早強型地聚物注漿加固技術(shù)在公路病害治理中的應(yīng)用探討

韋聯(lián)飛

【摘要：】文章針對城市主干道公路病害治理問題，提出采用早強型地聚物注漿加固方法對病害路段進行結(jié)構(gòu)補強，并通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場應(yīng)用，確定了地聚物的最佳配合比和最佳注漿工藝參數(shù)。經(jīng)注漿加固補強后，該病害路段的承載力得到明顯提升。

【關(guān)鍵詞：】公路病害治理;早強型地聚物;注漿加固;配合比;工藝參數(shù)

U418.6A240733

0 引言

城市道路交通量大，道路負荷重，容易造成骨料粘結(jié)力喪失從而導(dǎo)致道路產(chǎn)生脫空、塌陷、裂縫等一系列病害，使承載力大大降低。隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷加速，很多城市道路均需要進行養(yǎng)護和修補，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國的公路養(yǎng)護里程超過了500萬km，因此，研究公路養(yǎng)護和病害治理技術(shù)，對于城市建設(shè)和發(fā)展具有重要意義[1-4]。

傳統(tǒng)的銑刨加鋪補強工藝雖然技術(shù)成熟，能夠治理各種公路病害，但是施工周期長、施工成本高，而且施工期間對道路通行影響較大[5]。為此，一些專家學(xué)者提出了采用注漿加固法對病害道路進行養(yǎng)護和修補。注漿加固作為一種“非開挖”補強技術(shù)，環(huán)境污染小，對路面原有結(jié)構(gòu)的損傷小。然而，常規(guī)注漿材料在路面修補過程中存在早期強度低、收縮量大等缺點，對于交通量繁重的城市道路修補而言實用性不高[6-10]。為了盡可能減小注漿施工對交通的影響，有必要采用早強型注漿材料以達到盡早開放交通的目的。

本文設(shè)計配制了早強型地聚物注漿材料，將其應(yīng)用到城市道路的病害治理中，為城市道路的修補加固提供新的思路和方法。

1 路面病害調(diào)查情況

某市政公路改擴建工程屬于城市主干道，位于交通較為繁重的城市路段，工程竣工時間為2001年，設(shè)計通行時速為40 km/h，道路整幅寬度為27.5 m。營運20年至今，其機動車道路面總體狀況較差，平均彎沉值達到了37.2 mm，部分路段出現(xiàn)層間脫空現(xiàn)象，同時還存在不同程度的橫向裂縫、沉陷裂縫、網(wǎng)裂、坑槽等破壞特征。

2 路面處置施工方案設(shè)計

針對已經(jīng)出現(xiàn)明顯裂縫、沉陷、脫空、坑槽等路面病害，且彎沉值不合格的路段，擬采取如下處置措施：先銑刨掉12 cm厚的原瀝青路面，再對原路面結(jié)構(gòu)的石灰土底基層（22 cm）和二灰穩(wěn)定碎石基層（20 cm）進行補強注漿，待基層滿足工程要求后，再對裂縫進行灌縫處理，同時在基層上鋪設(shè)高性能聚酯布，由下向上依次施工瀝青透層、瀝青封層、8 cm厚的AC-20C瀝青混凝土以及4 cm厚的AC-13C瀝青混合料。針對未出現(xiàn)明顯病害但是彎沉值不合格的路段，除了不進行灌縫處理，以及不鋪設(shè)高性能聚酯布之外，其余的工程措施與病害路段基本一致。路面處置施工方案如圖1所示。

3 注漿材料制備

3.1 注漿原材料

由于整改路段位于市區(qū)，交通壓力繁重，為減少施工對交通造成的影響，應(yīng)首選凝結(jié)硬化快、早期強度高的注漿材料，因此，設(shè)計了早強型地聚合物注漿材料對病害路段進行注漿加固。早強型地聚物注漿材料主要由礦渣、粉煤灰、偏高嶺土以及堿激發(fā)劑按照一定比例配置而成。其中礦渣的主要化學(xué)成分為CaO、SiO2和Al2O 占比分別為42.4%、28.72%和11.4%，顆粒直徑為8～32 μm;粉煤灰的主要成分為SiO2和Al2O 占比分別為48.5%和28%，顆粒直徑<10 μm;偏高嶺土的主要化學(xué)成分也為SiO2和Al2O 占比分別為54.1%和41.1%;堿激發(fā)劑為水玻璃，Na2O與SiO2的摩爾比為3. 固含量值為34%。

