薛丹璇,郝東旭,張興宇
(中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 天津市 300074)
公路建成后在運(yùn)營期間,受行車荷載、施工質(zhì)量、環(huán)境條件等多種因素的影響,半剛性基層瀝青路面較易發(fā)生路面裂縫、車轍、局部網(wǎng)裂沉陷和松散凹槽等典型病害。目前傳統(tǒng)的維修技術(shù)以直接加鋪、開挖換填等技術(shù)為主,耗時(shí)長且花費(fèi)高,已不能滿足日益繁重的公路養(yǎng)護(hù)維修的需求。針對公路快速修復(fù)的實(shí)際需要,采用高聚物快速注漿修復(fù)技術(shù)可快速、無損修復(fù)路面,而注漿材料和注漿工藝是控制修復(fù)效果的關(guān)鍵因素。因此,有必要根據(jù)公路路基路面的特點(diǎn),從注漿材料、注漿工藝、注漿技術(shù)方案等方面,對高等級公路高聚物注漿快速修復(fù)技術(shù)開展進(jìn)一步研究。
高聚物注漿技術(shù)是20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來的一種工程維修技術(shù),在國外主要用于工業(yè)與民用建筑物的地基加固和地板抬升,近年來引入道路工程,用于公路的典型病害修復(fù)。高聚物注漿材料主要有以下幾個(gè)特點(diǎn):
(1)難溶性,高聚物材料除汽油等油類,一般不溶于其他溶劑。
(2)高膨脹性,高聚物材料在芳香族氧化物溶劑里,發(fā)生反應(yīng)后會迅速膨脹,膨脹比高達(dá)20∶1,干燥后即恢復(fù)材料本來的性能。
(3)穩(wěn)定性高,耐久性好。高聚物材料的化學(xué)性質(zhì)為中性,一般不易發(fā)霉,也不易招致昆蟲等生物。同時(shí),該類材料不易與一般酸堿鹽溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng),穩(wěn)定耐久。
(4)不宜長期放置在陽光下,易發(fā)生變黃、變脆現(xiàn)象,但材料一般是注入地下使用,影響很小。
高聚物注漿技術(shù)的注漿機(jī)理,主要是通過向地基內(nèi)注入多組份高聚物材料,利用材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后的高膨脹性,填充脫空和裂縫等位置,實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)路面內(nèi)部病害,從而增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,提升地基承載力。其原理如圖1所示。
具體來講,利用樹脂材料能夠制作低密度、熱固性的聚合物材料,其具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性,優(yōu)良的防水性能,且難以降解。當(dāng)兩類液態(tài)樹脂接觸產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)時(shí),能夠釋放500kPa(50t/m2)到10,000kPa(1000t/m2)的膨脹力,用于抬升路面或深層注漿。
采用高聚物注漿技術(shù)進(jìn)行路面修補(bǔ)時(shí),應(yīng)根據(jù)病害的特征,利用特定設(shè)備將高聚物材料注入指定的一個(gè)或幾個(gè)不同的深度,使材料在反應(yīng)之前流向路面脫空、裂縫等病害處。材料具有良好的彈性和抗拉強(qiáng)度,固化后不會對路面產(chǎn)生額外的作用力,只來源于路面自身荷載。
通常高聚物材料的膨脹速度極快,不易在路面下發(fā)生分散現(xiàn)象。一般情況下,材料的膨脹位置會集中于受阻力較小的方向,也就是土基中最軟弱的地方。材料膨脹后可進(jìn)一步壓密土基,其中上方阻力最小,隨著體積的增大即可抬升路面面板。
高聚物注漿技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)輕質(zhì):高聚物的材料密度較低,約150~800kg/m3,低于水泥漿或?yàn)r青材料的十分之一。針對存在軟弱病害的路面結(jié)構(gòu),維修后產(chǎn)生的附加應(yīng)力小。
(2)膨脹:高聚物材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后體積快速增大,可填充任意脫空、松散位置。
(3)早強(qiáng):高聚物材料可迅速固化,在15min內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)其最大強(qiáng)度的90%。同時(shí)具備優(yōu)良的彈性和抗拉強(qiáng)度,足以達(dá)到實(shí)際工程應(yīng)用的目標(biāo)。
