地聚合物注漿技術(shù)在兩港路瀝青路面病害處治工程中的應(yīng)用研究

■吳超凡方德銘林曉威

(1.西安長(zhǎng)大公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)有限公司，西安710000;2.福建省公路管理局，福州350004；3.福州市公路局，福州350002)

地聚合物注漿技術(shù)在兩港路瀝青路面病害處治工程中的應(yīng)用研究

■吳超凡1方德銘2林曉威3

(1.西安長(zhǎng)大公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)有限公司，西安710000;2.福建省公路管理局，福州350004；3.福州市公路局，福州350002)

路面非開挖式地聚合物注漿加固的目的是排出路床和路面結(jié)構(gòu)層的明水，用地聚合物注漿材料填充層間空隙，將路面各結(jié)構(gòu)層連接為一個(gè)整體，提高路面結(jié)構(gòu)承載能力。本文通過(guò)福建兩港路瀝青路面病害處治實(shí)例，詳細(xì)介紹地聚合物注漿材料的特性、工藝流程，以及地聚合物注漿處治后彎沉變化情況，表明地聚合物注漿加固技術(shù)可有效加固路面結(jié)構(gòu)層，提高道路結(jié)構(gòu)承載力。

地聚合物注漿技術(shù)瀝青路面處治工藝加固路面結(jié)構(gòu)層

1 引言

地聚合物(Geopolymer)材料是以粘土、工業(yè)廢渣或礦渣為原料，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)得到的具有與陶瓷性能相似的一類新型高性能堿激活膠凝材料，由法國(guó)科學(xué)家Joseph Davidovits于1985年提出。

地聚合物淺層注漿技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，鑒于施工材料注漿技術(shù)廣闊的運(yùn)用發(fā)展前景，西安長(zhǎng)大公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)有限公司與福建省公路局合作，研發(fā)了路基和路面地聚合物注漿材料，并開發(fā)出相應(yīng)的注漿設(shè)備與施工控制儀器。

2 地聚合物注漿加固目的

路面非開挖式地聚合物注漿加固與病害處治的目的是通過(guò)注漿專用設(shè)備，在壓力條件下，將流動(dòng)性高、滲透性強(qiáng)的地聚合物注漿材料注入微細(xì)空隙中，排除層間水分、空氣，填充層間空隙，補(bǔ)強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度。

同時(shí)，地聚合物注漿料通過(guò)堿性激發(fā)劑激活基層或路基填土中的惰性二氧化硅和氧化鋁，并與礦物活性成分進(jìn)行聚合反應(yīng)，使地聚合物注漿材料與基層、土壤產(chǎn)生均勻致密粘結(jié)性好的結(jié)石體，形成地聚合物框架，既擠密路基土，又使路面各結(jié)構(gòu)層連接為一個(gè)整體，從而消除路面、路基結(jié)構(gòu)內(nèi)病害，提高路面結(jié)構(gòu)承載能力。

3 兩港路路面地聚合物注漿加固

3.1 項(xiàng)目概況

長(zhǎng)樂市兩港路K248+000～K248+825段瀝青路面鋪設(shè)于2012年12月，該路段重載交通比例大。原路面路表病害與結(jié)構(gòu)形式見表1所示，其中舊水泥混凝土路面打裂壓穩(wěn)采用炮頭鑿空，路面取芯結(jié)果表明：水泥穩(wěn)定層、瀝青碎石層局部松散，局部路床土濕軟，該段路表彎沉值見表2所示。

表1 K248+000～K248+825路表病害與路面結(jié)構(gòu)形式

表2 K248+000～K248+825注漿前彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)

3.2 路面病害原因分析

根據(jù)路表病害、取芯、彎沉與雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果，初步判定路面出現(xiàn)病害的原因是：采用炮頭鑿孔式對(duì)水泥路面進(jìn)行打裂壓穩(wěn)，但板塊并未穩(wěn)定，且炮頭鑿孔后局部出現(xiàn)較寬縱、橫向裂縫，濕軟的路床未能支撐打裂后的水泥板塊，造成水泥穩(wěn)定基層沿較寬裂縫的水泥板處出現(xiàn)反射裂縫，進(jìn)而造成瀝青加鋪層反射裂縫；路表水沿裂縫下滲到水泥穩(wěn)定碎石層與空隙率較大的瀝青碎石之間，在車輛荷載長(zhǎng)期作用下，造成水泥穩(wěn)定碎石和瀝青碎石松散，路床含水量上升而濕軟，導(dǎo)致路表彎沉值變大，出現(xiàn)瀝青路面網(wǎng)裂、下沉等病害。

