在各种环境和条件下使用。

3.化学注浆工艺原理

化学注浆工艺作为一种重要的工程技术，在建筑及交通工程养护领域中得到了广泛应用。浆液经过比例配制，粘稠度调试满足要求后，再将其用于灌注工程结构当中，得以发挥不同的作用。在使用化学注浆工艺的环节中，需要对结构物进行勘查，找出缺陷部位后，采用专业的高压注浆设备来实施。

凝固后的浆液除了增强强度、降低渗透性以及修补混凝土裂缝和沉降位置外，化学注浆工艺在具体的工程应用中还有许多其他优点。它可以对工程中薄弱的环节进行局部加固，提升工程的整体质量。此外，化学注浆工艺具有无毒、环保的特性，不会对环境产生污染，也不会对人员的健康造成危害[4]。因此，化学注浆工艺是一种高效、环保且易于操作的工程技术，在各种环境和条件下的工程应用中具有广泛的前景。

4.公路常见病害类型分析

在交通量不断增加、各种因素不断影响下，公路路面常常出现各种问题，如裂缝、变形下沉、空洞等。在这些常见的路面病害中，裂缝是最常见的一种，它可以细分为横向裂缝、纵向裂缝、网裂以及龟裂，这些裂缝的会影响路面的平整度和耐用性。

在高温条件之下，雨水流进沥青混凝土路面当中，若沥青和矿料两者的黏结性较差，沥青就会逐渐从矿料外表脱落下来，同时往上移动，造成路面松散剥落。这种现象在行车道出现较为普遍，以带状形式不规律地分布。

另一种常见的路面问题是坑槽，这是由于多种原因造成的路面松散现象。这些坑槽不仅会对路面的平整度和抗滑性能产生负面影响，还会对行车安全构成威胁。此外，变形类病害也是常见的路面问题之一，其中最常见的是车辙。当车辙深度达到一定程度时，可能会在内部形成积水，导致车辆在行驶过程中出现飘滑现象。这种种问题的存在，不及时修补养护，会使路面承载性能变差，极大地降低路面的耐久性，减少路面的使用寿命。

5.公路病害的成因

5.1 裂缝病害成因

沥青混凝土是公路的常见面材料，沥青这种材料对环境非常敏感，容易受到环境温度的变化影响而产生变形，当路面承受大量车辆行驶或者超出其承受能力，该材料的极限应变常常不能与表面层材料的拉伸应变保持同步速度，导致出现横向裂缝。

此外，如果车辆反复在公路的特定区域行驶，或者出现严重的超载问题，会导致路面水泥稳定层的不稳定。这种情况下，荷载部位和路面基体之间会产生偏离，进而形成纵向裂缝。当这些纵向裂缝与横向裂缝相互连接，形成网络结构的裂缝区域时，就被称为网裂。

总的来说，公路表面的沥青混凝土材料由于受到温度变化、交通量、荷载等多种因素的影响，可能会出现横向裂缝、纵向裂缝、网裂和龟裂等问题。这些问题的出现需要采取有效的措施进行预防和治理，以确保公路的安全和稳定使用。

5.2 坑槽病害成因

轻微松散的未能及时处理公路的早期故障会导致路面状况变得越来越糟糕，造成坑槽现象发生。公路在雨水不断冲击之下，不少积水会顺着路面细小的缝隙流进路面结构内部。在沥青和其他集料结合形成铺路材料之后，此部分结合物会附着于不同石料外表上，进而构成牢靠、稳固的粘合层[5]。不过，水也许会先对沥青下面层带来危害影响。

水分渗透到沥青路面之后，会集中于路面基层上，而沥青下面层常常较上面层较粗，具有很多的空隙。这些空隙为水分提供了储存空间，为沥青路面的水侵害埋下了潜在的隐患。当混合料中的集料与沥青膜脱离，变成松散状态的情况下，沥青混合料将丧失总体性。

在车辆碾压之下，集料会对基层表面施加一定的撞击力，使基层的水泥、土质等部分逐渐转变为稀状物。这些稀状物会试图从路面那些细小的空隙往上挤压出来，以唧浆的形态出现于沥青路面上。在面层上，能够发现局部形成了一些龟甲状缝隙。当沥青路面上产生很多片的网状裂缝区的时候，这便意味着底层沥青膜已彻底脱落，变成了松散的集料，最后造成坑槽产生。

5.3 车辙病害成因

车辙是公路上的一种常见损害，该问题一般是由下面这些原因造成的：一是结构原因造成的结构性车辙；二是因为材料稳定性丧失而引起的失稳性车辙；三是因为磨损影响引起的磨损性车辙。

结构性车辙通常由于外部压力和荷载的作用，其变形程度最为严重，往往表现为路面的永久变形。这种车辙主要源自于施工阶段的结构性压力或后期外部环境因素的作用。

失稳性车辙一般产生于高温条件下，尤其是像沥青混凝土等黑色的路面，极易吸取大量的热能且造成沥青混凝土材料的硬度降低，使其逐渐软化。在该状况下，车辆碾压时，因为压力、摩擦力的作用影响，会导致路面内部材料不断的流动，从而形成车辙。

