■劉庭峰

（福建發(fā)展高速公路股份有限公司泉廈分公司，廈門　361021）

高聚物注漿技術(shù)在泉廈高速公路拼接裂縫中的應(yīng)用

■劉庭峰

（福建發(fā)展高速公路股份有限公司泉廈分公司，廈門361021）

文章介紹了泉廈高速公路拓寬工程拼接處縱向裂縫的成因及危害，并對高聚物注漿技術(shù)在拼接處縱向裂縫中的應(yīng)用進(jìn)行了簡要的闡述，結(jié)果表明，該技術(shù)的應(yīng)用具有一定的優(yōu)勢，特別是非破壞施工及短時(shí)間開放交通的特性使得在大流量運(yùn)營期高速公路上具有良好的應(yīng)用價(jià)值和社會效益。

泉廈高速公路高聚物注漿拼接裂縫處治

1　泉廈高速拓寬工程概況及拼接設(shè)計(jì)方案

1.1泉廈高速拓寬工程概況

泉廈高速公路是國家高速公路沿海主干道沈（陽）海（口）線福建段的重要組成部分，是交通部規(guī)劃的12條國道主干線系統(tǒng)的一部分，被交通部列為"八五"期間第一批公路建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目，同時(shí)也是福建省的第一條高速公路。泉廈高速公路起于泉州市西福，止于廈門市官林頭，總長81.9公里。于1994年9月動(dòng)工，1997年12月15日正式通車。泉廈高速開通后加速了沿線經(jīng)濟(jì)帶的崛起，但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，泉廈高速原有雙向四車道已不能滿足該區(qū)域的發(fā)展要求。為改善該路段交通量迅速增長、趨于飽和的狀況，2007年12月泉廈高速公路開工擴(kuò)建，以雙側(cè)拼寬為主，局部路段采用其他加寬方式，將全線擴(kuò)建為8車道高速公路，于2010年9月全線竣工通車。擴(kuò)建通車后，泉廈高速公路日最高通行能力將由5萬輛提升至10萬輛，為福建經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步騰飛創(chuàng)造良好的條件。

1.2拼寬處施工設(shè)計(jì)方案

1.2.1路基拼寬設(shè)計(jì)（圖1）

（1）整體式路基寬度為42m，是在原有整體式路基寬度26m的基礎(chǔ)上左右各拼寬8m。路基斷面設(shè)計(jì)為：2×（0.75m土路肩+4×3.75m行車道+3.0m硬路肩+0.75m路緣帶）+3.0m中央分隔帶，適用于正常兩側(cè)拼寬路段。

（2）分離式路基2×4車道斷面為單幅寬度20.75m，路基斷面設(shè)計(jì)為：0.75m土路肩+1.25m左硬路肩+4×3.75m行車道+3.0m右硬路肩+0.75m土路肩。

1.2.2路面拼寬設(shè)計(jì)（圖2）

（1）整體式路面寬度為42m，是在原有整體式路面寬度26m的基礎(chǔ)上左右各拼寬8m。路基斷面設(shè)計(jì)為：2×（0.75m土路肩+4×3.75m行車道+3.0m硬路肩+0.75m路緣帶）+3.0m中央分隔帶，適用于正常兩側(cè)拼寬路段。

（2）分離式路面2×4車道斷面為單幅寬度20.75m，路面斷面設(shè)計(jì)為：0.75m土路肩+1.25m左硬路肩+4×3.75m行車道+3.0m右硬路肩+0.75m土路肩。

2　泉廈高速拼寬處縱向裂縫現(xiàn)狀及特點(diǎn)

2.1泉廈高速拼寬處縱向裂縫現(xiàn)狀（表1）

隨著運(yùn)營通車年限的增長，在自然不均勻沉降以及車輛荷載等作用下，泉廈高速的拼寬縱向裂縫在數(shù)量、寬度、長度也明顯增加。為防止瀝青路面拼寬縱向裂縫的發(fā)展和破損面積的繼續(xù)擴(kuò)大，需要對路面裂縫進(jìn)行詳細(xì)科學(xué)的觀測、調(diào)查、分類、對比，并根據(jù)路面的結(jié)構(gòu)類型、氣溫、使用年限、交通量等情況，采取相應(yīng)的處治措施。

表1　　裂縫屬性分類調(diào)查表（典型部分）

2.2泉廈高速拼寬處縱向裂縫的特點(diǎn)

