高聚物注漿在復(fù)合式路面脫空處治上的應(yīng)用

柳子暉，郭澤棉，李 穎，方健海，聶 文

(1.廣州北環(huán)高速公路有限公司，廣東 廣州 510507；2.廣州肖寧道路工程技術(shù)研究事務(wù)所有限公司，廣東 廣州 510641)

廣州北環(huán)高速公路是橫跨廣州北部地區(qū)的重要交通通道，全長(zhǎng)23.5 km。該路建于90年代初，原設(shè)計(jì)為水泥混凝土路面，從2002年開始逐漸通過瀝青路面加鋪后改造為復(fù)合式路面。由于復(fù)合式路面使用年限長(zhǎng)，且交通量逐年增長(zhǎng)，近年來路面不可避免的出現(xiàn)了脫空、唧漿等病害。傳統(tǒng)水泥注漿等脫空處治方法因需較長(zhǎng)時(shí)間封閉交通，施工周期較長(zhǎng)，影響道路通行等缺點(diǎn)不能在本路段使用，因此急需引入新型路面脫空病害快速處治方法。

1 項(xiàng)目概況

高聚物為雙組分高分子化學(xué)反應(yīng)類，優(yōu)點(diǎn)為其反應(yīng)過程中沒有水的參與，可以將基礎(chǔ)中的水或者泥漿排出；強(qiáng)度、發(fā)泡體積可調(diào)，施工速度快，強(qiáng)度形成快，15 min強(qiáng)度就可以達(dá)到90%以上，可以快速通車；可以對(duì)病害部位進(jìn)行精準(zhǔn)修復(fù)，節(jié)約成本；注漿孔小，僅為16 mm，對(duì)路面美觀沒有影響。缺點(diǎn)為價(jià)格較高，強(qiáng)度較水泥、低聚物等材料低，承受反復(fù)荷載下耐久性能和壓縮性能不確定等。

高聚物注漿維修技術(shù)由兩部分組成，第一部分為注漿前后病害檢測(cè)對(duì)比，主要判斷脫空病害準(zhǔn)確位置以及處治后注漿結(jié)果；第二部分為高聚物注漿實(shí)施。

1.1 高聚物注漿施工工藝

高聚物注漿施工工藝與傳統(tǒng)水泥注漿工藝區(qū)別不大，高聚物注漿施工工藝流程圖如圖1所示。

圖1 高聚物注漿施工工藝流程圖

相比傳統(tǒng)水泥注漿，高聚物注漿施工時(shí)間短。單孔成孔時(shí)間小于2 min，單孔注漿時(shí)間少于1 min。由于使用高聚物材料，強(qiáng)度形成依賴于高分子材料化學(xué)反應(yīng)，養(yǎng)生時(shí)間僅需20 min。全部施工時(shí)間極短，以單處200 m2路面脫空處治為例，高聚物注漿處治從進(jìn)場(chǎng)施工到完工撤場(chǎng)時(shí)間不超過6 h。

1.2 注漿前后脫空檢測(cè)

脫空檢測(cè)基本沿用目前主流脫空檢測(cè)手段，考慮到北環(huán)高速現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)形式為復(fù)合式路面，因此本項(xiàng)目中在高聚物注漿前后主要使用3D探地雷達(dá)進(jìn)行無損快速脫空檢測(cè)，為進(jìn)一步驗(yàn)證復(fù)合式路面脫空檢測(cè)結(jié)果及注漿處治效果，本研究還使用落錘彎沉儀(FWD)對(duì)注漿前后路面強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 注漿前的檢測(cè)

采用3D探地雷達(dá)進(jìn)行路面全厚度內(nèi)部探傷檢測(cè)，每車道分左右輪跡帶進(jìn)行內(nèi)部探傷，根據(jù)雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果，復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)脫空位置主要集中在距路面表層深度60 cm左右的位置。為進(jìn)一步驗(yàn)證脫空檢測(cè)的結(jié)果，確保脫空病害處治完全，使用落錘彎沉儀(FWD)對(duì)上述路段注漿前彎沉數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，檢測(cè)位置為每車道左右輪跡帶，以20 m/點(diǎn)的頻率進(jìn)行檢測(cè)，共檢測(cè)126點(diǎn)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，擬注漿路段匯總情況見表1。

表1 擬注漿路段匯總

2.2 注漿施工過程

(1)注漿施工過程

高聚物注漿施工流程與傳統(tǒng)水泥注漿工藝區(qū)別不大，流程如下：布點(diǎn)→鉆孔→下注漿管→安裝注射帽→注漿→封孔→清理路面→開放交通。

①布點(diǎn)

按整車道4個(gè)、3個(gè)、4個(gè)布梅花孔，有橫縫的，在離橫縫30 cm，橫向孔距100 cm，縱向孔距150 cm，進(jìn)行布孔。

②鉆孔

施工路段路面結(jié)構(gòu)厚度是58 cm，選用直徑1.6 cm，選用長(zhǎng)度50 cm和80 cm的鉆頭進(jìn)行鉆孔。由于孔徑小，鉆孔速度極快，單孔成孔時(shí)間小于2 min。

③下注漿管及安裝注射帽

把PVC管(長(zhǎng)約20～30 cm)通過注漿孔埋入，在把注射帽敲入PVC注漿管前，需使用專用工具清理注射帽凹型邊緣，以便于與注射槍更好的結(jié)合。

