高聚物注漿技術分析

王瑋岳，張寶祥

（1.內蒙古大學交通學院，內蒙古 呼和浩特 010021；2.河北省公路工程定額站，河北 石家莊 050051）

改革開放以來，高速公路作為經濟、社會發(fā)展的基礎性、先導性產業(yè)，得到飛速發(fā)展。高速公路的快速發(fā)展，使得公路交通對經濟社會發(fā)展的作用由改革開放初期的瓶頸、滯后到逐步緩解、基本適應再到目前的適度超前，為經濟社會發(fā)展作出了巨大貢獻。截止2012年底，全國高速公路已基本形成四通八達的網(wǎng)絡，通車里程達到98 370km。

近10萬km的高速公路(據(jù)不完全統(tǒng)計，全國高速公路中，以半剛性材料為基層的瀝青混凝土路面約占90%，水泥混凝土路面約占10%)，其路面(尤其是瀝青混凝土路面)已經或將陸續(xù)進入養(yǎng)護維修期。傳統(tǒng)的高速公路養(yǎng)護維修，多采用罩面、挖除局部病害重新鋪筑新路面或者二者兼用的方式。不論何種維修方案，都存在工期長、影響交通、工程量大、投資高、廢棄物污染環(huán)境等問題。

高速公路病害診斷與高聚物注漿快速處治綜合技術，針對我國高速公路養(yǎng)護的實際需要，借鑒國際上公路檢測及維修技術的經驗，以落錘式彎沉儀（FWD）、探地雷達（GPR）無損檢測技術和高聚物注漿技術為基礎，實現(xiàn)了高速公路非開挖維修技術的重大突破，開創(chuàng)了高速公路病害處治的新途徑，其中的“高分子聚合物注漿處治高速公路病害施工工法”被批準為國家一級工法。本文主要對該項技術的基本原理、特點優(yōu)勢、適用范圍和施工工藝，推廣應用情況和經濟效益進行闡述和分析。

1 高聚物注漿技術基本原理

1.1 高聚物注漿技術工作原理

（1）高聚物注漿技術采用的注漿材料為新型非水反應類不敏感型自膨脹閉孔高分子聚合物，原材料為兩種預聚體液體。當這兩種液體混合在一起時，即刻發(fā)生聚合反應，膨脹并形成泡沫狀固體。

（2）注漿前，采用落錘式彎沉儀(FWD)或探地雷達(GPR)快速診斷路面病害，分層、分段檢測評價路面使用性能和病害情況，制定針對性的養(yǎng)護維修方案。注漿后再進行無損檢測，評價注漿效果。

（3）根據(jù)無損檢測結果，將注漿管下到路面病害位置，向其中注入兩種高聚物預聚體材料，材料迅速發(fā)生反應，膨脹固化，達到填充脫空孔隙、排除積水、擠密壓實，治理病害的目的。

1.2 落錘式彎沉儀（FWD）

通過計算機控制下的液壓系統(tǒng)提升并下落一重錘，對路面施加脈沖荷載。載荷的大小通過改變錘重和提升高度可在相當大的范圍內調整，并通過剛性圓盤作用到路面上。路面的變形由若干個傳感器測定。

由于FWD測速快，精度高，并較好地模擬了行車荷載的動力作用，目前被認為是較為理想的路面無損檢測設備。特別是FWD能夠準確測定多點彎沉，從而為路面結構反分析提供了基礎。

1.3 探地雷達檢測路面病害工作原理

探地雷達的工作原理是用無載波高速脈沖作為探測地下目標的信號源，其脈沖參數(shù)可因目標探測要求而選定。用寬帶天線將高速脈沖換成脈沖電磁波進行輻射，一部分經發(fā)射天線直接到達接收天線形成直達波，一部分進入地下傳播。由于電磁波在不同電性、不同形態(tài)的介質中傳播時，其路徑、強度、波形均隨之變化，因而可根據(jù)測得的波的傳播時間、幅度和波形來判斷介質的不同結構特性與深度。

