微創(chuàng)強(qiáng)基修復(fù)技術(shù)注漿加固工藝在公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用

周 平,葉文亞

（1.寧海縣公路與運(yùn)輸管理中心,浙江 寧波 315600; 2.寧波工程學(xué)院,浙江 寧波 315211）

0 引言

在寧波地區(qū)公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)大中修項(xiàng)目中，常規(guī)是采用加鋪和翻挖瀝青路面結(jié)構(gòu)方式來修復(fù)路面。近幾年，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量逐年在增加，對養(yǎng)護(hù)大中修項(xiàng)目的要求越來越高，不僅要求低碳環(huán)保，而且對修復(fù)的質(zhì)量要求越來越高，在施工期間交通維護(hù)方面壓力越來越大，迫切需要找到一種非開挖方式、全天候施工、低碳環(huán)保、快捷的修復(fù)、快速開放交通的新工藝和新技術(shù)。微創(chuàng)強(qiáng)基修復(fù)技術(shù)注漿加固工藝是一種非開挖方式注漿加固工藝，對原瀝青路面鉆孔輕微損傷，加強(qiáng)路基或基層承載能力，是解決公路結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的一條積極途徑，也是改變傳統(tǒng)維修方法的一種有效措施。該文對其工藝特點(diǎn)、性能要求等進(jìn)行分析，并結(jié)合城嶺線項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)與研究，取得了很好的綜合效果。

1 工程概況

X414城嶺線K21+430~K27+256段公路為四級公路，時速20 km/h，雙向二車道，行車道寬度為6 m。位于寧波市寧?？h岔路鎮(zhèn)境內(nèi)，系溝通上金、兆岸、白溪等村的主要道路。原路行車道路面結(jié)構(gòu)：K21+430~K23+490段為18 cm 厚水泥穩(wěn)定砂礫基層+下封層+3 cmAC-13I細(xì)粒式瀝青混凝土面層+黏層+4 cmAC-13C 細(xì)粒式瀝青混凝土面層；K23+490~K27+256 段為15 cm 厚水泥穩(wěn)定砂礫基層+下封層+4 cmAC-13C 細(xì)粒式瀝青混凝土面層。路基采用城嶺線路旁的白溪流域的天然砂礫填料進(jìn)行填筑。根據(jù)資料，該段公路始建于1980 年，1996 年改造成瀝青混凝土路面。是2001 年建成的白溪水庫工程唯一進(jìn)場道路，2002 年進(jìn)行了大修處理，K21+430~K23+490 段在2010 年進(jìn)行了中修罩面處理，K23+490~K27+256 段在2012 年進(jìn)行了路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，近幾年岔路鎮(zhèn)大力發(fā)展旅游業(yè)，尤其是上金國際財(cái)神谷的開發(fā)，交通量日益增大，特別是交通工程車輛迅猛增加，造成公路路面病害迅速增多，導(dǎo)致路面發(fā)生大面積的裂縫、網(wǎng)裂、龜裂、沉陷、坑槽等病害。對路面破損情況調(diào)查PCI 值為45[1]，破損情況評價為差[2]，特別需要對路基和基層的強(qiáng)度、質(zhì)量、承載能力要求進(jìn)一步的提高與加強(qiáng)。對路面的病害進(jìn)行徹底的修復(fù)，恢復(fù)路面性能和狀況指標(biāo)的要求。

2023 年X414 城 嶺 線（K21+430~K27+256) 路 面 提升工程是寧?？h公路與運(yùn)輸管理中心2023 年實(shí)施的養(yǎng)護(hù)工程項(xiàng)目，重點(diǎn)開展對公路不同結(jié)構(gòu)層缺損進(jìn)行微創(chuàng)強(qiáng)基修復(fù)技術(shù)注漿加固工藝的試驗(yàn)與研究，目前已完成城 嶺 線K21+600~K21+700 段、K23+100~K23+200 段、K26+200~K26+300 段三個試驗(yàn)段的注漿加固處治，經(jīng)過相應(yīng)的一些試驗(yàn)檢測，得出了試驗(yàn)結(jié)果，后期通過彎沉檢測和外觀進(jìn)行跟蹤觀察。

2 微創(chuàng)強(qiáng)基修復(fù)技術(shù)注漿加固工藝特點(diǎn)