而磨损性车辙则主要源于公路施工阶段的质量问题，如压实度不足等。这导致在后期车辆行驶过程中，路面材料会因摩擦和压力的作用产生车辙。不同类型的车辙各有其独特的形成机制和表现形式，需要针对具体原因采取相应的预防和补救措施。

5.4 泛油病害成因

沥青混合料作为公路路面重要的材料之一，然而，沥青材料的选择和施工过程中的问题可能会导致一种常见的病害——泛油病害。这种病害的成因多种多样：

首先，组成沥青混合料各种材料的比例是关键。如果掺配比例不合理，无论后续施工如何努力，路面的密实度可能都无法达到预期效果，导致路面稳定性降低，增加泛油病害的风险。

其次，沥青混合料的拌合也是影响路面质量的重要因素。若搅拌不到位，某些材料也许没有彻底融合，使得沥青没有完全包裹骨料，以至于造成路面的硬度不足，容易受到磨损和破坏，出现泛油问题。

泛油病害的成因是复杂的，包括材料掺配比例、拌合、施工技术等多种因素。为了减少这种病害的发生，需要在施工和使用过程中多方面考虑，采取有效的预防和补救措施。

6.公路病害处理中的常见注浆工艺

6.1 常见注浆工艺

公路工程中，定期的养护施工是必要的，以有效地处理各种病害。注浆工艺是一种有效的技术，合理可以用来解决常见的病害问题。下面对化学注浆工艺在常见病害中处理应用做具体分析。

（1）化学注浆技术对路基路面沉降塌陷路段的病害处理。在施工注浆前，选择设备为小导管，实施钻孔注浆时打孔的孔洞直径不应小于8 毫米，孔与孔之间的距离应大于75毫米。在注浆操作时，务必要采用合适的注浆材料，同时做好检测调配工作，这样才能使注浆效果得到保证。在注浆期间，通常采用普通硅酸盐水泥、膨胀剂、减水剂等配制的压浆料，且把水泥和砂浆两者的配比把控于1:1，把注浆压力设定于0.25MPa。采用适当的注浆压力可使注浆效果得到有效保证。另外，在注浆操作中，要保证钢管与浆塞的有效配合。

（2）对于路基裂缝病害问题，一般也能够采取化学注浆工艺来展开系统且全面的处理。在操作过程中，可以采取静压注浆工艺，凭借其注射的浆液和土体的彼此作用，使路基土体的力学性能得到有效强化[6]。这不仅能够进一步提升土体的强度，而且也可以防止地下水等给土体带来冲刷影响。

另外，注浆工艺还可应用于其他多种常见病害的处理。例如，公路工程的基层或承台出现破损或露骨现象时，可以通过注浆工艺对基层或承台进行加固维修。另外，在处理隧道工程的衬砌结构裂缝或变形时，也可以使用注浆工艺进行修复和加固。通过合理选择材料和技术指标，并按照相应的施工要求进行操作，可以实现病害的有效处理和结构的加固与修复。总之，注浆工艺是一种非常有用的技术，可以广泛应用于公路工程的病害处理中。

6.2 化学注浆的施工布置

在公路工程的病害处理中，注浆工艺是一种常用的加固和修复技术。下面是其详细的步骤：

（1）钻孔定位。首先设置孔位标志并放线，钻孔的直径通常设定成110 毫米。在各种加固区域范围的处理段中，合理布设五至六个勘探孔，从而清楚了解这个处理段路基填筑层的厚度、密实度等方面的实际情况。并且，应当围绕填筑土体的质量有无合格、有没有不良地质情况等方面展开具体分析与判断。基于此，明确设定注浆孔的深度，通常情况下，勘探孔的深度应当从淤泥质土穿越而过到达基岩层。

（2）钻孔施工。把钻机放在待钻孔的地方，保证钻机放置的平稳性。在孔位测量工作完成之后，就能够进入到钻孔施工工序当中。在钻孔期间，应当对钻进情况进行具体记录，如地层状况、不正常情况及处置办法、钻孔深度等。在现场技术人员检验通过之后，就能够接着实施下个孔洞的钻取施工。各个孔位的偏差不能超过5厘米。

（3）成孔。使用风动冲击法来完成成孔操作。一些钻孔或许会引起塌孔情况，从而导致无法下管。针对该状况，可以在钻孔后、下管前围绕孔洞展开扫描清理，接着马上进行下管操作。若还是存在塌孔、下管难度大等问题，工程技术人员要及时围绕现场的地质条件展开具体的分析，在施工当日的钻孔、插管、封孔操作时务必要采取高比例水泥与水玻璃浆液材料。在第二天拔管之后，要及时完成注浆花管的下放，通过注浆来实施加固操作。把提前制作的注浆外管稳定地放进孔洞当中，待其放到设计深度时要进行紧密的连接，每个截止阀都要具备较高的牢靠性，且需要对每个注浆段的位置信息进行及时、精准的记录。

