高聚物注漿技術在高速公路路面深層病害處治中的應用研究

馬 磊

（鄭州鄭少高速公路發(fā)展股份有限公司，河南 鄭州 450000）

對于高速公路路面深層病害的處治，傳統(tǒng)的方式是對道路進行銑刨或開挖，清除病害層位后，再依次回鋪路面各結構層。而這種大開大挖的施工方式，需要封閉整個路段，給交通運行帶來較大的影響，且基層養(yǎng)生工期長、投資大、經(jīng)濟效益低，在高速公路上已經(jīng)越來越少被使用。而高聚物注漿技術，因其“非開挖處治深層病害”的特征，具有對車輛通行影響小、工期短、經(jīng)濟效益高的優(yōu)勢，越來越受到高速公路養(yǎng)護工程的青睞。本研究依托高速公路養(yǎng)護工程實例，研究高聚物注漿技術的關鍵工藝及其對路面深層病害的適用性和處治效果，為高速公路養(yǎng)護的發(fā)展積累經(jīng)驗。

1 高速公路路面病害類型和深層病害處治現(xiàn)狀

我國的高速公路大部分為瀝青路面，采用瀝青混凝土面層+半剛性基層的路面結構。隨著運營時間的不斷增長，路面會注漿出現(xiàn)一系列的病害，多以縱橫向裂縫、龜裂、塊裂、唧漿、坑槽和松散為主[1-3]。

對于高速公路養(yǎng)護工程來說，如果深層病害處治不徹底，病害會在很短的時間反射至路表，導致瀝青路面再次開裂，并不斷發(fā)展，以致極大地縮短瀝青路面的使用壽命[4-5]。因此，對深層病害的分析和處治至關重要。在嘗試了各種處治手段后，發(fā)現(xiàn)高聚物注漿技術具有較好的適用性。

2 高聚物注漿施工技術關鍵工藝

高聚物注漿施工工藝：道路封閉→施工前彎沉、雷達檢測→施工放線→鉆孔→安裝注漿管與注漿帽→注漿→注漿后注漿效果檢測→封孔。其中一些關鍵工藝對注漿的效果有著極大的影響。

2.1 道路封閉

我國高速公路一般為雙向4 車道、雙向6 車道或雙向8 車道，高聚物注漿封閉1～2 個車道施工即可，剩余車道仍可通行，可以達到“邊施工、變通行”的目的。

2.2 施工前彎沉和雷達檢測

施工前需要對病害區(qū)進行彎沉和雷達檢測，主要有兩個目的：一是確定病害位置和路面結構深部病害的走向；二是便于注漿前后對比，判定注漿效果。

能否找準深部病害的位置，是決定注漿是否成功的關鍵因素之一。對于路面病害，特別是裂縫類病害，通常其往下延伸的方向并不是垂直的，而是斜向的。也就是說，在路表面上看到的病害位置，與路面深處的病害位置，并不是在一個垂線上。然而，注漿孔是垂直的，如果在路表面病害的位置進行注漿，則漿液從路裂縫在路表的位置，沿裂縫往下流動，很可能無法達到深部病害的位置。要達到良好的注漿效果，必須讓漿液直達深部病害位置，然后沿裂縫從下往上流動，從而擠出空氣，充分充填裂縫和旁邊的空隙。探地雷達檢測技術恰好能有效解決這個問題，其具有很高的檢測精度，能對路面結構深部病害的位置進行準確定位，從而有效指導注漿孔的位置。探地雷達檢測技術與高聚物注漿的有效結合提高了注漿效果和注漿成功率，見圖1。

圖1 病害位置與注漿孔位置

2.3 施工放線

過去對于裂縫類注漿孔的布置，因未采用雷達檢測技術來確定深部病害位置，通常在裂縫兩側間距20～50 cm 處布置2 排注漿孔，不管深部裂縫往哪個方向偏，總會有一側的注漿孔會注到正確的位置。但實際上，裂縫在深部的延伸方向、延伸角度和延伸距離都具有不確定性，采用這種“靠運氣”的方式，注漿的成功率往往會打折扣，而且有一半的注漿孔被浪費。采用探地雷達檢測技術后，可以準確判定病害在基層、底基層的位置，沿該位置布置注漿孔，僅需要布置1 排注漿孔，就可以達到比以往2 排注漿孔更好的注漿效果，見圖2。對于裂縫類病害，通過探地雷達檢測定位，沿病害在基層、底基層的位置，布置1 排注漿孔，注漿孔間距為50 cm；對于大片的路面結構脫空、疏松病害等，根據(jù)病害區(qū)域，按梅花樁的方式布置鉆孔，間距為1 m，見圖3。