3.3 病害處治方案

對(duì)單點(diǎn)彎沉值大于20(0.01mm)的濕軟路床加固，采用路基加固型DJZ型地聚合物注漿材料；對(duì)單點(diǎn)彎沉值大于20(0.01mm)的路面結(jié)構(gòu)層松散與層間脫空病害，采用路面加固型的雙液地聚合物CD型注漿材料，具體注漿材料的技術(shù)指標(biāo)如表3所示，施工順序是較先進(jìn)行軟弱路基加固，然后進(jìn)行路面加固。

表3 地聚合物注漿材料主要技術(shù)指標(biāo)

3.4 施工工藝

(1)施工準(zhǔn)備

施工段落交通封閉完全按照《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程(JTG H30-2015)》的臨時(shí)定點(diǎn)外側(cè)車道養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)和臨時(shí)定點(diǎn)內(nèi)側(cè)車道。

(2)檢測(cè)

依據(jù)《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTG H10-2009)與《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》(JTG E60-2008)的要求，在地聚合物注漿施工前施工段落各車道沿行車道中央采用FWD動(dòng)態(tài)彎沉測(cè)試儀進(jìn)行路面承載力測(cè)試，針對(duì)彎沉較大的位置，采用雷達(dá)檢測(cè)路面結(jié)構(gòu)層情況，指導(dǎo)路面鉆孔深度。

檢測(cè)頻率：采用FWD彎沉檢測(cè)儀或貝克曼梁對(duì)項(xiàng)目路段進(jìn)行彎沉檢測(cè)。瀝青路面：?jiǎn)诬嚨烂?m檢測(cè)一點(diǎn)，并標(biāo)記測(cè)點(diǎn)位置。

(3)布孔

按照施工前檢測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)路面病害位置，標(biāo)記需要注漿的位置；然后采用卷尺，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)放樣與定孔。

瀝青混凝土路面橫向裂縫處布孔形式采用之字形或梅花樁形，縱向裂縫主要采用之字形沿裂縫每1～1.5m布設(shè)一個(gè)注漿孔；網(wǎng)裂、沉陷區(qū)域采用梅花樁形布孔；注漿孔布孔形式如圖1所示。

圖1 瀝青混凝土路面注漿孔布孔形式

(4)鉆孔

使用直徑16mm或20mm的鉆頭鉆孔，鉆孔采用干法成孔，孔深根據(jù)檢測(cè)結(jié)果而定(一般情況下需穿透灰土層下20～30cm)。

(5)制漿

采用ZJ-150型智能注漿車進(jìn)行注漿，該注漿車具有智能上水系統(tǒng)，智能上水進(jìn)入在ZJ-150型智能注漿的攪拌罐，人工投入粉料，攪拌形成漿液。制漿配比：路基注漿采用單液注漿，水∶DJZ型地聚合物混合料=0.34∶1；路面注漿采用雙液注漿料，其中A組分∶B組分=3∶1。地聚合物混合料的技術(shù)指標(biāo)如表3所示。

(6)注漿與封孔

注漿前在注漿孔內(nèi)塞入配套的PVC管，安裝好注漿頭，壓力控制人員開啟注漿泵，注漿時(shí)，在注漿孔30cm范圍內(nèi)安放路面標(biāo)高監(jiān)控儀，若有相鄰的孔冒漿或路面抬升超過(guò)0.5mm，則自動(dòng)停止注漿。注漿結(jié)束后，采用木塞封孔，清理注漿孔周圍溢出灑落的漿液。

(7)養(yǎng)生

路基加固的單液地聚合物注漿材料注漿施工完成后，養(yǎng)生時(shí)間最少不能低于6h；路面加固的雙液地聚合物注漿材料注漿施工完成后，小型車輛可直接開放交通，大型車輛需養(yǎng)生2h可開放交通。