3.2 注漿材料配制

在注漿材料攪拌之前，需要先將礦渣、粉煤灰和偏高嶺土研磨成地聚物粉體，然后利用NaOH、Na2SiO3和蒸餾水配制堿激發(fā)劑，將地聚物粉體和堿激發(fā)劑通過慢攪和快攪最終配制成地聚物。地聚物制備流程如圖2所示。通過室內(nèi)試驗，確定最佳的注漿材料配合比為礦渣∶粉煤灰∶偏高嶺土=3∶5∶2，水灰比=0.32，堿激發(fā)劑的模數(shù)=1.6，堿激發(fā)劑摻量為8%。注漿材料攪拌時間為3 min。

3.3 注漿材料性能

按照上述配合比和流程配制注漿材料后，進行室內(nèi)試驗，對凝結(jié)時間、流動度、泌水率、膨脹率、抗壓強度等參數(shù)進行測試，結(jié)果如表1所示。從表1中可以看到：本工程配制的早強型地聚物注漿材料凝結(jié)時間早，早期強度大，流動性、泌水率、膨脹率等參數(shù)均滿足規(guī)范設(shè)計要求，因此，該注漿材料可用于該工程病害路段的注漿加固施工。

4 注漿施工工藝

4.1 施工流程

本工程設(shè)計的注漿加固是對基層和路基的雙層加固，且由于使用的地聚物具有快凝早強的特點，注漿施工流程與傳統(tǒng)注漿流程存在一些差異。為了提升整體施工效率和施工質(zhì)量，對早強型地聚物注漿加固施工流程進行了優(yōu)化，優(yōu)化之后的注漿施工流程可簡化為：施工準(zhǔn)備→布孔→鉆孔→清孔→制漿→注漿→拔管→封孔→養(yǎng)生→檢測→驗收。具體如圖3所示。

4.2 注漿參數(shù)

在施工現(xiàn)場進行了注漿工藝參數(shù)試驗。試驗共包括9個注漿斷面，通過鉆孔取芯確定最佳的注漿加固施工參數(shù)。試驗結(jié)果如表2所示。從表2中可知：當(dāng)注漿壓力為0.4 MPa時，三個試驗斷面的加固效果（2差+1良）均不是很好，當(dāng)注漿壓力為0.6 MPa時，注漿效果（2優(yōu)+1良）有較大提升，當(dāng)注漿壓力為0.8 MPa時，注漿效果（1差+1良+1優(yōu)）沒有明顯提升。因為在低注漿壓力下，地聚物無法充分?jǐn)U散到路基深處的裂縫和脫空位置;而當(dāng)注漿壓力較高時，可能對原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生逆向損傷破壞。因此，本工程選擇注漿壓力適中的0.6 MPa。相同注漿壓力下，隨著注漿量的增加，注漿效果有明顯提升，但是在0.6 MPa注漿壓力下，注漿量從120 kg/m2增加

至170 kg/m2的效果并不是很明顯，因此，本工程選擇120 kg/m2作為注漿量，以達到注漿加固和節(jié)約工程造價的目的。通過現(xiàn)場注漿加固試驗確定本工程的注漿工藝參數(shù)如下：注漿壓力為0.6 MPa，孔距為150 cm，注漿量為120 kg/m2，注漿深度為0.8～1.2 m。

4.3 關(guān)鍵技術(shù)

鉆孔和注漿是整個注漿加固施工流程中最為重要的步驟，必須對這些關(guān)鍵施工技術(shù)進行重點把控。

（1）鉆孔施工：路面基層宜采用沖擊鉆，基層以下宜采用液壓鉆或者振動鉆;所有鉆孔的位置與設(shè)計位置的偏差應(yīng)≤0.2 m，鉆孔的傾斜率必須控制在1.5%以內(nèi);鉆孔需要分序布置、交錯施工，后續(xù)鉆孔應(yīng)在前序鉆孔注漿材料強度達到5 MPa之后才可以繼續(xù)施工。

（2）地聚物拌和：礦渣、粉煤灰、偏高嶺土、NaOH、Na2SiO3等采用重量稱量法進行材料計量，每種材料用量偏差≤3%，水采用體積法稱量，偏差≤1.5%;漿液拌和好后，需要在30 min內(nèi)使用，且注漿施工期間，環(huán)境溫度應(yīng)控制在5 ℃～40 ℃。