注漿加固工藝是微創(chuàng)強(qiáng)基修復(fù)技術(shù)中的一種工藝，目前在養(yǎng)護(hù)瀝青路面大中修項(xiàng)目中使用，是通過鉆孔，利用注漿設(shè)備分層均勻地將混合料特種漿液注入基層和路基中，以充填、滲透和擠密的方式排出顆粒間裂隙中的多余水分和空氣，并占據(jù)其空間，使孔隙比減小、強(qiáng)度提高。經(jīng)過一段時間后，漿液通過化學(xué)膠結(jié)，離子交換、惰性充填和擠密、壓密作用把原來路基和基層松散的顆?；蛄严赌z結(jié)成一整體，形成一個結(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)到加固路基、充填空洞、預(yù)防病害的目的[3]。注漿加固工藝具有多種技術(shù)特征：

（1）快速養(yǎng)護(hù)。近年來交通流量迅猛增加，許多路段由于交通壓力大，養(yǎng)護(hù)作業(yè)時不允許長時間封閉交通，需要快速養(yǎng)護(hù)作業(yè)。這就要求在結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)和施工工藝方面采用作業(yè)時間較短的技術(shù)，突出一個“快”字。路面結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)傳統(tǒng)的方法是采用半剛性材料，需要較長時間的養(yǎng)護(hù)期；路面裂縫的處治傳統(tǒng)的修補(bǔ)技術(shù)需要開槽、清洗、加熱、灌入等工序，比較耗時耗力。注漿加固工藝無需開挖原路面，能快速地修復(fù)基層和路基，全機(jī)械化施工，施工速度快，縮短了開放交通的時間，大面積施工一套機(jī)械每天能處理600~800 m2。一般養(yǎng)護(hù)2 d 時間開放交通，最快養(yǎng)護(hù)3 h 就能開放交通。

（2）生態(tài)節(jié)能環(huán)保。隨著公路基礎(chǔ)設(shè)施總量的不斷增加，傳統(tǒng)的粗放型公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)已越來越不適應(yīng)交通運(yùn)輸行業(yè)的要求，資源節(jié)約、節(jié)能降耗、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、防止公路污染等綠色低碳的養(yǎng)護(hù)技術(shù)已經(jīng)成為我國公路養(yǎng)護(hù)工程實(shí)施的主流趨勢。注漿加固工藝使用的混合料是地聚合物材料和水在注漿機(jī)常溫拌和成，可以全天候施工，節(jié)能環(huán)保，相比瀝青混合料施工，不僅降低了能源燃料的消耗，同時減少了瀝青煙霧有害氣體的排放。

（3）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)。地聚合物材料的混合料一旦與路基、基層松散的顆粒、淤泥質(zhì)土顆粒等表面的自由水融合后，生成膠凝結(jié)構(gòu)物，由于這種膠體的不可逆性，使顆粒之間形成一種穩(wěn)定的膠體作用，從而達(dá)到穩(wěn)定性能的增強(qiáng)、承載能力的提高，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)得到改善。

3 注漿加固工藝要求與施工工藝

目前注漿加固工藝使用的材料是地聚合物材料，混合料由地聚合物材料和水拌和組成。把混合料漿液注入路基或基層中。

3.1 材料技術(shù)要求

（1）地聚合物材料具有快凝、早強(qiáng)、微膨脹等特性，地聚合物材料主要技術(shù)性能[3]和實(shí)測值見表1。

表1 地聚合物材料主要技術(shù)性能

（2）水：用水采用自來水。

3.2 設(shè)備配置

注漿加固工藝采用全機(jī)械化施工，主要機(jī)械有全自動鉆孔機(jī)和注漿機(jī)。

3.3 施工工藝流程

采用以下流程進(jìn)行實(shí)施：半幅封閉交通→清場、定孔位→固定鉆機(jī)→成孔到設(shè)計(jì)深度→下注漿管并用止?jié){塞封閉孔口→分序進(jìn)行壓力注漿→達(dá)到正常停止注漿條件停止注漿→封閉孔口、清掃→養(yǎng)護(hù)→檢測[3]。

注漿加固工藝主要施工參數(shù)設(shè)置要點(diǎn)[3]：

3.3.1 注漿孔位平面布置

（1）根據(jù)注漿加固工藝的設(shè)計(jì)，確保在此次要求的注漿區(qū)域內(nèi)漿液分布交叉重疊，能使被加固的路段基層和路基在平面及垂直深度范圍內(nèi)連成一個整體。

