市政道路地下病害非開挖修復(fù)技術(shù)應(yīng)用研究

王 剛

中譽(yù)設(shè)計(jì)有限公司 廣東 清遠(yuǎn) 511500

1 研究背景及意義

隨著城市化進(jìn)程的加速和城市交通的快速發(fā)展，市政道路地下病害問題日益凸顯。地下病害的存在不僅對道路使用安全帶來威脅，還會(huì)對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，如引發(fā)管道爆裂、地基沉降、建筑物結(jié)構(gòu)受損等問題。傳統(tǒng)的開挖修復(fù)方法不僅會(huì)帶來交通擁堵、環(huán)境污染等問題，而且也難以滿足城市快速發(fā)展的需要。因此，非開挖修復(fù)技術(shù)成為當(dāng)前市政道路地下病害治理的熱點(diǎn)之一。

高分子聚合物注漿是一種比較新型的非開挖修復(fù)技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于無需開挖地面，能夠在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)地下病害，并且具有耐水、抗壓、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)異的性能。因此，本文將圍繞高分子聚合物注漿技術(shù)的應(yīng)用展開研究，旨在探索市政道路地下病害非開挖修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用研究，為類似工程檢測、設(shè)計(jì)、施工提供參考依據(jù)[1]。

2 項(xiàng)目概況

由于近年來廣州市乃至全國發(fā)生多次市政道路坍塌事故，給市民出行帶來傷害，造成大量的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，引起了媒體和社會(huì)的廣泛關(guān)注。鑒于此，為進(jìn)一步促進(jìn)市政道路安全保障工作，盡量避免與防范市政道路坍塌事故的發(fā)生，廣州市交通運(yùn)輸主管部門要求對廣州市七條主要干道進(jìn)行全面、細(xì)致地檢測地下病害情況，對可能存在的危險(xiǎn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，采取合理措施予以排除，其中東風(fēng)西路—黃埔大道（至科韻路）路段就在此列。

東風(fēng)西路—黃埔大道（至科韻路）跨越廣州市越秀區(qū)、天河區(qū)，呈東西走向，東接黃埔大道中，西接增槎路，全長約14.86km，為雙向八至十四車道，交通流量較大，屬廣州市重要的市政道路。

3 現(xiàn)狀檢測

3.1 檢測方式

結(jié)合本項(xiàng)目路線較長、交通流量較大、地下管線復(fù)雜的特點(diǎn)，本次檢測采用三維地質(zhì)雷達(dá)、二維地質(zhì)雷達(dá)和鉆孔取芯相結(jié)合的檢測方式。

3.2 檢測程序

首先，采用三維地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行大范圍、快速檢測，三維雷達(dá)檢測采取車載式，行進(jìn)速度可達(dá)80km/h，城市道路交通情況復(fù)雜，時(shí)速一般控制在20km/h～50km/h。行進(jìn)過程后方配備專用閃光燈車，以提示后方車輛，保證作業(yè)安全和交通車輛行駛安全。本次檢測主要是確定測線上病害發(fā)育情況如空洞、脫空、疏松等的發(fā)育范圍，探測深度：三維雷達(dá)檢測深度3-5m（潮濕環(huán)境3m，干燥環(huán)境5m）。檢測過程首先以保證安全為第一要?jiǎng)?wù)，在盡量不違反交通規(guī)則和不干擾正常交通運(yùn)行的前提下，地下病害體探測規(guī)劃路線盡量能夠整條一次性完成，鑒于市政道路路口繁多，車道變化頻繁，車流量極大，檢測時(shí)按照直線檢測為基準(zhǔn)，先將能夠一次性直線完成的車道一次性完成，再將車道變化較大的行車道分段進(jìn)行探測，現(xiàn)場根據(jù)路段具體情況靈活進(jìn)行分段檢測。

其次，根據(jù)三維地質(zhì)雷達(dá)檢測的初步成果，對異常區(qū)域采用二維地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行加密復(fù)測，以確定地下病害體準(zhǔn)確位置，并在路面設(shè)置標(biāo)記。

最后，根據(jù)二維地質(zhì)雷達(dá)確定的地下病害體位置，采用鉆孔取芯方式進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證點(diǎn)布設(shè)在地下病害體物探異常最強(qiáng)部位或者中心區(qū)域，主要針對全覆蓋探測、地鐵施工路段、管線隱患路段、道路重大結(jié)構(gòu)性缺陷地段探測出的異常點(diǎn)開展取芯驗(yàn)證。依據(jù)《城市地下病害體綜合探測與風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 437-2018）相關(guān)要求，對于空洞、脫空、嚴(yán)重疏松體全部進(jìn)行驗(yàn)證；對于其他地下病害體的驗(yàn)證數(shù)量不宜少于總數(shù)的20%，且不宜少于3處。