3.5 地聚合物注漿加固與效果分析

3.5.1 地聚合物注漿加固

⑴舊路狀況評(píng)定

采用FWD動(dòng)態(tài)彎沉檢測(cè)儀對(duì)K248+000～K248+600左側(cè)第一、第二車道、K248+000～K248+480右側(cè)第一、第二車道，K248+650～K248+825左側(cè)第一、第二車道、K248+480～K248+825右側(cè)第一、第二車道瀝青路面進(jìn)行彎沉檢測(cè)，共檢測(cè)871個(gè)點(diǎn)，從中篩選出154個(gè)彎沉大于20(0.01mm)的承載力不合格點(diǎn)。

⑵地聚合物注漿注漿加固

K248+000～K248+600左側(cè)第一、第二車道、K248+ 000～K248+480右側(cè)第一、第二車道瀝青路面修復(fù)方案：①DJZ型地聚合物注漿材料沿裂縫走向兩側(cè)1.5m范圍采用梅花型1.5m間距注漿加固，注漿深度為地質(zhì)鉆探揭示的砂層頂，注漿后復(fù)測(cè)路面彎沉，彎沉值應(yīng)不大于20 (0.01mm)；②清掃干凈裂縫，用灌縫膠(改性瀝青)修復(fù)裂縫。具體見設(shè)計(jì)圖2。

圖2 K248+000～K248+600左側(cè)、K248+000～K248+480右側(cè)裂縫處治方案圖

K248+650～K248+825左側(cè)第一、第二車道；K248+ 480～K248+825右側(cè)第一、第二車道瀝青路面修復(fù)方案：①DJZ型地聚合物注漿材料對(duì)坑槽、網(wǎng)裂、沉陷等結(jié)構(gòu)性病害影響區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)；注漿平面采用1～1.5m間距，梅花樁型布置，注漿寬度為舊路范圍18m(舊路中線左右9m)，注漿深度為地質(zhì)鉆探揭示的砂層頂。注漿后復(fù)測(cè)路面彎沉小于20(0.01mm)。②銑刨、挖除病害區(qū)域范圍內(nèi)瀝青上、下面層(4cmAC-13c瀝青混凝土+6cmAC-20瀝青混凝土)；③清掃干凈，粘貼碳纖維復(fù)合防裂布；④噴灑專用粘結(jié)膠；⑤攤鋪瀝青上下面層(4cmAC-13 SBS改性瀝青混凝土+6cmAC-20 SBS改性瀝清混凝土)：⑥新舊界面用灌縫膠(改性瀝青)修復(fù)。具體見設(shè)計(jì)圖3。

圖3 K248+650～K248+825左側(cè)與K248+480～K248+825右側(cè)瀝青路面處治橫斷面圖

3.5.2 地聚合物注漿加固效果分析

(1)注漿后彎沉檢測(cè)

兩港路地聚合物注漿處治完成后，采用貝克曼梁彎沉檢測(cè)儀進(jìn)行彎沉檢測(cè)，彎沉檢測(cè)結(jié)果表明，地聚合物注漿處治后彎沉值均小于20(0.01mm)。

(2)雷達(dá)檢測(cè)

注漿前雷達(dá)圖像顯示：K248+650～k248+660左側(cè)中間車道處道路結(jié)構(gòu)層層位不連續(xù)，該處較破碎存在沉陷及層間脫空病害；注漿后雷達(dá)圖像顯示：K248+650～k248+660左側(cè)中間車道處道路結(jié)構(gòu)層層位明顯，有兩條很明顯的層面，推測(cè)該處為注漿漿液固結(jié)所致，推測(cè)原來(lái)的沉陷部位已由漿液填充密實(shí)。

圖4 K248+650～k248+660左側(cè)中間車道處注漿前后雷達(dá)采集處理圖像

4 結(jié)論

地聚合物注漿材料具有高滲透性、高流動(dòng)性、高強(qiáng)度的特性，結(jié)合在福建省長(zhǎng)樂市兩港路瀝青路面病害處治工程的應(yīng)用，通車使用一年多來(lái)，路面未再出現(xiàn)沉陷、裂縫等病害，使用狀況良好，說(shuō)明了地聚合物注漿加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)是較好的路面非開挖式結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，結(jié)合地聚合物注漿加固技術(shù)在國(guó)內(nèi)其他道路使用效果，值得在路面非開挖式結(jié)構(gòu)加固中推廣應(yīng)用。

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