（4）注浆过程。在注浆施工期间，若土体为黏性土，通常应当选择自下而上或孔口封闭注浆法，一次成孔，分层注浆，各种注浆段的长度都要设定于1.5-2 米这个范围中。若是具备大量中粗粒砂土层的地质，一般应当选择自上而下或孔口封闭注浆法，一次仅可以实施一段注浆孔的钻取，各种注浆段的长度都需要设定在1.5-2 米这个范围当中。在注浆施工时，第一步应当进行边缘帷幕孔的施工，接着进行加固孔的施工，需要隔孔注浆、邻孔封孔，通过这样的方式，避免出现冒浆情况。在注浆施工期间，第一步要灌注少部分的稀浆，接着灌注稠浆。注浆孔的孔距应是边缘孔孔距的两倍，以使注浆质量得到确保。一些注浆施工也应当结合当地的水文地质情况来完成排水孔的布设，特别是地下水丰厚的区域，通过对排水孔进行合理布设，能够让地下水顺着注浆作业排放出来，在排水孔中依靠浆液注射展开封口处理。另外，在注浆期间，也应当对有关数据及其实际情况进行认真观察，且做好记录工作。

（5）制备浆液。根据设计配比或预设的浆液密度来完成浆液的制作。采用普通搅拌机来进行浆液的拌制，拌制时长应当大于或等于90 秒，制备完成的浆液，其放置时间不可以大于4 小时。完成各孔各段的浆液灌注作业之后，应及时对水泥用量进行统计。

（6）洗孔。要想使注浆效果得到保证，在各次注浆作业做好之后，应及时围绕注浆孔展开清理，采取高质量泥浆来展开灌注，以保证下回注浆的成功实施。

（7）补灌。在注浆量与压力都符合要求的情况下，要及时围绕注浆外管口展开封堵补灌，让管中填充满满的灰浆。

（8）封孔。注浆施工结束之后，应当马上展开封孔处理。需要在注浆的关口部位安装专用的压力阀门，从而方便注浆结束之后及时关紧阀门。待孔中的水泥浆沉降析水满2-4 小时之后，才可以把压力阀门拆解下来。

7.化学注浆技术在公路病害处理中的应用实例

7.1 工程概况

2006年某城市一级公路改建重修，2009年交工运营。该项目是某区的重要路网通道，连接两区在交通运输中起承上启下作用。2022 年养护单位对该路段进行养护维修后，部分路段路面依然出现了塌陷、坑槽、龟裂以及车辙等病害。这些病害不仅影响了公路的外观，更重要的是它们给行驶的车辆带来了潜在的安全风险[7]。对此，养护单位提出在表层进行注浆工艺处理，这种工艺的原理是将特制的化学浆液通过特定的注浆设备注入到病害区域，这些浆液会迅速凝固并强化病害区域，从而恢复公路的正常使用性能。

7.2 注浆工艺应用要点

在这次研究中，深入探讨了化学注浆工艺在公路病害处理中的应用。在钻孔工艺控制方面，创新地采用了梅花形钻孔技术，孔距大约在1.5 米左右。这种布置方式能够有效地提高注浆效果，并降低对路面的破坏。

在制浆工艺应用效果控制方面，严格遵循试验配比对浆液进行调配，流动度符合规范要求，确保其既不黏稠也没离析，这是因为过黏或者过稀的浆液都会对浆液的流动性造成负面影响，在特定压力下影响注浆效果。

在本次实践中，采用了单孔注浆工艺进行注浆，确保了浆液能够充分渗透到病害区域。同时，还将注浆压力控制在3.5MPa 至4MPa 的范围内，这一压力范围既能够保证浆液的有效注入，又不会对路面造成过大的压力。

还对注浆时间进行严格的控制，每次持续注浆的时间大约在2 分钟左右，这样的时间安排既能保证浆液能够充分渗透，又能避免因过长的时间导致浆液过度凝固。

最后，依据设计配制强度水泥浆7d 强度不得小于4MPa 的要求，按比例配制符合的浆液，完成注浆。注浆结束后该路段应封闭养生至少10 天，以确保路面强度符合承载能力的要求。

总之，化学注浆工艺是处理公路病害问题的高效、科学的施工技术。在这项工艺的应用下，能够明显减少生产成本，加快作业效率。该工艺在技术、设备方面也没有太过于严格的要求，因此非常适合在各种条件下应用。实践已经证明，当公路路段产生质量问题的情况下，选择注浆法能够使问题得到很好的处理，能够切实地修复病害缺陷，并延长公路的使用寿命。然而，在施工过程中，确保质量是非常关键的，这需要严格的质量控制措施，防止出现问题。