3.3 檢測結(jié)論

根據(jù)探測資料解釋結(jié)果和驗(yàn)證結(jié)果，采用單個(gè)地下病害體為評價(jià)對象，在地下病害體綜合探測的基礎(chǔ)上，結(jié)合周邊環(huán)境信息，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)影響因素調(diào)查、風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性評價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)后果評價(jià)，確定風(fēng)險(xiǎn)等級，提出風(fēng)險(xiǎn)控制對策建議[2]。

圖2 空洞病害檢測報(bào)告

結(jié)合三維地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)及二維地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)和取芯驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行綜合分析，東風(fēng)西路—黃埔大道（至科韻路）共探測29處地下病害體，其中2處空洞，19處脫空。（1）對于空洞病害體，風(fēng)險(xiǎn)等級為III，初步判斷為水流沖蝕造成水土流失所致；建議開挖處置，處理前定期巡視和探測（探測頻率不低于1次/月），鑒于病害體附近存在不同類型的管線，建議在開挖處置時(shí)，聯(lián)系相關(guān)管線單位到現(xiàn)場確認(rèn)管線具體位置，以防止破壞管線。（2）對于脫空病害體，可能為基層與底基層間粘結(jié)性較差，在長期路面車輛荷載作用下所致或地下水流沖蝕所致。其中部分病害體風(fēng)險(xiǎn)等級為III，建議開挖處置或注漿處置；部分病害體風(fēng)險(xiǎn)等級為II，建議加強(qiáng)巡視，定期探測（探測頻率不低于1次/3月），鑒于以上病害體附近存在給水或排水管道，建議組織給水或排水公司對所屬管道進(jìn)行定期排查，以防管道滲漏加速病害體發(fā)展。（3）對于疏松病害體，初步判斷為道路建設(shè)時(shí)基層和底基層壓實(shí)程度較差所致。建議加 強(qiáng)巡視，定期探測（探測頻率不低于 1 次/3 月），以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害變化并根據(jù)變化情況采取相應(yīng)的治理措施。

4 設(shè)計(jì)方案

4.1 設(shè)計(jì)原則

（1）總體原則：因地制宜、確保安全、方便施工、節(jié)省造價(jià)；（2）不影響交通原則：鑒于本項(xiàng)目路段交通量較大，開挖修復(fù)對交通影響較大，受到限制；（3）確保管線正常使用原則：病害體附近存在不同類型的管線，應(yīng)提前與相關(guān)管線單位溝通，并確認(rèn)管線具體位置，修復(fù)過程中保證管線正常使用；（4）快速施工原則：由于部分病害體安全隱患較大，應(yīng)快速進(jìn)行修復(fù)，及時(shí)消除安全隱患。

4.2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則，經(jīng)綜合比較開挖回填、水泥漿注漿修復(fù)和高分子聚合物注漿三種設(shè)計(jì)方案，本項(xiàng)目最終確定采用高分子聚合物注漿方案。其中，對于脫空病害體，采用高分子聚合物注漿；對于空洞病害體，采用高分子聚合物+級配碎石充填注漿。

（1）脫空病害體注漿設(shè)計(jì)

脫空病害體采用高分子聚合物—雙組份聚氨酯材料進(jìn)行注漿處治。具體要求如下：

①實(shí)施前應(yīng)對脫空病害逐處進(jìn)行無損檢測復(fù)核，確定每處脫空病害的位置、范圍、深度、脫空體積等。②布孔—根據(jù)缺陷形狀，采用三角形布孔，孔的個(gè)數(shù)每處不能小于2個(gè)，一個(gè)作為注射孔，另一個(gè)作為排氣孔，微孔直徑16mm。每孔注漿量可按以下公式計(jì)算：Q總=病害總體積/雙組份聚氨酯膨脹比；Q單孔=Q總/微孔數(shù)量。③孔深—根據(jù)探測結(jié)果的缺陷深度，微孔最下部應(yīng)達(dá)到脫空病害底部。④采用的雙組份聚氨酯材料，設(shè)計(jì)膨脹比為1：8。⑤壓力—根據(jù)現(xiàn)場情況動(dòng)態(tài)控制，注漿時(shí)壓力不得大于7MPa。

（2）空洞病害體充填注漿設(shè)計(jì)

空洞病害體采用級配碎石充填（空隙率20%）+雙組份聚氨酯進(jìn)行處治。具體要求如下：

①實(shí)施前應(yīng)對空洞病害逐處進(jìn)行無損檢測復(fù)核，確定每處脫空病害的位置、范圍、深度、脫空體積等，并聯(lián)系管線單位確認(rèn)管線類型及位置。②布孔—根據(jù)缺陷形狀，處治孔應(yīng)分別設(shè)計(jì)大孔（石料輸送孔）和微孔，大孔直徑為80mm，微孔直徑為16mm。當(dāng)空洞腔體的形狀相對規(guī)則，級配碎石易于流動(dòng)時(shí)，設(shè)置一個(gè)大孔；當(dāng)空洞腔體不規(guī)則，級配碎石不易流動(dòng)時(shí)，應(yīng)增加大孔的數(shù)量。注漿量可按以下公式計(jì)算：Q總=病害總體積*級配碎石空隙率/雙組份聚氨酯膨脹比；Q單孔=Q總/微孔數(shù)量。③孔深—根據(jù)檢測報(bào)告的病害體深度，大孔及微孔最下部應(yīng)達(dá)到空洞病害體底部。④微孔采用的雙組份聚氨酯材料，設(shè)計(jì)膨脹比為1：2。⑤壓力—根據(jù)現(xiàn)場情況動(dòng)態(tài)控制，壓漿時(shí)壓力不得大于7MPa。

