廣東省高速公路瀝青路面深層病害快速修復(fù)技術(shù)研究與應(yīng)用

□呂世明 王孟霞 周曉軍 楊冬韻 胡國(guó)祥

廣東省高速公路瀝青路面深層病害快速修復(fù)技術(shù)研究與應(yīng)用

□呂世明 王孟霞 周曉軍 楊冬韻 胡國(guó)祥

瀝青路面；病害；維修技術(shù)；高聚物注漿；廣惠高速公路；廣東省

廣東省高速公路瀝青路面受該地區(qū)高溫氣候、高地下水位以及降雨量大等因素的影響，多現(xiàn)裂縫、唧漿、沉陷等路面早期病害，這種現(xiàn)象隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、交通量增大以及重載交通增多而更加嚴(yán)重。通過對(duì)廣東省廣惠高速公路瀝青路面病害進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路面整體狀況良好，局部病害發(fā)展程度由表及里，水損害現(xiàn)象嚴(yán)重。常規(guī)道路養(yǎng)護(hù)方法僅治理了路表病害；傳統(tǒng)開挖維修方法造價(jià)高、施工周期長(zhǎng)、交通干擾大，并產(chǎn)生大量建筑垃圾；水泥注漿養(yǎng)生周期長(zhǎng)，水泥硬化后易脆裂，導(dǎo)致再次滲水。筆者通過結(jié)合廣東省高速公路瀝青路面病害特點(diǎn)，指出瀝青路面?zhèn)鹘y(tǒng)維修技術(shù)的不足，介紹高聚物注漿技術(shù)在治理瀝青路面深層病害中的主要優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)要概述高聚物注漿技術(shù)在廣東省廣惠高速公路瀝青路面維修中的應(yīng)用。

一、廣東省高速公路瀝青路面病害分析

廣東省屬我國(guó)華南地區(qū)，以亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹?，夏季受海洋氣團(tuán)影響，雨水充沛，同時(shí)受熱帶氣旋影響，月平均氣溫達(dá)28℃～29℃，極端最高氣溫可達(dá)42℃，冬季降雨少，月平均氣溫為9℃～16℃，極端氣候時(shí)可達(dá)0℃。總體而言，廣東省夏季高溫多雨，冬季溫暖潮濕，年平均降雨量為1 400～2 800毫米，表現(xiàn)出降雨總量多、強(qiáng)度大、季節(jié)性強(qiáng)的特點(diǎn)，且暴雨及洪澇頻繁。

受大氣降水和地表水體的影響，廣東省地下水資源豐富，地下水位高，土基含水量較大。有研究表明，瀝青路面處于自然狀態(tài)下時(shí)，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)外水循環(huán)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)（季節(jié)性平衡），此時(shí)路基路面的平衡濕度較為穩(wěn)定。在外界降水、地下水位及毛細(xì)水高度的影響下，若進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水有進(jìn)無出，這種動(dòng)態(tài)平衡將被打破，而汽車行駛時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)水壓力和空氣壓力會(huì)加劇瀝青層的滲透性，致使雨水更易進(jìn)入路面內(nèi)部。另外，我國(guó)高等級(jí)瀝青路面普遍采用的結(jié)合料半剛性基層致密不透水，且耐沖刷性差，水一旦進(jìn)入路面內(nèi)部將長(zhǎng)期滯留在基層頂面，長(zhǎng)此以往將會(huì)產(chǎn)生水損害，嚴(yán)重影響路面結(jié)構(gòu)承載力，路面病害也隨之而來。主要病害表現(xiàn)形式有一些幾方面。

1.裂縫、唧漿

裂縫類型有橫縱裂縫、龜裂、網(wǎng)裂，按形成原因分為荷載型裂縫、溫度型裂縫和基層反射裂縫。廣東省氣候濕潤(rùn)溫暖，溫度型裂縫較少。相比之下，荷載型裂縫和基層反射裂縫較多，主要是由于半剛性基層易干縮、溫縮，基層產(chǎn)生裂縫后，逐漸向面層擴(kuò)展，形成面層裂縫，這又促進(jìn)雨水灌入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部。水在動(dòng)荷載作用下產(chǎn)生的動(dòng)水壓力不斷沖刷基層頂面，形成灰漿，在抽吸力作用下擠壓到路表，形成唧漿。

