地聚合物注漿技術(shù)在揚(yáng)州市文昌路提升改造工程中的應(yīng)用研究

成哲

摘要 當(dāng)前，我國(guó)已建和在建的城市道路的結(jié)構(gòu)多為采用水泥、石灰穩(wěn)定的半剛性基層加瀝青混凝土柔性面層，揚(yáng)州城市道路也是如此。隨著超載超限問(wèn)題的日益加重，城市車輛爆炸式增長(zhǎng)導(dǎo)致的交通量急劇增加，以及氣候環(huán)境和軟土條件的影響，揚(yáng)州城市道路出現(xiàn)了不同程度的病害，嚴(yán)重影響了道路使用性能。文章以揚(yáng)州市文昌路提升改造工程為例，詳細(xì)介紹地聚合物注漿的材料特性、工藝流程以及注漿處理后道路彎沉的變化情況，并對(duì)注漿后的效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞 非開挖;地聚合物;注漿技術(shù);路面結(jié)構(gòu)層加固;病害處治

中圖分類號(hào) U418 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）01-0146-03

0 引言

目前，開挖法仍廣泛應(yīng)用于道路病害處理和日常養(yǎng)護(hù)維修中。但市政道路往往伴隨著交通流量大，地下管線復(fù)雜，文明施工要求高，工期緊等困難，以往常用的開挖法存在諸多弊端，限制了開挖法的大規(guī)模應(yīng)用。此外，對(duì)于大多數(shù)道路破損情況，僅對(duì)道路面層進(jìn)行修補(bǔ)治標(biāo)不治本，并沒(méi)有徹底解決道路病害問(wèn)題，短時(shí)間內(nèi)必然再次破損，必須對(duì)道路基層或者路基進(jìn)行處理，以提高道路的整體承載能力[1]。

為了解決以上問(wèn)題，在日常道路管養(yǎng)過(guò)程中引入新技術(shù)、新材料、新工藝，單位領(lǐng)導(dǎo)帶隊(duì)赴南通考察學(xué)習(xí)地聚合物注漿技術(shù)。該技術(shù)不僅具有非開挖式路基修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)，而且其采用的地聚合物注漿材料比水泥材料或有機(jī)高聚物材料具有更多的優(yōu)點(diǎn)。地聚合物注漿技術(shù)能夠在對(duì)交通通行影響很小的情況下處理道路路基和基層病害，而且成本低、速度快、污染少、干擾小，可以有效解決道路路基和基層問(wèn)題，提高道路承載力[2]。該技術(shù)已在南通市政道路養(yǎng)護(hù)維修中取得不錯(cuò)的效果，值得推廣。

1 地聚合物注漿的材料特性及工藝流程

1.1 地聚合物材料

要了解地聚合物注漿技術(shù)，首先必須了解什么是地聚合物材料。地聚合物材料是由AlO4和SiO4四面體結(jié)構(gòu)單元組成的具有三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)聚合物。這一概念最早是由法國(guó)人Davidovits在1978年提出。地聚合物材料的生產(chǎn)工藝與陶瓷類似，是在較低的溫度條件下（50～180℃），以粘土、工業(yè)廢渣或礦渣為原料，采用適當(dāng)?shù)墓に囂幚?，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)得到的一種性能也與陶瓷相似的新型材料，因此，地聚合物也被稱為電解陶瓷、低溫不燒陶瓷或化學(xué)鍵合陶瓷。地聚合物材料同時(shí)具備陶瓷、水泥和有機(jī)高聚物的特點(diǎn)，具備優(yōu)良的機(jī)械性能和耐酸堿、耐火、耐高溫的性能，因此其在建筑材料、高強(qiáng)材料、固核固廢材料、密封材料和耐高溫材料等方面均有應(yīng)用[3]。由于地聚合物可以利用礦物廢物和建筑垃圾作為原料，如果其生產(chǎn)成本能進(jìn)一步降低，地聚合物有取代普通水泥的可能。

傳統(tǒng)的道路注漿加固材料主要有水泥漿液和有機(jī)高聚物漿液。水泥漿液存在強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢、后期強(qiáng)度低、耐久性差等缺點(diǎn);而有機(jī)高聚物漿液只能擠走地下空隙中的空氣和水分，只具有填充空洞的作用，無(wú)法提高基層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和道路的承載力。與水泥漿液和有機(jī)高聚物漿液相比，地聚合物漿液具有較好的流動(dòng)性、保水性能和壓力下的體積穩(wěn)定性，凝結(jié)后早期強(qiáng)度高，無(wú)收縮、微膨脹，是一種適用于市政道路結(jié)構(gòu)加固的注漿材料。