（2）應(yīng)根據(jù)擬加固路段的損壞情況，道路路基與基層填筑材料情況及注漿材料在相應(yīng)填筑材料中的有效影響半徑等，明確具體注漿孔位平面布置方案。一般情況下注漿孔徑采用Φ50 mm，宜采用矩形或梅花布孔形式。

（3）當(dāng)路面下鋪設(shè)有地下管線時，注漿孔位或注漿深度應(yīng)視管線位置及埋深情況予以避讓，注漿加固不得對原有地下管線造成不利影響。

根據(jù)前期路況調(diào)查及綜合評價和現(xiàn)狀，城嶺線為四級公路，行車道寬度為6 m，注漿加固孔位平面布置具體參數(shù)為孔間距1.5 m，排距1.0 m，距邊0.5 m，孔徑Φ50 mm。

3.3.2 注漿加固的層位和深度

（1）加固層位應(yīng)根據(jù)路面強(qiáng)度評定等級來確定，當(dāng)路面強(qiáng)度評定等級為中及中以上時，宜采用路面基層加固；當(dāng)路面強(qiáng)度評定等級為次及次以下時，宜采用路面基層和路基同時加固。

（2）對于路面基層加固，注漿深度應(yīng)以穿透路面基層，達(dá)到基層地面以下10 cm。

（3）對于路基加固，注漿深度應(yīng)深入路床頂面以下80 cm；對于路基工作區(qū)深度大于80 cm，且下部路基狀況不良時，注漿深度應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。

根據(jù)城嶺線路況調(diào)查，現(xiàn)狀水穩(wěn)無法取出，呈散狀，路基為天然砂礫，孔隙率比較大，質(zhì)量要求和承載能力須進(jìn)一步提高和加強(qiáng)。加固層位為基層和路基，孔深基層為50 cm，路基為120~140 cm。

3.3.3 注漿壓力的控制

注漿壓力是影響注漿效果的決定性因素。當(dāng)壓力過小時，漿液難以到基層、路基中充分?jǐn)U散；當(dāng)壓力過大時，可能破壞原有的結(jié)構(gòu)層，導(dǎo)致路面變形。注漿壓力的控制尤為重要，必須考慮在注漿過程中不能由于壓力控制不當(dāng)造成路面第二次傷害。結(jié)合幾年來的施工經(jīng)驗(yàn)，基層加固注漿壓力控制在0.5~1.0 MPa，注漿最大壓力超過1.0 MPa 時，應(yīng)立即暫停注漿，再次注漿如果仍然超過1.0 MPa，則此次注漿結(jié)束。路基加固注漿壓力控制在1.0~1.5 MPa，注漿最大壓力超過1.5 MPa 時，應(yīng)立即暫停注漿，再次注漿，如果仍然超過1.5 MPa，則此次注漿結(jié)束。

城嶺線路面質(zhì)量相對低，因此在對基層、路基補(bǔ)強(qiáng)加固的過程中，壓力相對也較小，輸送漿液的速度也要放慢，必須確保足量的漿液進(jìn)入基層和路基的空隙，同時保證路面不拱起，所以基層的注漿壓力不大于0.5 MPa，路基的注漿壓力不大于1.0 MPa。

3.3.4 注漿加固材料的配合比及漿液流動度

混合料的配合比應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求，并通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定，也可根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，確定配合比范圍，A組混合料流動度控制16~18 s?；旌狭螦 組配合比：DS地聚合物∶水=1 ∶0.32，B 組配合比：DS 速凝劑∶水=1 ∶0.3。

（1）考慮K21+600~K21+700 段旁有比路高的流水，上金國際財(cái)神谷旅游景點(diǎn)前的要道上，基層采用單液注漿加固工藝，材料為A 組；路基采用雙液注漿加固工藝，材料為A、B 組同時使用。

（2）K23+100~K23+200 和K26+200~K26+300 段基層、路基采用單液注漿加固工藝，材料為A 組。

3.3.5 養(yǎng)護(hù)時間

養(yǎng)護(hù)2 d 開放交通。

3.3.6 特殊情況的處理

（1）當(dāng)注漿壓力超出規(guī)定的壓力上限或設(shè)置注漿壓力上限時，應(yīng)停止注漿；靜置1 min 后注漿壓力下降，應(yīng)繼續(xù)注漿。無異常情況下，單孔注漿時間應(yīng)不小于5 min。

