高聚物注浆在高速公路沥青路面唧浆病害处治中的应用

张天荣

摘 要：沥青混凝土路面唧浆、基层开裂反射至路面层病害是高速公路养护中的常见病害，采用铣刨重铺的常规方法处治，费时费工、成本加大且对高速公路车辆通行有较大的影响。文章分析了路面唧浆病害产生的原因，简要介绍了高聚物注浆技术原理，材料性能指标及施工工艺。结合工程实例验证了高聚物注浆技术可有效填充路面及基层开裂、局部微空洞，快速恢复路面结构层功能，是处治路面唧浆病害的一种经济、高效的技术手段，对于延长公路的使用寿命，减少行车安全隐患具有重要的应用意义。

关键词：高速公路；高聚物注浆技术；唧浆病害

中图分类号：U418.6 文献标志码：A

0 引言

高速公路沥青混凝土路面在运营中受交通荷载、环境因素的影响会出现不同程度的病害，唧浆是路面最为常见的病害之一，主要形成原因是地表水或地下水通过路面或基层裂缝进入路面层间或路面与基层间，在冻融循环及路面重力荷载反复作用下，在路面结构中形成含水、泥浆的空腔、空洞，并不断扩张，加速路面结构层破坏导致路面开裂，逐渐使基础失去支撑能力，在荷载重复作用下，最终将产生板断裂的现象。采用传统的路面面层及基层铣刨重铺，费时费工、成本加大且对高速公路车辆通行有较大的影响。高聚物注浆技术是一种利用高聚物注浆进行路面快速注浆修复加固的技术，在“不大开挖”前提下就可以实现沥青路面路面层间黏结不良、基层松散、贯穿性裂缝导致的路面唧浆病害，具有对车辆通行影响小、工期短、经济效益高的优势，越来越受到高速公路养护的青睐[1]。文章依托高速公路养护实例，研究了高聚物注浆技术的关键工艺及其对路面深层病害的适用性和处治效果，为同类养护工程实施提供参考。

1 工程概况

某高速公路路面结构形式为：中粒式沥青混凝土上面层4 cm+中粒式沥青混凝中面层5 cm+粗粒式沥青混凝土下面层6 cm，水泥稳定碎石基层30 cm，水泥石灰稳定土底基层20 cm。经调查，该高速公路车流量大，重型货运车辆较多，2003年建成通车，2016年曾实施过路面维修工程，截至2023年已运营7年，其中SK16+900-K17+550段部分路面纵横向裂缝、脱空、唧浆病害发展较为严重，尤其降雨后，路面坑槽、唧浆等病害高发，极易影响行车安全，为确保过往司乘人员的安全性和舒适性，可采用高聚物注浆技术处治以提高沥青混凝土路面结构层耐久性，延长路面使用寿命。

2 唧浆病害原因分析

沥青混凝土路面唧浆病害主要由以下原因造成：

（1）荷载型裂缝。在重载交通荷载作用下，路面结构半刚性基层底部位置的拉应力超过材料本身的抗拉强度值后，基层结构会开裂并反射至沥青混凝土路面处，形成反射裂缝。

（2）施工过程影响。先后摊铺交接处的冷接缝，结合不紧密，尤其在新旧路相接处和路肩与路面结合处极容易出现纵向裂缝，同时存在半刚性基层收缩裂缝的反射缝。

（3）施工材料影响。沥青混凝土自然老化，致使沥青面层温度收缩或温度疲劳应力（应变）大于沥青混合料的抗拉强度（应变）。

（4）西北地区昼夜温差较大，低温条件下沥青面层抗拉强度低，造成低温收缩裂缝，且缝上宽下窄、间距近似相等。由于路面基层材料产生裂缝并快速向上延伸到沥青面层，形成的基层反射裂缝，上窄下宽、较不规则。基层出现纵横向裂缝反射至路面层造成路面层开裂，降雨和降雪后地表水通过路面裂缝渗入面层内或结构层间在气温作用下冻融循环，造成结构层局部应力环境变化，加之路面荷载反复作用下加剧路面层含水空腔、微裂隙不断扩大，造成路面结构层局部破损加剧，形成路面坑槽、唧浆等病害。

唧浆不仅影响路面的感官性，而且对行车安全性存在很大的隐患，公路养护要做到常巡视、早发现、多分析、早处治，这样才能以最少的代价及早消除隐患。经分析，该工程中唧浆病害属于沥青混凝土路面在外部荷载、温度作用、材料性能老化等综合因素作用下产生的病害。

3 高聚物注浆技术基本原理

由于唧浆病害具有隐蔽性、多变性等特点，且路面面层酥化现象有明有暗、有深有浅不易发现，高聚物注浆的原理是利用探地雷达等无损检测技术探明路面结构层内裂缝、微空腔等唧浆病害的走向、深度，根据检测结果进行钻孔灌浆[2]。灌浆时，将按照一定比例配置的路面专用高聚物注浆A、B2种材料，通过压力注浆管道注射至路面基层中相互混合，发生剧烈的化学反应，体积快速膨胀并形成泡沫状的具有较高强度的高聚物固体材料，封闭结构层空腔、裂隙，排出层间积水，形成封水层，挤密加固结构层，使面层和基层形成整体性，从而起到加固地基和提高路面整体性的作用，实现不开挖路面结构层、高效、低价处治路面基层病害的目的[3]。