圖2 裂縫類病害注漿孔布置

圖3 范圍類病害注漿孔布置

2.4 鉆孔

根據(jù)標記的注漿孔位置進行鉆孔，鉆孔直徑為2 cm，鉆孔深度需要達到路面結構以下5 cm。鉆孔后的清孔工作非常重要，如果清孔不徹底，鉆孔后孔內的粉塵會堵塞裂縫，影響漿液的流動能力。根據(jù)相關工程經(jīng)驗，采用吸塵設備，接細管插入鉆孔內吸取粉塵，清孔效果較好。

2.5 安裝注漿管和注漿帽

注漿管采用PVC 管，PVC 管具有柔韌性好和利于切割的優(yōu)點。注漿管直徑為2 cm，與鉆孔直徑大小相同，長度為20 cm，塞入鉆孔后，要與孔壁緊密貼合，避免漿液從空隙中涌出。然后將注漿帽安裝在注漿管上，用鐵錘敲入，安裝前需將注漿帽內上次注漿殘留的部分清除干凈。

2.6 注漿

注漿槍連接2 條注漿管，分別將A、B 組分材料同時注入注漿帽內，充分混合，混合后的注漿材料經(jīng)注漿管流入病害區(qū)域的裂縫、空隙中，在10～20 s 后，開始發(fā)生固化反應，形成固體。注漿壓力一般為3～7 MPa，要根據(jù)每條高速的具體病害特征和試驗段效果確定合適的注漿壓力。

注漿過程中，注漿壓力的控制十分重要，這是決定注漿是否成功的關鍵因素之一。如果壓力過低，注入的漿液太少，就會對病害區(qū)域填充不完全，影響處治效果；而如果注漿壓力過高，注入的漿液太多，在有限的裂縫、空隙空間內，其固化反應產(chǎn)生的膨脹力就會過大，從而將路面頂起。特別是對于層間黏結不好的路面，漿液在高壓下極易進入層間，更容易將路面頂起，對于具有這類特征的路面，在注漿壓力的控制方面就需要更加謹慎。

2.7 注漿后注漿效果檢測

注漿完成后，將露出路面的注漿管切掉，養(yǎng)身15～20 min 后即可進行注漿效果檢測。一共有3 種方法來檢測注漿效果，分別為雷達復檢、彎沉復檢、取芯抽檢，一般按照以下的原則進行檢測。對注漿位置進行雷達檢測，將檢測結果與注漿之前的雷達檢測結果進行對比，如果注漿后雷達圖譜上病害位置的異常已經(jīng)明顯減弱，則表明漿液填充完滿。對注漿位置進行彎沉檢測，并與注漿前的完成進行對比，注漿后彎沉值應有明顯的減小，一般以減少超過30%或小于原設計彎沉為準。對注漿位置的取芯抽檢是判斷注漿效果最直觀的檢測方式，但由于取芯會對路面造成一定的破壞，因此檢測頻率不宜過高，一般為病害數(shù)量的5%。注漿后，通過這3 種檢測方法相結合的方式，綜合判定是否達到要求，對于達不到要求的，需要及時進行補注。

2.8 封孔

注漿完畢后，為了避免雨水進入，并保持路面的形象，需要采用灌縫膠對注漿孔進行封閉。

3 工程實例

以某高速公路路面養(yǎng)護工程為依托，對高聚物注漿的效果進行研究。該高速公路長約53 km，雙向4車道，設計速度100 km/h，為山嶺重丘區(qū)高速公路，2003 年建成通車，采用（4+6+8）cm 瀝青混凝土面層、（17+17）cm 水泥穩(wěn)定碎石基層+18 cm 石灰穩(wěn)定土底基層，原設計彎沉值為26。該高速公路由于路面破損比較嚴重，于2020 年進行路面修復養(yǎng)護工程，采用對縱、橫向裂縫等基層、底基層病害進行高聚物注漿后，整體銑刨重鋪上、中面層的方案。