1.2 道路注漿加固原理與工藝

注漿是通過(guò)注漿泵吸入漿液，流經(jīng)高壓管，再注入道路路基和基層中，漿液在周圍的土體中以滲透、填充、壓密和擴(kuò)張的方式擠走土體縫隙里的水分和空氣，形成漿脈。而地聚合物漿液通過(guò)注漿的方式注入土體后，漿液通過(guò)化學(xué)膠結(jié)、離子交換、惰性充填和擠密壓密作用把原來(lái)道路中的土壤及碎石膠結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度大、防水性能高和化學(xué)穩(wěn)定性良好的“結(jié)石體”，從而達(dá)到提高結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度、降低彎沉值、增加路基及基層的穩(wěn)定性、增強(qiáng)道路結(jié)構(gòu)使用壽命、提高道路承載力的目的[4]。

地聚合物注漿的施工工藝與普通注漿工藝基本相同，此處不再贅述，相關(guān)施工工藝細(xì)節(jié)將在后文結(jié)合工程項(xiàng)目案例加以詳述。

2 地聚合物注漿技術(shù)在工程實(shí)例中的應(yīng)用及注漿后效果評(píng)價(jià)

2.1 文昌路提升改造工程項(xiàng)目概況

文昌路是揚(yáng)州市城市主路網(wǎng)中最重要的東西向干道，是揚(yáng)州主城區(qū)主干路網(wǎng)中的重要橫向骨架，是城市的東西向交通大動(dòng)脈。經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)，文昌路不斷拓寬延伸，形成東至廣陵大橋，西至揚(yáng)溧高速，全長(zhǎng)約 17 km，路幅達(dá) 34～60 m的城市主干路。因其年代久遠(yuǎn)，致使整條道路路面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，道路基層存在泥結(jié)碎石、貫入式、二灰碎石、水泥穩(wěn)定碎石、水泥混凝土等等多種結(jié)構(gòu)形式，道路面層為瀝青材料主要為 AC 類，該次文昌路提升改造工程主要是對(duì)機(jī)動(dòng)車道路基路面進(jìn)行提升改造。

2.2 地聚合物注漿加固方案

根據(jù)對(duì)老路的結(jié)構(gòu)類型及病害情況調(diào)查，結(jié)合鉆芯取樣結(jié)果和老路彎沉數(shù)據(jù)，針對(duì)文昌路路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了多種處理方式，該文僅對(duì)其中涉及地聚合物注漿處理的兩種方式進(jìn)行詳細(xì)介紹。

方案（1）：對(duì)基層為水穩(wěn)或二灰碎石路段，應(yīng)先進(jìn)行彎沉檢測(cè)，原瀝青路表回彈彎沉>27（0.01 mm）的路段先進(jìn)行地聚合物注漿加固處理，注漿結(jié)束后，根據(jù)規(guī)程要求進(jìn)行路面彎沉檢測(cè)，當(dāng)瀝青路表回彈彎沉值≤27（0.01 mm）或彎沉值降低率達(dá)到30%后，銑刨原有瀝青面層，并回鋪 12 cm 瀝青面層（4 cm 瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13+8 cm 中粒式瀝青混凝土SUP-20）。

方案（2）：對(duì)基層為舊水泥板路段，應(yīng)先采用探地雷達(dá)檢測(cè)板塊脫空情況，對(duì)脫空板塊進(jìn)行地聚合物注漿加固處理，注漿結(jié)束后，銑刨原有瀝青面層，根據(jù)規(guī)程要求對(duì)原有水泥混凝土板角行彎沉檢測(cè)，當(dāng)板角單點(diǎn)實(shí)測(cè)彎沉值≤14（0.01 mm）且板間彎沉差≤6（0.01 mm）時(shí)，視為處理合格，否則應(yīng)進(jìn)行二次注漿直至合格為止，板縫間切縫、清掃、灌縫，縱橫縫貼自粘式聚酯玻纖布，處理好的水泥板上鋪 1 cm 橡膠應(yīng)力吸收層，最后回鋪 12 cm 瀝青面層（4 cm 瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13+8 cm 中粒式瀝青混凝土SUP-20）。