4 高聚物注浆技术工艺要求

4.1 高聚物注浆材料性能要求

高聚物注浆材料由主剂（A组分）和固化剂（B组分）组成，按照设计规定比例混合交联后迅速发泡膨胀，并凝结固化形成力学性能优良的高分子聚合物，特殊的分子结构使其具有高强度、高韧性、高黏结力。材料的贮存：应将A组分主剂及B组分固化剂存放于40 ℃以下的干燥环境中，在标识的贮存期内使用。施工生产中未使用完的原料必须充入干燥空气或氮气，密封保存。高聚物注浆A、B组分材料及固化工艺参数见表1—表3。

4.2 高聚物注浆工艺适用范围

高聚物注浆主要应用于沥青混凝土及水泥混凝土路面结构层快速注浆修复加固，适用于路面层间黏结不良、基层松散、贯穿性裂缝等病害维修，其主要的技术特点有：

（1）施工便捷、效率高。采用高聚物注浆技术修复沥青混凝土路面结构层，不养生施工效率高，可实现“快进快出”，最大程度地减少了施工对路面的行车干扰。材料注射后 15 min 左右即可达到90%的强度，交通即可放行。

（2）耐久性好。高聚物注浆技术修复路面结构层，可实现一次注浆，路面面层、基层等多层修复。

高聚物注浆材料发生固化反应后其体积迅速膨胀，可达原液体体积的10～20倍，有效填充了路面结构层中脱空、开裂及松散部分，并形成固结作用，且可对路面松散结构再压实。高聚物注浆材料具有较强的抗拉、抗压强度，韧性强，无收缩，防水性能优良，耐久性好。

（3）经济效益好。高聚物注浆技术仅针对病害路段病害定位处治，避免了路面铣刨重铺中超挖等情况发生，其路用经济效益好，达到了降本增效的目的。

（4）环保无污染。高聚物注浆材料无毒，不污染环境，避免了路面铣刨产生的废料造成环境污染[4]。

4.3 高聚物注浆工艺要求

高聚物注浆的工艺要求如下：进行道路作业区布设→应用无损雷达检测路面结构层病害→施工放线→路面结构层垂直钻孔→清孔→安装注浆管与注浆帽→注浆→注浆后注浆效果检测→封孔→开放交通。其中一些关键工艺对注浆的效果有着极大的影响。

（1）地质检测：首先使用探地雷达对道路隐患部位进行检测，据现场路面病害情况，针对沥青面层、基层开裂情况，准确判断道路病害。

（2）施工安全：根据公路安全施工操作规程的要求，制定切实可行的保通方案，经相关部门评审批准后进行封道施工。

（3）施工放线：根据现场面层反射裂缝走向及雷达探测的裂缝深度，沿裂缝两侧25 cm处，间距为100 cm进行梅花布孔。在唧浆点周围采用梅花布孔，孔间距30 cm。孔位如图1、图2所示。

（4）钻孔：注浆孔直径18 mm，钻孔深度控制在底基层以下5 cm，该次打孔深度为75 cm。根据孔深，选择大于孔深的钻杆，在钻孔过程中要钻杆始终要与路面保持垂向，首钻一次成孔，成孔后复钻几次，方便孔内灰尘排出，保证成孔质量。

（5）清孔：及时清理钻孔后孔中及路面处的灰尘，使用专用清孔吸尘器进行初次孔内灰尘清理，为保证清孔彻底性，再用空压机接塑料软管深入孔内清除余灰；如病害复杂出现积水，需整片区域布孔，不间断排水，确保积水排除干净。

（6）安装注浆管及注浆帽：清孔后，及时安装注浆管及注浆头。注浆管的设计长度须根据路面面层厚度来确定，注浆管一般要透过路面面层深入基层中，切忌因注浆管长度不足在路面上中下面层间，在注浆压力作用下导致结构层胀裂破坏。在该工程中，路面结构层厚度为15cm，注浆管采用28cm长的?16mmPVC管。沿注浆孔下入注浆管后，清理注浆帽凹型边缘，将注射帽敲入注浆管内，并保证连接紧密。

（7）注浆施工：注浆前对注浆设备管路进行检查，避免管路堵塞。注浆枪口混合器试打检验，观察是否混合均匀，对不固化或非完全固化现象应引起注意。用专用夹具夹牢注浆帽和注射枪，开始实施注浆，通过导管分别把A、B型高聚物注浆料送入注枪口，使之充分混合到达结构层裂缝、空隙、空腔内，高聚物注浆料在10～50 s内快速发生化学反应，固化膨胀完成空隙填充，修复基层。注浆过程中要严格控制注浆压力，对出现回压现象应立即停止注浆，避免材料凝胶堵塞枪口，正常注浆压力按3～7 MPa进行控制，注浆的有效范围为注浆孔外围1.5 m，应根据实际施工地点温度，调整注浆材料比例和混合反应时间；施工过程中，还应注意观察路面裂缝及附近注浆孔，若邻近注浆孔有浆液溢出或裂缝中有高聚物材料渗出，则表示裂缝已经饱满。