（2）當(dāng)路面抬升量超過3 mm 時，應(yīng)停止注漿。

（3）在規(guī)定壓力下，當(dāng)單孔注漿量達(dá)到臨近注漿孔平均注漿量的3 倍以上時，應(yīng)停止注漿。

（4）當(dāng)相鄰注漿孔發(fā)生串漿時，應(yīng)封堵相鄰注漿孔，封堵后可繼續(xù)注漿；當(dāng)注漿壓力超過規(guī)定上限或設(shè)計(jì)上限時，應(yīng)停止注漿。

（5）當(dāng)釋放孔或路面接縫、裂縫有積水冒出時，應(yīng)繼續(xù)注漿5~15 s 后停止注漿。

4 注漿加固工藝實(shí)施效果

城嶺線K21+430~K27+256 段公路是一條有一定歷史的老路，特別是幾經(jīng)維修養(yǎng)護(hù)，道路的各結(jié)構(gòu)層已十分混雜，在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)往往相隔數(shù)米路基結(jié)構(gòu)就會發(fā)生變化，對施工帶來了相當(dāng)大的難度，但從不同道路補(bǔ)強(qiáng)加固的角度，又無疑為試驗(yàn)提供了各種具有代表性的范例。通過工藝試驗(yàn)與研究表明：

（1）道路注漿加固的鉆孔深度確定與道路基礎(chǔ)缺陷深度有關(guān)，鉆孔時以見濕土、見水或透水孔確定注漿深度是簡捷而行之有效的方法。

（2）注漿量主要是由道路基礎(chǔ)缺陷的程度決定的，因此對道路注漿不宜定量控制，一般情況下以周邊鄰孔冒漿后繼續(xù)注60~90 s 為準(zhǔn)。

（3）事實(shí)上，注漿泵的工作壓力以周邊鄰孔冒漿為注實(shí)依據(jù)的，注漿泵的工作壓力對注漿效果影響不明顯，但當(dāng)工作壓力產(chǎn)生突變（或下降）時應(yīng)當(dāng)引起注意。

注漿加固工藝在城嶺線三個路段的實(shí)施效果從彎沉和雷達(dá)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。

（1）彎沉數(shù)據(jù)對比見表2[1-2]：

表2 注漿加固工藝實(shí)施前后彎沉數(shù)據(jù)對比表

可以看出，采用注漿加固工藝后，路面彎沉大大降低，效果顯著。

（2）探地雷達(dá)無損檢測圖像前后對比。探地雷達(dá)無損檢測技術(shù)引入到注漿加固工藝中，給道路做“B 超”。根據(jù)有效檢測結(jié)果能判斷路面的使用情況，對路面的空隙、脫空及沉降情況進(jìn)行有效的檢測。

為了真實(shí)地了解注漿加固工藝在城嶺線三個路段的實(shí)施效果，對10 個具體位置通過探地雷達(dá)在技術(shù)實(shí)施前后進(jìn)行檢測，根據(jù)圖像來判別技術(shù)實(shí)施的效果。探地雷達(dá)無損檢測情況技術(shù)實(shí)施前的10 處基層均存在結(jié)構(gòu)松散，技術(shù)實(shí)施后有7 處無明顯病害，3 處基層存在結(jié)構(gòu)松散?；鶎拥乃缮F(xiàn)象得到明顯改善。

根據(jù)彎沉和雷達(dá)檢測結(jié)果可以看出，注漿加固工藝對基層和路基補(bǔ)強(qiáng)加固效果是非常明顯的。

5 結(jié)語

注漿加固工藝在城嶺線三個路段上的試點(diǎn)應(yīng)用，通過地聚合物混合料的注入，激活現(xiàn)有基層、路基的礦物活性，提高了穩(wěn)定性，將現(xiàn)有道路的軟弱土基充分利用起來，成為維修加固的主要材料，不僅節(jié)約資源，而且突破了傳統(tǒng)的加鋪、翻挖的維修方法。受氣候影響少，局部封閉后即可施工，基本實(shí)現(xiàn)了道路快速維修無障礙施工的目標(biāo)，這種非開挖性的新施工法具有積極的社會意義。