圖3 脫空病害注漿設(shè)計(jì)圖

圖4 空洞病害充填注漿設(shè)計(jì)圖

（3）材料要求 ①雙組份聚氨酯材料的A、B組分以及合成后形成的聚合物技術(shù)要求應(yīng)滿足《道路深層病害非開挖處治技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 260-2016）表3.2.2的相關(guān)要求。②級配碎石材料由粗集料和細(xì)集料組成。其中粗集料應(yīng)選用碎石，并應(yīng)表面清潔、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)、富有棱角、質(zhì)地堅(jiān)硬、顆粒成立方體而少針片形，宜使用反擊式石料破碎機(jī)械加工，粗集料技術(shù)要求和粒徑規(guī)格應(yīng)滿足《道路深層病害非開挖處治技術(shù)規(guī)程》表3.6.2相關(guān)要求；細(xì)集料應(yīng)清潔、干燥、無風(fēng)化、無雜質(zhì)、應(yīng)有適當(dāng)?shù)念w粒級配，細(xì)集料技術(shù)要求和粒徑規(guī)格應(yīng)滿足《道路深層病害非開挖處治技術(shù)規(guī)程》表3.6.3相關(guān)要求[3]。

5 施工方案

本項(xiàng)目高分子聚合物注漿施工方案如下：

（1）鉆孔。在標(biāo)注的注漿孔位置鉆孔至設(shè)計(jì)深度。要求鉆孔垂直，孔位誤差不大于5mm，鉆孔深度不能小于設(shè)計(jì)深度。（2）下注漿管。使用切割工具按相應(yīng)的長度截取PVC注漿管，把注漿管下入到注漿孔中至設(shè)計(jì)深度。基底注漿，注漿管需下到基層中間；深部注漿，需要將注漿管下到病害體底部位置。（3）安裝注射帽。把注射帽凹型邊緣使用專用工具清理干凈，以便于與注射槍更好的結(jié)合，使用鐵錘把已清理注射帽敲入PVC注漿管內(nèi)。要求注漿帽與注漿管緊密結(jié)合，不能松動(dòng)，否則更換注漿管。（4）注射聚合物材料。按照設(shè)計(jì)或現(xiàn)場確定的注漿量進(jìn)行注漿。使用夾具把注射槍與注射帽夾牢，配比儀按照配比通過輸料管道分別把兩類聚合物預(yù)聚體材料輸送到注射槍口，兩種預(yù)聚體材料在注射槍口處混合，通過注漿管輸送到病害體處。兩種材料迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，體積膨脹固化，達(dá)到填充脫空、排除積水，加固松散區(qū)或軟弱區(qū)，抬升沉陷路面，快速處治路面病害的作用。注漿壓力根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制，一般控制在7MPa。注漿到設(shè)計(jì)注漿量后，要求立即關(guān)閉注射槍保險(xiǎn)，等待15秒鐘以后才能分離注射搶和注射帽。（5）檢測注漿效果。注漿后使用專用工具把注漿帽去除，切除露出路面的注漿管，待15～20分鐘后，利用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行注漿后檢測，分析注漿維修效果，如滿足要求，則完成注漿；如不滿足要求，則需進(jìn)行補(bǔ)注，直到達(dá)到要求為止。（6）封孔。為防止雨水侵蝕，破壞路面，并保持路面的整體形象，使用道路密封膠把注漿孔封住。使用密封膠時(shí)需對其加熱，并且溫度控制在 210℃以下。灌注密封膠時(shí)要使密封膠略底于路面，如果高出路面，使用工具將其整平。（7）開放交通。施工完成后應(yīng)盡快清理路面污染物，達(dá)到要求后，及時(shí)開放交通。

6 實(shí)施效果

本項(xiàng)目實(shí)施完成后，采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行檢測評價(jià)，檢測結(jié)論為：工程處置效果良好，雷達(dá)圖像中未見明顯脫空、空洞等異常信號。

7 結(jié)語

本文根據(jù)已完工實(shí)際工程案例，系統(tǒng)介紹了市政道路在養(yǎng)護(hù)過程中，如何檢測、分析并采用非開挖修復(fù)技術(shù)對地下病害進(jìn)行合理處治，最終實(shí)施效果良好。希望通過本文的探索研究，能為今后的市政道路地下病害非開挖修復(fù)技術(shù)應(yīng)用提供參考。