④注漿

參考雷達(dá)及彎沉儀檢測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合路面具體情況及工程經(jīng)驗(yàn)，按照設(shè)計(jì)對(duì)注漿處實(shí)施注漿。注漿時(shí)間極為短暫。單孔注漿時(shí)間少于1 min。

⑤封孔

完成高聚物注漿后，采用灌封料進(jìn)行封孔。其后需等待約20 min養(yǎng)生時(shí)間待高聚物材料化學(xué)反應(yīng)完成，強(qiáng)度形成后即可撤場(chǎng)。

(2)質(zhì)量控制要要點(diǎn)

①嚴(yán)格控制鉆孔先后順序，例如：路面病害為翻漿和路面沉陷時(shí)，首先對(duì)病害中心周圍布點(diǎn)孔進(jìn)行鉆孔，然后進(jìn)行注漿，最后對(duì)病害中心點(diǎn)進(jìn)行鉆孔并注漿，以避免病害中心點(diǎn)的孔洞發(fā)生堵塞。

②鉆機(jī)和鉆頭的性能應(yīng)滿足注漿的要求，注漿的孔徑為16 mm。每個(gè)鉆孔都應(yīng)進(jìn)行測(cè)斜，且測(cè)斜次數(shù)不少于1次，終孔孔斜要求為：深度<1 m的鉆孔孔斜<1.5°。鉆孔應(yīng)選派熟練的操作工，長(zhǎng)短鉆配合，先短后長(zhǎng)，兩短三長(zhǎng)，每鉆進(jìn)10 cm左右應(yīng)上下提鉆洗孔，以保證鉆孔安全、高效、優(yōu)質(zhì)。

③通過鉆孔排出的鉆渣可直觀判斷路面內(nèi)部的質(zhì)量情況，為處治決策、布孔以及確定注漿導(dǎo)管長(zhǎng)度提供參考，可進(jìn)一步完善技術(shù)方案。

④進(jìn)行高聚物注漿時(shí)，需時(shí)刻關(guān)注注漿壓力變化，且注漿壓力保持在7 MPa左右。注漿時(shí)關(guān)閉注漿槍開關(guān)，待30 s后高聚物材料完全凝固后拆除注漿夾具。注漿后應(yīng)盡早封孔，防止雨水滲入。

⑤注漿前應(yīng)根據(jù)3D探地雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果初步計(jì)算大致的注漿量，提高注漿效率及注漿效果。

⑥采用落錘式彎沉儀(FWD)對(duì)高聚物注漿效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，要求彎沉值大于300 μm點(diǎn)注漿后彎沉平均降低30%以上；高聚物注漿后最大彎沉控制在200 μm以下，若不滿足該要求，需對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)注。

2.3 注漿后的檢測(cè)

(1)3D探地雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果

從附圖左線K18+488段快車道注漿前后3D探地雷達(dá)對(duì)比可以看出，注漿后的3D探地雷達(dá)波形明顯緩和，注漿后結(jié)構(gòu)密實(shí)，脫空處理效果較好。

(2)FWD檢測(cè)結(jié)果

高聚物注漿前后彎沉對(duì)比結(jié)果如圖2所示。注漿前彎沉的標(biāo)準(zhǔn)差、均值、變異系數(shù)分別為33.7(0.001 mm)、108.4、31.1%，注漿后彎沉的標(biāo)準(zhǔn)差、均值、變異系數(shù)分別為23.9(0.001 mm)、99.7、24.0%。相比注漿前后彎沉值可見，注漿后彎沉均值降低了約9%， 變異性改善了29%。因此， 注漿對(duì)彎沉的均勻性有較大的改善，特別是彎沉較大之處，彎沉降低效果明顯。

圖2 注漿前后局部彎沉對(duì)比

3 結(jié)論與展望

(1)因北環(huán)高速車流量大，長(zhǎng)時(shí)間封閉交通施工基本不可行。高聚物注漿具有施工速度快、微創(chuàng)、早強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，不失為重交通情況下復(fù)合式路面脫空處治的理想解決方案。

(2)高聚物注漿施工工藝與傳統(tǒng)水泥注漿施工工藝差別不大，便于施工人員迅速掌握施工技術(shù)，有利于技術(shù)推廣和應(yīng)用。

(3)高聚物注漿仍可使用探地雷達(dá)及FWD彎沉檢測(cè)等傳統(tǒng)脫空檢測(cè)手段，從兩種檢測(cè)手段前后對(duì)比互相印證結(jié)果看，兩種檢測(cè)手段都是有效的，高聚物材料注漿也起到很好的脫空填充處治作用。

(4)由于高壓力，注漿速度快，材料膨脹性能好，高聚物注漿在對(duì)細(xì)小空隙的填充性更好。

但是高聚物注漿作為一種新生維修技，術(shù)，還有諸多地方存在不足，等待進(jìn)一步研究。

(1)價(jià)格貴，這是制約其廣泛應(yīng)用最主要障礙，其單價(jià)約是傳統(tǒng)水泥注漿處治單價(jià)4倍左右；

(2)注漿過程中，壓力值7 MPa是固定的，但是此壓力值是否適用于所有路基脫空情況仍有待研究。

(3)高聚物材料強(qiáng)度較水泥、地聚物等傳統(tǒng)材料相比偏低，其彈性模量與基層彈性模量相比較仍不匹配。

(4)高聚物材料承受路面車輪反復(fù)荷載下耐久性能和壓縮性能不確定等。