地聚合物注漿材料主要技術(shù)性能指標(biāo)應(yīng)符合表1的要求，該項(xiàng)目因交通壓力較大且工期緊張，全線注漿材料均采用早強(qiáng)型。注漿工藝主要參數(shù)為：注漿深度約 80～

120 cm，注漿壓力水泥板塊面脫空處治一般為1.0～1.5 MPa，瀝青路面結(jié)構(gòu)加固病害處治一般為0.4～0.8 MPa，注漿量70～120 kg/m2，孔距150 cm，孔徑50 mm，可結(jié)合試驗(yàn)段的試驗(yàn)結(jié)果適當(dāng)調(diào)整。注漿孔的設(shè)置方式：a、瀝青混凝土路面注漿孔宜采用梅花形布置或矩形布置，并主要位于輪跡帶上，該項(xiàng)目建議采用梅花形布置;b、水泥混凝土板塊注漿孔宜采用梅花形式布孔，在四個(gè)板角處距相鄰接縫50 cm位置布設(shè)注漿孔，板塊中央布設(shè)排氣孔;c、道路橫縫處注漿孔宜采用梅花形布置或“之”字形布置，該項(xiàng)目建議采用“之”字形布置[5]。

2.3 地聚合物注漿施工注意事項(xiàng)

地聚合物注漿施工專業(yè)性技術(shù)性很強(qiáng)，應(yīng)由專業(yè)的具有相應(yīng)資質(zhì)和施工經(jīng)驗(yàn)的施工隊(duì)伍進(jìn)行施工，在施工過(guò)程中還需注意以下幾個(gè)施工要點(diǎn)：

（1）施工前應(yīng)先查明地下管網(wǎng)、管線的分布情況，由各管線產(chǎn)權(quán)單位對(duì)施工方進(jìn)行詳細(xì)交底，并在施工現(xiàn)場(chǎng)做好對(duì)接工作。如果盲目進(jìn)行施工，一旦在鉆孔時(shí)對(duì)燃?xì)?、供水、電力、?guó)防光纜等地下管線造成破壞，必將釀成大禍。對(duì)于已查明的地下管線，應(yīng)在路面上做好警示標(biāo)識(shí)，施工時(shí)應(yīng)予以避讓。

（2）改性地聚物注漿施工是在現(xiàn)有道路上臨時(shí)占道施工，施工段落的交通封閉應(yīng)滿足《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范（JTG F90—2015）》的要求，以保證施工安全及交通安全。該項(xiàng)目因文昌路交通壓力較大，改性地聚物注漿施工均放在夜間（20：00—6：00）車流量較小時(shí)分車道分段進(jìn)行施工，不中斷交通。施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有專職安全員負(fù)責(zé)施工安全，專職交通安全員負(fù)責(zé)交通封閉區(qū)域的交通安全。

（3）改性地聚物注漿順序應(yīng)由外向內(nèi)，邊緣注漿時(shí)的壓力不宜過(guò)大，并且宜分序進(jìn)行注漿，隔孔跳注。當(dāng)?shù)缆访鎸雍突鶎哟嬖诹芽p、松散、破損等情況時(shí)，宜采用先上部基層低壓后下部路基較高壓注漿，下部注漿應(yīng)在上部注漿材料同條件養(yǎng)護(hù)試塊強(qiáng)度達(dá) 5 MPa 以后進(jìn)行。

（4）注漿時(shí)若注漿泵壓力無(wú)明顯增高或路基無(wú)明顯的隆起，可盡量多注。當(dāng)注入大量漿液壓力沒(méi)有增高時(shí)要考慮漿液有可能沿著地下空洞、泉眼、井壁縫隙等滲出，此時(shí)應(yīng)立即停止注漿，查明原因，然后采取相應(yīng)措施。

（5）注漿時(shí)應(yīng)對(duì)路表隆起進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)于注漿過(guò)程中的竄漿、冒漿和路面抬起等現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)密切監(jiān)控，隨時(shí)調(diào)整注漿相關(guān)參數(shù)。

（6）根據(jù)環(huán)保及文明施工要求，當(dāng)天施工結(jié)束后開放交通前，應(yīng)將路面殘留的漿液及時(shí)清理，防止出現(xiàn)粉塵和泥漿污染。