2.沉陷、車轍

根據(jù)路面病害調(diào)查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)許多沉陷產(chǎn)生在裂縫或唧漿的位置，可見在裂縫、唧漿位置的路面結(jié)構(gòu)承載能力相對(duì)較弱，加上高溫天氣和重載交通作用，路面極易發(fā)生沉陷和車轍病害。

3.坑槽、坑洞

坑槽、坑洞多位于輪跡帶，有些是在路面局部沉陷后逐步演化而成，而有些是由于表面層瀝青混合料性能不足導(dǎo)致的，但兩者均受雨水浸泡及行車荷載的共同作用。

4.泛油、磨光

夏季高溫易使密級(jí)配瀝青表面層產(chǎn)生泛油現(xiàn)象，繼而改變?yōu)r青混合料孔隙率，引起混合料松散、強(qiáng)度降低，進(jìn)而產(chǎn)生坑洞等病害。磨光多出現(xiàn)在行車帶位置。

二、瀝青路面深層病害快速維修技術(shù)

1.瀝青路面病害維修

目前，針對(duì)瀝青路面病害的維修技術(shù)有預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、開膛破肚維修、水泥注漿技術(shù)、高聚物注漿技術(shù)。

（1）預(yù)防性養(yǎng)護(hù)包括裂縫修補(bǔ)、坑槽熱修補(bǔ)、含砂霧封層、碎石封層、稀漿封層、微表處、薄層罩面等，這些措施一定程度上改善了瀝青路面的功能性，并延緩了瀝青路面未來病害發(fā)展。然而，這些維修技術(shù)無法對(duì)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損壞進(jìn)行修補(bǔ)，如基層頂面脫空、基層開裂、基層松散等，即沒有補(bǔ)強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)承載力。

（2）開膛破肚維修方式雖然換舊填新，但工程量之大、費(fèi)用之高，同時(shí)產(chǎn)生大量的建筑垃圾，對(duì)交通干擾大。

（3）水泥注漿技術(shù)避免了大面積開挖，且水泥與基層材料的相容性較好，但水泥養(yǎng)生周期較長(zhǎng)，硬化后易脆裂，導(dǎo)致再次滲水。此外，注漿孔徑較大，也對(duì)路面創(chuàng)傷較大。

（4）高聚物注漿技術(shù)對(duì)存在于路面內(nèi)部深層病害的治理效果較好，且施工周期短，無需養(yǎng)生即可開放交通。

2.高聚物注漿技術(shù)原理及特點(diǎn)

高聚物注漿技術(shù)是近年來道路養(yǎng)護(hù)行業(yè)出現(xiàn)的一種新型維修技術(shù)，其技術(shù)原理是向路面內(nèi)部注入多組分高聚物材料，混合物在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，體積膨脹，形成含有封閉空隙的泡沫狀、具有一定強(qiáng)度的固體物質(zhì)，同時(shí)填充路面結(jié)構(gòu)中的裂隙以及脫空層，并擠密周圍松散介質(zhì)，進(jìn)而補(bǔ)強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。高聚物注漿具有以下技術(shù)特點(diǎn)。

（1）高膨脹性。多組分高聚物材料混合后，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，自由膨脹比可達(dá)1：20，同時(shí)填充脫空和裂隙，擠密周圍介質(zhì)，對(duì)增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度起到關(guān)鍵作用。

（2）多層修復(fù)性。一次注漿，多層修復(fù)，即底基層與路基、基層與底基層、面層與基層之間的脫空、開裂、松散、唧漿等病害均被處治。

（3）快硬性。注漿材料混合后15分鐘即可達(dá)到最終強(qiáng)度的90%，無需養(yǎng)護(hù)即可開放交通，避免長(zhǎng)時(shí)間干擾交通。

（4）防水、安全、耐久。注漿材料發(fā)泡時(shí)內(nèi)部形成的封閉狀氣泡有利于防止水分浸入，對(duì)環(huán)境無污染，耐久性達(dá)20年以上。

（5）微損。注漿孔徑約1.6厘米，對(duì)路面結(jié)構(gòu)破壞小。

三、工程應(yīng)用

1.工程概況

廣（廣州）惠（惠州）高速公路的路面結(jié)構(gòu)為：4厘米AK-16 A型上面層＋5厘米AC-20 I型中面層＋6厘米AC-25I型下面層＋1厘米瀝青下封層＋40厘米水泥穩(wěn)定碎石（水泥含量5%～6%）基層＋20厘米水泥穩(wěn)定碎石（水泥含量3%～4%）底基層。自2003年建成通車以來，總體路況良好，但由于車流量大、重載車多，局部路段存在裂縫、唧漿、沉陷等較嚴(yán)重病害。