從泉廈高速拼寬處縱向裂縫現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，縱縫的位置一般在路基加寬部位或靠近中央位置，縱縫縫寬一般在5～25mm，常以單條裂縫形式出現(xiàn)（見圖3）。它不同于由路面材料干縮或溫縮引起的瀝青面層橫向間隔性和分散裂縫。

3　泉廈高速縱向裂縫主要成因分析及不利影響

3.1泉廈高速縱向裂縫主要成因

3.1.1路基沉降和施工質(zhì)量方面原因

（1）新路基或土基的施工時(shí)間較短，造成固結(jié)下沉無法及時(shí)到位，因此施工完成后會出現(xiàn)沉降差大的問題；當(dāng)新路基與老路基之間的沉降差過大時(shí)，路基的穩(wěn)定性就會變差，造成路堤土體側(cè)移或下沉，從而拉裂路面。

（2）老路基與新路基之間的結(jié)合強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，或由于路基邊緣受水侵蝕產(chǎn)生不均勻沉陷也是引起縱向開裂的重要原因。

（3）拓寬施工時(shí)的搭接處碾壓不到位造成壓實(shí)度不夠或使用的材料達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如路基施工中壓實(shí)度不均勻，特別是老路基結(jié)合處壓實(shí)機(jī)械難以作業(yè)，壓實(shí)質(zhì)量不滿足要求，路基基底處理不好，造成路基、路面不均勻沉降，并引起路面開裂。

3.1.2基層施工質(zhì)量方面原因

基層施工時(shí)，縱向接縫處混合料離析、養(yǎng)生不到位、碾壓不規(guī)范，或兩層基層施工時(shí)，縱向未按規(guī)定進(jìn)行搭接錯(cuò)位處理等原因等造成接茬部位松散、強(qiáng)度不足，而產(chǎn)生裂縫并反射至瀝青面層。

3.1.3瀝青面層施工質(zhì)量方面原因

面層攤鋪施工時(shí)，兩幅接茬處未處理好，或多層瀝青面層結(jié)構(gòu)，上下層縱向施工縫未按要求錯(cuò)縫施工，造成接茬部位薄弱，在行車荷載及環(huán)境因素作用下逐漸開裂，形成縱縫。

3.2泉廈高速縱向裂縫的不利影響和危害

（1）降低路面防水性能。出現(xiàn)裂縫后，路面積水易滲入到路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，甚至進(jìn)入到對濕度敏感的基層中；

（2）增加路面應(yīng)力和變形。由于裂縫的存在，在荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大的應(yīng)力和變形，縮短結(jié)構(gòu)層的壽命；

（3）加大路基壓力。因裂縫的存在，使路面不連續(xù)，在車載作用下，增大路面邊緣的變形，使路基頂面承受過大壓力；

（4）加速磨耗層破壞。在車輛、水分、霜凍等因素的綜合作用下，裂縫周圍的骨料或小塊瀝青的粘結(jié)力降低，更易剝落，使磨耗層沿裂縫迅速破壞。

（5）縱向裂縫的危害?？v向裂縫的主要危害在于大量路面排水不斷地從縱向裂縫處進(jìn)入路面及路基結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使路面基層甚至路基軟化，從而導(dǎo)致路面掏空、強(qiáng)度降低和承載力下降，加速路面破壞，其危害性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于路面橫向裂縫。

路面縱向裂縫是路面技術(shù)狀況惡化的前兆，對路面強(qiáng)度、耐久性等產(chǎn)生非常不利的影響，嚴(yán)重地危害路面性能，大大地影響了行車安全，增加了安全事故的隱患，而在日常養(yǎng)護(hù)過程中使用密封膠、壓縫帶、抗裂貼等材料進(jìn)行貼縫、壓縫、填縫等常規(guī)工藝難以對拼寬縱向裂縫處治到位。因此對大流量、車速快的泉廈高速公路縱向裂縫進(jìn)行科學(xué)有效的處治是提高泉廈高速公路路面使用壽命、減少交通事故，是非常重要的也是非常必要的。

4　高聚物注漿技術(shù)在拼接裂縫中的應(yīng)用

4.1高聚物注漿材料的主要性能特點(diǎn)

高聚物注漿材料使用的是非水反應(yīng)類不敏感型自膨脹閉孔高分子聚合物，原材料為兩種預(yù)聚體液體，即A、B（專用樹脂和硬化劑）雙組份高聚物材料。當(dāng)兩種材料混合后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，體積迅速膨脹并形成泡沫狀固體，從而達(dá)到填充脫空和加固基層的目的。