2 高聚物注漿技術的特點及優(yōu)勢

2.1 高聚物注漿技術的特點

（1）輕質

材料非常輕，其密度不到水泥漿或瀝青材料的10%。對本已存在軟弱問題的基層或底基層，材料所施加的荷載非常小。

（2）膨脹

高聚物材料的自由膨脹比可達20∶1，在其經過之處可以填充任何脫空和裂縫，同時可以進一步壓密和強化周圍的材料。

（3）早強

高聚物材料能夠迅速完成膨脹和固化，并且在15分鐘內達到其最終強度的90%。材料具有良好的彈性和強度，特別是具有良好的抗拉強度，能夠滿足工程應用的需要。

（4）防水

材料可以排除下層積水，并且在注漿時和注漿后都不受潮濕條件的影響。固化之后材料可以阻止水的進一步滲透，對路面裂縫和接縫有良好的密封作用。

（5）耐久

材料穩(wěn)定性強，耐久性好。

（6）安全

材料在國內外經過了廣泛的試驗，符合美國環(huán)保署和歐盟標準，呈惰性性質。在周圍環(huán)境中呈中性，不危害環(huán)境，不污染土壤和水。材料不受霉菌和真菌的侵蝕。

（7）快速

注漿過程方便快捷，不需要養(yǎng)生，極大地縮短了施工時間。注漿后可以迅速開放交通，對交通干擾較小，這對于大交通量的干線道路是十分重要的。

（8）微損

注漿孔約16mm，對結構基本無損壞。

（9）可控

注漿過程可以實時監(jiān)控。

（10）多用

高聚物注漿技術可用于建筑物地基加固、地板沉降修復、道路及機場道面維修和橋梁、隧道以及堤壩等基礎設施維修加固。

2.2 高聚物注漿技術的優(yōu)勢

大量工程的應用效果表明，整合了先進的無損檢測技術和高聚物注漿技術的高速公路病害處治高聚物注漿技術與傳統(tǒng)維修技術相比，具有三個主要優(yōu)點。

（1）根治病害

應用FWD、GPR無損檢測技術對路段進行快速檢測，全面分析路基路面質量狀況，科學診斷病害成因，在此基礎上采用高聚物注漿技術進行針對性維修，達到根治病害的目的。

（2）節(jié)省造價、保護環(huán)境

采用高聚物注漿技術，一次注漿，多層修復，實現(xiàn)了維修范圍和維修工藝雙精細。與路面挖補方案相比，既節(jié)約材料、避免超挖、顯著節(jié)約維修費用，又減少廢棄料有效保護環(huán)境。

（3）施工快捷

高聚物注漿施工效率高，而且不需要養(yǎng)生，從而大幅度節(jié)省工期，減少了交通干擾。

3 高聚物注漿技術適用范圍

高聚物注漿技術適用于高速公路、市政道路和機場道面脫空、沉陷、唧泥、強度不足等病害處理，包括：水泥混凝土路面脫空、唧漿、沉陷病害處治；剛性基層瀝青混凝土路面開裂、唧漿、基層松散和強度不足病害處治；路基壓實度不足、路面沉陷病害處治等。以無損檢測技術為基礎的高速公路病害處治高聚物注漿技術如圖1所示。

圖1以無損檢測技術為基礎的高速公路病害處治高聚物注漿技術

4 高聚物注漿技術工藝流程

高聚物注漿施工工藝流程如圖2所示。

圖2 高聚物注漿施工工藝流程圖

5 推廣應用情況及經濟效益分析

2007年，原河南省交通廳、河南省科技廳以京港澳高速公路安陽至新鄉(xiāng)段為依托，聯(lián)合組織實施了高速公路快速檢測維修技術示范工程，共處治裂縫2.4萬條，維修面積達30萬m2。驗收專家一致認為示范工程是我國高速公路養(yǎng)護維修技術成果轉化的重大實踐和成功范例。之后，陸續(xù)在各省（區(qū)）數(shù)十條高速公路應用，累計修復病害面積達100萬m2。

2012年，在河北保定至天津、黃驊港至石家莊高速公路應用，共處治基礎松散、脫空、開裂、不密實以及水損害唧泥等病害路面達1.5萬m2，效果良好。

測算結果顯示，采用高聚物注漿技術與傳統(tǒng)的開挖換填維修比較，等面積維修費用節(jié)約67%，減少超挖面積大于20%，節(jié)省工期70%以上，經濟效益顯著；同時，還避免了開挖產生廢料，減少環(huán)境污染。

6 結語

高聚物注漿處治高速公路病害技術，具有快速、耐久、經濟、環(huán)保等特點，可實現(xiàn)高速公路“檢查無破損、維修不開挖”，具有顯著的經濟社會效益和較高的推廣價值。

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