（8）封孔：注浆完成后用专用封口材料封闭注浆孔，清理施工现场后开放交通。

（9）施工过程质量控制：应对钻孔数量、位置及深度进行检查。钻孔质量若不满足要求，需进行二次钻孔。在注浆过程中，应对现场密封套件稳压封孔时间进行控制，确保注浆整体质量。施工过程质量控制要求见表4。

（10）注浆效果检测：注浆完成后，养生15～20 min后即可进行注浆效果检测。可用雷达复检、取芯抽检来检测注浆质量：对注浆位置进行雷达检测，将检测结果与注浆之前的雷达检测结果进行对比，如果注浆后雷达图谱上病害位置的异常已经明显减弱，则表明浆液填充完满。

（11）施工验收标准：施工验收应在注浆材料强度形成后进行，分别进行芯样完好率、抗压强度恢复率计算，其验收质量标准见表5。

芯样完好率检测：对注浆位置的取芯抽检直观判断注浆质量，取芯频次不少于每200 m裂缝长度取1个芯样，取芯过程中宜选用150 mm的钻头，取芯位置应为两个注浆孔中间，应取至注浆的层位，试样应完整；应对芯样观察并记录，包括取芯位置、裂缝发展层位、注浆材料填充情况；芯样完好率为单个裂缝芯样中注浆材料饱满度≥80%的芯样个数与裂缝芯样总个数的比值。

检测抗压强度的恢复率检测：按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTG E51—2009）中无机结合料稳定材料无侧限抗压强度实验方法进行抗压强度试验，对裂缝处及相应路面完好处进行取芯，且裂缝处取芯频次不得少于每300 m裂缝长度取1个芯样，每组裂缝处及相应路面完好处芯样应在相同试验条件下进行抗压强度试验，抗压强度恢复率为裂缝注浆处芯样的抗压强度与相应路面完好处芯样的抗压强度比值。

通过以上2种检测方法相结合的方式综合判定是否达到要求，对于达不到要求的，要及时进行补注。

5 高聚物注浆效果评价

该唧浆注浆处治工程于2023年8月完工，通过注浆前后探地雷达检测结果对比及取芯抽检结果显示：原唧浆、纵横缝部位的路面结构层密实度好，无明显空洞，芯样密实，说明高聚物对原基层脱空部分进行了有效地填充，经跟踪观测对比，同时加强对降雨后观察，该高速公路原唧浆路段高聚物注浆处治后，路面再无明显的唧浆、开裂病害发生，表明路面积水不会再次侵入路面结构层内部，唧浆处治效果显著，有效地提升了路面使用寿命。

6 结语

高聚物注浆技术通过高聚物浆液充分填充路面结构层裂隙、空洞，并在路面结构层中形成防水层，从而有效阻止了地表水渗入路面及路基结构，避免了唧浆等路面结构层的水损坏病害的发生、发展，结合雷达无损探测技术、钻芯取样验证，高聚物注浆技术可有效处置路面结构层裂隙、空洞，使得路面结构层的完整性得到了快速、有效的恢复，提高路面的耐久性是一种经济、便捷、高效的路面唧浆病害处治方法，但注浆技术施工具有隐蔽性，需强化施工管理和注浆效果检测，才可达到预期的目的。

参考文献：

[1]马磊. 高聚物注浆技术在高速公路路面深层病害处治中的应用研究[J]. 科学技术创新，2022（26）：100-103.

[2]朱丽杰. 高聚物注浆技术在保津高速公路病害处治中的应用研究[J]. 交通科技，2016（4）：88-90.

[3]李聪鑫. 高聚物注浆技术在高速公路路面病害处治中的应用[J]. 福建交通科技，2020（4）：29-31.

[4]杨永奇. 高聚物注浆技术在济青高速公路唧泥病害处治中的应用[J]. 山东交通科技，2011（6）：37-38.

The Application of High Polymer Grouting in the Treatment of an Expressways Asphalt Pavement Slurry Damage

ZHANG Tianrong

（High Maintenance Institute，Lanzhou Highway Development Centre of Gansu Province，Lanzhou Gansu 730200，China）

Abstract：Asphalt concrete pavement slurry damage and reflection of base cracking to pavement layer are common diseases in expressway maintenance.The conventional methods such as milling and resurfacing are time-consuming and labor-consuming， which increase the cost and have a great impact on the traffic of expressway vehi?cles.The paper analyzes the causes of pavement slurry damage， and briefly introduces the technical principle of high-polymer-grouting， material performance index and construction technology. Combined with the engineering example， it is proved that the high polymer grouting technology can effectively fill the pavement and base cracking，local micro-voids and quickly restore the function of the pavement structure layer， it is an economical and efficient technical means to treat the disease of slurry damage. It has important application significance for prolonging the service life of expressway and reducing the hidden danger of driving safety.

Key words：expressway; high-polymer-grouting; slurry damage