4.1.1輕質(zhì)性

高聚物材料非常輕，其密度不到水泥漿或?yàn)r青材料的10%。對拼寬縱縫所處的本已軟弱的基層或底基層，材料所施加的荷載非常小。

4.1.2膨脹性

高聚物材料的自由膨脹比可達(dá)20：1，在注射壓力作用下高聚物材料易于流向裂縫中最軟弱、阻力最小的地方，經(jīng)過之處可以填充脫空層和裂縫，同時(shí)高聚物材料膨脹后可以進(jìn)一步壓密和強(qiáng)化周圍的材料，對拼寬裂縫所處的搭接處碾壓不到位造成壓實(shí)度不夠的情況能夠起到擠壓提高密實(shí)度的效果。

4.1.3早強(qiáng)性

高聚物材料能夠迅速完成膨脹和固化，并且在15min內(nèi)達(dá)到其最終強(qiáng)度的90%，且具有良好的彈性和強(qiáng)度，加上穩(wěn)定性強(qiáng)，耐久性好，特別是具有良好的抗拉強(qiáng)度，能夠短時(shí)間開放交通，減少養(yǎng)護(hù)施工對運(yùn)營交通的影響，在泉廈高速這種大流量運(yùn)營期高速公路上具有良好的應(yīng)用價(jià)值和社會效益。

4.1.4防水性

高聚物材料本身非水反應(yīng)膨脹類的特性可以排除下層積水，并且在注漿時(shí)和注漿后都不受潮濕條件的影響。固化之后材料可以阻止水的進(jìn)一步滲透，對路面裂縫和接縫都有良好的密封作用。

4.2高聚物注漿技術(shù)工藝

高聚物注漿技術(shù)工藝流程如圖4：

4.2.1裂縫調(diào)查

裂縫處治之前，必須先進(jìn)行裂縫調(diào)查，裂縫調(diào)查是編制、制定高聚物注漿工藝處治裂縫方案和計(jì)劃的依據(jù)。通過仔細(xì)調(diào)查瀝青路面裂縫的狀況，根據(jù)裂縫類型及嚴(yán)重程度和交通流量、氣候環(huán)境等因素正確區(qū)分裂縫類型和嚴(yán)重情況。為確保數(shù)據(jù)的正確性和編制處置方案的科學(xué)性，還應(yīng)對裂縫調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行抽查校核，偏差在10%以內(nèi)為合格。

4.2.2裂縫檢測

根據(jù)裂縫調(diào)查數(shù)據(jù)，需應(yīng)用無損檢測對路面縱向裂縫進(jìn)行科學(xué)檢查，為注漿施工路段提供相關(guān)數(shù)據(jù)。目前常使用的無損檢測為落錘式彎沉儀（FWD）無損檢測、探地雷達(dá)（GPR）無損檢測兩種（見圖5）。

4.2.2.1落錘式彎沉儀（FWD）無損檢測

通過計(jì)算機(jī)控制下的液壓系統(tǒng)提升并下落一重錘，對路面施加脈沖荷載。載荷的大小通過改變錘重和提升高度可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)調(diào)整，并通過剛性圓盤作用到路面上。路面的變形由若干個(gè)傳感器測定。

由于FWD測速快，精度高，并較好地模擬了行車荷載的動(dòng)力作用，目前被認(rèn)為是一種較為理想的路面無損檢測設(shè)備。特別是FWD能夠準(zhǔn)確測定多點(diǎn)彎沉，從而為路面結(jié)構(gòu)反分析提供了基礎(chǔ)。

4.2.2.2探地雷達(dá)（GPR）無損檢測

探地雷達(dá)的工作原理是用無載波高速脈沖作為探測地下目標(biāo)的信號源，其脈沖參數(shù)可因目標(biāo)探測要求而選定。用寬帶天線將高速脈沖換成脈沖電磁波進(jìn)行輻射，一部分經(jīng)發(fā)射天線直接到達(dá)接收天線形成直達(dá)波，一部分進(jìn)入地下傳播。由于電磁波在不同電性、不同形態(tài)的介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、強(qiáng)度、波形均隨之變化，因而可根據(jù)測得的波的傳播時(shí)間、幅度和波形來判斷介質(zhì)的不同結(jié)構(gòu)特性與深度。

應(yīng)用FWD、GPR無損檢測技術(shù)對路面進(jìn)行快速檢測，全面分析拼寬縱向裂縫狀況，科學(xué)診斷病害成因，在此基礎(chǔ)上采用高聚物注漿技術(shù)進(jìn)行針對性維修，達(dá)到靶向明確，處治準(zhǔn)確的目的。