（3）注漿施工：當(dāng)注漿壓力達到注漿設(shè)計壓力時或者注漿量達到3倍注漿設(shè)計量時，應(yīng)停止注漿;當(dāng)出現(xiàn)串孔或者橫縫冒漿時，應(yīng)停止注漿10～20 s，再繼續(xù)注漿;當(dāng)整治路段表面出現(xiàn)隆起且達到5 mm以上時，需要立即停止注漿。

（4）養(yǎng)護施工：對道路進行注漿加固施工后，應(yīng)采取封閉養(yǎng)護措施，養(yǎng)護時間≥1 d。

4.4 注漿加固效果

為了評估本次注漿加固施工效果，采用動態(tài)彎沉儀對病害注漿加固路段進行彎沉值檢測，結(jié)果如圖4所示。從圖4中可以看到：在注漿加固前，病害路段彎沉值普遍較大，其中彎沉值達到35 mm以上的點位占比達到了68%，平均彎沉值為37.2 mm;當(dāng)采用早強型地聚物進行注漿加固（1 d）后，彎沉值超過35 mm的點位占比由68.4%下降至10.5%，平均彎沉值為28.4 mm;當(dāng)采用早強型地聚物進行注漿加固（7 d）后，彎沉值超過35 mm的點位占比為5.3%，平均彎沉值為25.3 mm。通過彎沉值檢測結(jié)果可以看出：經(jīng)注漿加固之后，病害路段的承載力

顯著提升，注漿完成1 d后，彎沉值平均降幅就達到了23.7%，表明本工程配制的早強型地聚物注漿材料能夠在短時間內(nèi)達到病害路段的加固強化效果。注漿施工1 d后，病害路段表面沒有出現(xiàn)明顯的裂縫，也沒有地聚物漿液從路面冒出。利用探坑觀測法發(fā)現(xiàn)在脫空區(qū)域和底基層均滲透進了大量地聚物注漿材料，并與周圍松散巖體呈固態(tài)聯(lián)結(jié)狀態(tài)，表明本次注漿加固施工起到了很好的結(jié)構(gòu)補強作用。

5 經(jīng)濟及社會效益

早強型地聚物注漿加固施工技術(shù)不僅能起到較好的結(jié)構(gòu)補強作用，而且在經(jīng)濟和社會效益上表現(xiàn)出相對于傳統(tǒng)公路病害路段整治方法所不具備的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：

（1）在經(jīng)濟效益方面：采用傳統(tǒng)的銑刨加鋪方案時，基層銑刨費用為24元/m2，基層加鋪費用為176元/m2，中面層（8 cm AC-20C）銑刨加鋪費用為120元/m2，上面層（4 cm AC-13C）銑刨加鋪費用為65元/m2，總費用為385元/m2。采用新型地聚物注漿加固方案時，注漿費用為188元/m2，再加上中面層和上面層的銑刨加鋪費用，總費用為373元/m2，相比傳統(tǒng)施工方案節(jié)約工程造價約12元/m2。此外，采用早強型地聚物注漿加固技術(shù)，設(shè)備更加簡單，能夠靈活進出場，加固之后的早期強度更高，能更早地開放交通，避免交通堵塞所帶來的經(jīng)濟損失。

（2）在社會效益方面：早強型地聚物注漿加固技術(shù)施工周期短，對交通干擾更小，大大節(jié)約了養(yǎng)護成本，而且極大地解決了工業(yè)廢料的問題。同時，注漿加固技術(shù)實行不開挖施工，避免了路面揚塵和最大程度減小噪聲，對于社會生態(tài)環(huán)境有利。

6 結(jié)語

（1）為減少施工對交通造成的影響，決定采用早強型地聚物注漿加固方法對依托工程的病害路段進行加固治理，并通過試驗確定了地聚物的最佳配比為礦渣∶粉煤灰∶偏高嶺土=3∶5∶2，水灰比=0.32，堿激發(fā)劑的模數(shù)=1.6，堿激發(fā)劑摻量為8%，注漿材料攪拌時間為3 min。

（2）對早強型地聚物的注漿加固流程進行了詳細分析，并通過試驗路段確定了最佳的注漿工藝參數(shù)：注漿壓力為0.6 MPa，孔距為150 cm，注漿量為120 kg/m2，注漿深度為0.8～1.2 m。

（3）采用早強型地聚物進行注漿加固1 d后，彎沉值降幅達到23.7%，注漿加固7 d后，彎沉值降低32%，起到了很好的結(jié)構(gòu)補強作用，同時還兼具良好的社會經(jīng)濟效益，相關(guān)施工經(jīng)驗可為類似工程提供借鑒。

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