2.4 地聚合物注漿施工效果及評(píng)價(jià)

文昌路地聚合物注漿處治完成后，根據(jù)加固方案中的彎沉控制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)注漿路段進(jìn)行彎沉檢測(cè)，對(duì)基層為水泥混凝土板塊的路段輔以雷達(dá)檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)注漿效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.4.1 注漿后彎沉檢測(cè)

文昌路地聚合物注漿處治完成后，采用貝克曼梁彎沉檢測(cè)儀對(duì)路面進(jìn)行彎沉檢測(cè)，將彎沉檢測(cè)結(jié)果與注漿前彎沉檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)表2），注漿后彎沉值符合彎沉控制標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到預(yù)期要求。

2.4.2 探地雷達(dá)檢測(cè)

對(duì)基層為舊水泥板路段，注漿前先采用探地雷達(dá)對(duì)道路進(jìn)行檢測(cè)，找出脫空板塊，對(duì)脫空板塊注漿后在同一部位進(jìn)行復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)的雷達(dá)圖像顯示該處道路結(jié)構(gòu)層層位明顯，波形平順且連續(xù)，說(shuō)明注入的漿液已將地下空隙完全填充，且與周圍土體形成整體，達(dá)到預(yù)期加固效果。

2.4.3 效果評(píng)價(jià)

彎沉檢測(cè)和雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果表明，采用地聚合物注漿材料對(duì)道路進(jìn)行注漿加固后，病害路段彎沉值有了明顯下降，基層結(jié)構(gòu)得到了明顯加強(qiáng)，道路承載能力大幅度提高，達(dá)到了預(yù)期效果。從工程施工工期和工程造價(jià)的方面分析，若采用開挖法處治道路病害，該工程工期需6～8個(gè)月，每平方造價(jià)經(jīng)測(cè)算約197元，而采用地聚合物注漿技術(shù)后，該工程僅用3個(gè)月時(shí)間就施工完成，招標(biāo)控制價(jià)中地聚合物注漿（早強(qiáng)型）施工每平方僅需106元，遠(yuǎn)低于開挖修復(fù)法，對(duì)于交通壓力較小的道路，若采用普通型注漿材料還能進(jìn)一步降低施工造價(jià)。從道路運(yùn)營(yíng)狀況分析，該工程竣工通車兩年多以來(lái)，路面未再出現(xiàn)沉陷、坑槽、裂縫等病害，使用狀況良好[6-7]。

3 結(jié)語(yǔ)

地聚合物注漿技術(shù)通過(guò)對(duì)路面進(jìn)行非開挖式結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)與病害處治，能夠提高道路基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，較為徹底地處治道路病害問(wèn)題，且病害處治后的路面性能達(dá)到同一道路完好路面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。該注漿處治技術(shù)對(duì)城市道路病害處治針對(duì)性強(qiáng)、修復(fù)時(shí)間短、交通影響小、維修費(fèi)用較傳統(tǒng)工藝顯著降低，對(duì)于市政道路管養(yǎng)具有明顯的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)該注漿處治技術(shù)在文昌路實(shí)體工程中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)地聚合物注漿技術(shù)能在對(duì)市政道路交通影響很小的情況下經(jīng)濟(jì)快速有效地解決城市道路病害，提高道路結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用年限，是適合市政道路管養(yǎng)維修的新技術(shù)、新材料、新工藝，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]瞿志軍.地聚合物注漿技術(shù)在南通市政道路加固中的應(yīng)用[J].中國(guó)市政工程，2016（3）：8-10.

[2]李會(huì)安.非開挖式地聚合物注漿技術(shù)研究與應(yīng)用[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2015.

[3]劉江波.地聚合物道路注漿加固技術(shù)研究與應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2013（1）：145-149.

[4]徐建軍，吳開勝，趙大軍.用于道路修復(fù)加固的地聚合物注漿材料的研制[J].新型建筑材料，2016（3）：26-28.

[5]宋俊偉.地聚合物注漿技術(shù)在瀝青路面表面病害處治工程中的處治工藝研究[J].公路交通科技，2016（3）：93-96.

[6]袁鴻昌，江堯忠.地聚合物材料的發(fā)展及其在我國(guó)的應(yīng)用前景[J].硅酸鹽通報(bào)，1998（2）：46-51.

[7]吳超凡，方德銘，林曉威.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[J].福建交通科技，2017（4）：1-4.