4.2.3放樣鉆孔

根據(jù)無損檢測判斷，對需要處理路段進(jìn)行放樣，標(biāo)記注漿孔位置，進(jìn)行注漿鉆孔。為保持路面清潔，需先后采用50cm、80cm鉆頭通過已處理鐵盆對注漿位置進(jìn)行鉆孔，防止灰塵擴(kuò)散，并及時(shí)對鉆孔位置進(jìn)行清理。注漿孔直徑約1.6cm，鉆至路基頂面，約70～75cm。注漿孔距離裂縫25cm，沿著縫間距100cm，交叉布置。如圖6所示。

4.2.4安裝注漿管

根據(jù)高聚物注漿技術(shù)要求，使用切割工具把PVC管截取約20cm左右，通過注漿孔把PVC注漿管置于面層之下，長度約20cm。

4.2.5安裝注射帽

把注射帽凹型邊緣使用專用工具清理干凈，以便于注射槍更好的結(jié)合，防止在注漿過程中出現(xiàn)注射帽脫落情況。注射帽安裝好后需要插入PVC注漿管內(nèi)。

4.2.6加壓注漿

根據(jù)施工技術(shù)要求，為防止施工過程中發(fā)生脫帽等情況造成路面污染，需要把特制的鐵盆通過注射帽放置于注漿處，使注漿頭露出盆地，使用夾具把注射槍與注射帽夾牢。高聚物注漿技術(shù)的注漿壓力一般為7MPa，其壓力源于高度機(jī)械自動(dòng)化泵壓系統(tǒng)，能夠保持注漿槍口處的壓力維持在7MPa左右。高聚物材料與傳統(tǒng)的水泥注漿材料性能表現(xiàn)不同，高聚物材料在注入到路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部后，通過自身膨脹向四周擴(kuò)散，所以路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的高聚物注漿壓力為：PG=P+ΔP，式中，PG為高聚物注漿實(shí)際壓力；P為注漿槍口壓力，一般在7MPa左右；ΔP為高聚物材料膨脹提供的膨脹壓力。因此，高聚物注漿不同于傳統(tǒng)的水泥注漿技術(shù)需要提供保壓，而是通過自身膨脹提供持續(xù)的壓力，達(dá)到最終處置的目的。

4.2.7注漿后檢測、封孔

注漿后需要對路面再次進(jìn)行無損檢測，以判斷評價(jià)注漿效果。按照要求在進(jìn)行高聚物注漿后20min左右即可對注漿路段進(jìn)行無損彎沉檢測。檢測合格后需對注漿孔采用密封膠進(jìn)行封閉，防止雨水從注漿孔處侵蝕破壞路面，并能保持注漿處路面的美觀性。

5　結(jié)語

通過高聚物注漿技術(shù)治理高速公路縱向裂縫的后期結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，采用高聚物技術(shù)能夠快速、有效地封堵裂縫，并能夠達(dá)到充填和壓實(shí)裂縫處空隙的特性，在治理路面拼寬裂縫方面具有良好的適用性，能夠改善路面使用性能和路容路貌，延長路面使用壽命，延緩路面中大修時(shí)間，可以節(jié)約大量后期養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)費(fèi)；施工時(shí)間短，減少正常通車運(yùn)營干擾，產(chǎn)生良好的社會效益；能夠科學(xué)有效、經(jīng)濟(jì)安全地達(dá)到治理高速公路拼寬裂縫的效果。

［1］JTGF40-2015，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范.北京：人民交通出版社.

［2］JTJ 034-2000，路面基層施工技術(shù)規(guī)范.北京：人民交通出版社.

［3］福建省高速公路有限責(zé)任公司.福建省高速公路瀝青路面裂縫處治指南.2005.

［4］黃國華，呂貴賓．高速公路拼接加寬路基損壞及處治技術(shù)研究［J］．公路工程，2012，37（4）：231—234．

［5］潘艷輝.高聚物注漿材料的膨脹力試驗(yàn)研究［D］.鄭州大學(xué)，2008：20-25．

［6］冉龍強(qiáng).高聚物注漿補(bǔ)強(qiáng)在高速公路路面維修過程中的應(yīng)用.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2007（8）：152-154.

［7］張君靜，肖昭升.高聚物注漿技術(shù)處治高速公路病害的經(jīng)濟(jì)效益分析.公路工程，2013，38（2）：12-15.