高聚物注漿應(yīng)用路段為K1922＋200～K1922＋400（東行）慢車道，注漿前后采用落錘式彎沉檢測(cè)儀檢測(cè)路面彎沉值，以評(píng)價(jià)高聚物注漿對(duì)瀝青路面的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)效果。

2.高聚物注漿過程及處治效果

高聚物注漿施工流程為：交通控制→注漿路段選取→標(biāo)記注漿孔位置→注漿前檢測(cè)→鉆孔→下已裝注漿頭的注漿導(dǎo)管→注漿→封孔→注漿后檢測(cè)→路面清掃→開放交通。其主要步驟與工藝如下。

（1）注漿孔位置標(biāo)記。①滿堂布置：沿行車方向，縱向間距1～1.5米，橫向間距1.25米，橫向布孔3～4排，如圖1（a）所示。②沿裂縫布置：注漿孔距裂縫0.25米，沿裂縫間距1.25米交叉布置，如圖1（b）所示。③沿唧泥點(diǎn)布置：當(dāng)遇到唧泥點(diǎn)時(shí)，注漿孔沿唧漿點(diǎn)等距布置成方形，如圖1（c）所示。

圖1 注漿孔布置示意圖

（2）注漿前彎沉值檢測(cè)。檢測(cè)彎沉測(cè)點(diǎn)設(shè)在右側(cè)輪跡帶，距車道外邊緣線0.625米，間距1～20米不等。路況較好處可適當(dāng)加大間距，病害較嚴(yán)重處可適當(dāng)加密測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)用噴漆標(biāo)出。

（3）鉆孔與注漿。鉆孔時(shí)長(zhǎng)短鉆配合，先短后長(zhǎng)，短鉆鉆孔時(shí)間40～65秒，長(zhǎng)鉆鉆孔時(shí)間70～140秒，鉆孔深度0.8米，注漿導(dǎo)管長(zhǎng)度0.2～0.4米，注漿壓力7兆帕。注漿過程中采用3米直尺和水準(zhǔn)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路面平整度及高程變化，防止注漿過量導(dǎo)致路面隆起。

注漿過程中泥漿從鄰近注漿孔呈水柱狀涌冒而出（如圖2所示），排量較大，注漿時(shí)單孔持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，進(jìn)漿量大，表明基層沖刷嚴(yán)重，路面內(nèi)部連通裂隙發(fā)育，脫空較嚴(yán)重。注漿后路面高程略微抬升，但幅度較小，基本不影響行車安全。

圖2 K1922+354泥漿呈水柱狀涌冒而出

注漿結(jié)束后對(duì)路面彎沉值進(jìn)行復(fù)測(cè)，并與注漿前的檢測(cè)值對(duì)比，廣惠高速公路K1922＋370（東行）注漿前后彎沉值檢測(cè)數(shù)據(jù)見表1所列。該測(cè)點(diǎn)平均降幅31.3%，表明注漿材料有效地填充了路面內(nèi)部脫空，擠密周圍松散介質(zhì)，加固基層，增強(qiáng)了路面結(jié)構(gòu)承載力。

表1 廣惠高速K1922+370（東行）注漿前后FWD檢測(cè)數(shù)據(jù)

高聚物注漿技術(shù)具有非開挖、高膨脹、快速、微創(chuàng)等優(yōu)點(diǎn)，能有效排導(dǎo)基層內(nèi)部泥漿，填充脫空與空隙，同時(shí)增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。相比預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、開挖重鋪和水泥注漿技術(shù)，高聚物注漿從結(jié)構(gòu)承載力方面對(duì)路面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)治理瀝青路面深層病害效果顯著，且施工周期短，無需養(yǎng)生即可開放交通，對(duì)交通干擾小，經(jīng)濟(jì)效益顯著。實(shí)例工程應(yīng)用表明，高聚物注漿技術(shù)治理瀝青路面深層病害效果良好，是一種快速維修瀝青路面深層病害的較好方法。

（作者單位：廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司；武漢工程大學(xué)）

10.3963/j.issn.1006-8864.2014.11.022

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