3.1 病害特征

該高速公路病害主要分為兩大類，第一類是龜裂、塊裂、車轍等淺層病害，第二類為橫向裂縫、縱向裂縫、基層層間脫空、疏松等深層病害。其中龜裂、塊裂由上而下，病害位于上面層和中面層，車轍主要為上、中面層的擠密型車轍；橫向裂縫主要為基層溫縮開裂導致的基層反射裂縫，縱向裂縫主要是因路堤承載不均勻和路基不均勻沉降導致的基層開裂，并反射至面層。而橫向裂縫、縱向裂縫上窄下寬，基層位置裂縫寬度可達1～3 cm，且裂縫兩側存在基層層間的脫落、疏松現(xiàn)象。

3.2 路面結構強度

用落錘式彎沉儀進行檢測，每隔50 m 測點，全線平均彎沉值為9.83（單位為0.01 mm），平均代表彎沉值為15.8。整體路面結構強度較好，但在縱向和橫向裂縫位置，彎沉值較大，可達30～50，表明病害位置的基層的損壞、層間脫空、疏松，已經(jīng)影響到該位置的路面結構強度。

3.3 注漿方案

對每條縱向和橫向裂縫進行手推雷達檢測，沿垂直裂縫方向每隔50 cm 布置1 條測線，每個車道共布置7 條測線。對雷達檢測顯示路面深部有明顯異常的，說明該裂縫為基層、底基層反射裂縫且病害比較嚴重，判定為需要注漿，同時標記每個注漿孔的位置。注漿前對該裂縫處進行彎沉檢測，每條裂縫測3 點取平均值作為該條裂縫注漿前彎沉。注漿后同樣進行雷達和彎沉檢測，以便進行對比，同時進行取芯抽檢，加以驗證。

3.4 注漿效果分析

3.4.1 雷達檢測 對比注漿前后的雷達檢測圖譜，可以看出注漿前雷達圖譜上顯示的異常的位置，注漿后異常已經(jīng)明顯減輕。說明異常位置對應的裂縫、脫空、疏松區(qū)域被高聚物注漿材料填充，但由于高聚物材料與路面結構材料的密度不一樣，因此雷達圖譜異常只是減弱，并不會完全消失。

3.4.2 彎沉檢測 選取其中某1 km 的注漿前、后彎沉數(shù)據(jù)，共計24 條橫向裂縫、3 條縱向裂縫注漿。根據(jù)檢測結果發(fā)現(xiàn)，注漿前彎沉值較大的，注漿后彎沉值減小幅度較大；注漿前彎沉較小的，注漿后彎沉值減小有限。注漿前平均彎沉為35.1，注漿后平均彎沉為23.2，注漿后彎沉值平均減小31.4%，路面結構強度明顯改善；但對比其他未損壞位置的彎沉（15 左右），說明高聚物注漿對路面結構強度具有明顯改善作用，但并不能使其恢復到損壞發(fā)生前的程度，見圖4。

圖4 注漿前后彎沉值分析

3.4.3 取芯抽檢 對高聚物注漿進行騎縫抽檢，從取出的芯樣可以看出，注漿材料完全充滿裂縫和層間脫空區(qū)域，并將損壞的路面結構黏結在一起，提升路面結構的整體性。

3.5 整體工程效果

對深層病害注漿后，再對面層進行整體銑刨重鋪，采用這種表面層功能性恢復+深層病害局部處治的方式，路面技術狀況得到了極大的提升，且維持時間較長，至今為止尚未有病害反射的跡象，具有較好的處治效果和經(jīng)濟效益。

4 結論

高聚物注漿技術對路面結構深層的裂縫、脫空、疏松病害具有較好的填充和封水作用，并起到一定的加固作用，能有效延緩病害向上反射的速度，適用于對高速公路深層局部病害的處治。結合表面層的功能性恢復措施，如銑刨重鋪、薄層罩面、加鋪罩面和熱再生等措施，能較好地恢復路面技術狀況，延長道路使用壽命，具有較好的實用效果和經(jīng)濟效益。但對于路面結構整體強度較差、“先天不足”的道路，目前尚無太多的工程實例表明高聚物注漿具有較好的作用，需慎用。同時高聚物注漿施工具有隱蔽性，需加強施工管理和注漿效果檢測，才能達到預期的目的。