(4)耐久:高聚物材料耐久穩(wěn)定,能夠保證在長達(dá)十年時(shí)間內(nèi)不產(chǎn)生收縮和變質(zhì)現(xiàn)象。
(5)防水:注漿的高聚物材料防水性能良好,即使在潮濕情況下,材料在注漿前后均不受影響。固化后還可防止水的滲透,對路面裂縫、接縫等具有良好的密封作用。
(6)安全:高聚物材料的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,在國外經(jīng)過大量的試驗(yàn)驗(yàn)證,符合美國環(huán)保署的標(biāo)準(zhǔn),對環(huán)境無污染,不易發(fā)霉。
(7)快速:該注漿技術(shù)相比傳統(tǒng)的維修技術(shù)便捷、簡單,無需養(yǎng)生,可有效提升施工效率。同時(shí)注漿后能夠迅速放車通行,對交通影響較小,對于交通量較大的公路更具優(yōu)勢。
(8)微創(chuàng):注漿孔直徑約16mm,可最大降低對路面結(jié)構(gòu)的損傷。
(9)可控:整個(gè)注漿流程可利用激光水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測,能將抬升精度把控至小于2.5mm,從而有效保障路面修補(bǔ)的質(zhì)量。
(10)用途廣:高聚物注漿技術(shù)不僅能應(yīng)用到公路、隧道、機(jī)場路面典型病害處治等,還可以用于工業(yè)與民用建筑的地基加固。
高聚物注漿技術(shù)在路面工程中,常用于治理裂縫、脫空、修補(bǔ)塊、唧漿等典型病害,對于不同的病害現(xiàn)場注漿技術(shù)方案不同。這里針對一般的半剛性基層的脫空、唧泥等病害,提出了半剛性基層高聚物注漿快速修復(fù)技術(shù),主要施工工藝流程如圖2所示。
采用落錘式彎沉儀(FWD)測量準(zhǔn)備注漿路段的彎沉值:
(1)荷載設(shè)置:50kN;
(3)測點(diǎn)間距:測點(diǎn)距裂縫約25cm。
(1)連續(xù)維修路段,注漿孔按縱向間距1.5m、橫向間距1.25m均勻布置(如圖3)。
(2)處理裂縫時(shí),注漿孔沿裂縫兩邊交叉布置,注漿孔距離裂縫0.25m,沿縫間距1m(如圖4)。
注漿孔直徑約1.6cm,需鉆至路基頂面。注漿管置于基層中間。具體深度根據(jù)結(jié)構(gòu)層情況確定(如圖5)。鉆孔要求采取必要措施,盡量將廢料收集并清除。
注漿壓力約7MPa,將高聚物材料壓到注漿位置。
用注射槍將雙組分高聚物通過注射管注入相應(yīng)加固維修位置。注漿量根據(jù)彎沉檢測結(jié)果確定。
利用落錘式彎沉儀(FWD)對注漿路段進(jìn)行彎沉檢測,分析評價(jià)注漿效果。對注漿不足點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)注。
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注漿完成后,注漿孔用道路密封膠填充,以防止路面進(jìn)水。
(1)注漿后需填充脫空,不抬升路面;
(2)注漿前應(yīng)對所有裂縫進(jìn)行彎沉檢測,測點(diǎn)距裂縫約25cm;
(3)注漿前彎沉值大于300μm的點(diǎn),注漿后應(yīng)進(jìn)行復(fù)測,以評價(jià)高聚物注漿效果;
(4)注漿前后彎沉值應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)如表1所示:
表1 注漿前后彎沉值標(biāo)準(zhǔn)
(5)若注漿完成后,測量彎沉值不符合表1標(biāo)準(zhǔn),則必須進(jìn)行補(bǔ)注,直到達(dá)標(biāo)。
上述施工方案能夠快速處治下列病害:基層脫空(及積水)、底基層脫空(及唧泥)、路基不密實(shí)、封堵裂縫(自下而上)。
對于一般的半剛性基層的脫空、唧泥等病害,如果半剛性基層結(jié)構(gòu)完好,采用上述施工技術(shù)可以很好地進(jìn)行修復(fù),然而也會出現(xiàn)面層或基層松散的半剛性基層路面或者柔性基層(如碎石基層)路面。針對這種情況,假設(shè)其基層無法構(gòu)成一個(gè)完整的有機(jī)結(jié)合整體,若直接利用上述施工工藝,則會出現(xiàn)高聚物材料膨脹后將路面頂起的現(xiàn)象。因此,提出一種加載式高聚物注漿技術(shù),避免這種情況的發(fā)生。
加載式高聚物注漿技術(shù)是建立在常規(guī)高聚物注漿施工的基礎(chǔ)之上,在道路表面設(shè)置附加的荷載,來避免高聚物注漿時(shí)出現(xiàn)路面頂起的現(xiàn)象。圖6是加載式高聚物注漿施工示意圖。
高等級公路高聚物注漿快速修復(fù)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于快速修復(fù)公路的典型病害,不同路面施工工藝不同,針對一般的半剛性基層的脫空、唧泥等病害,提出了半剛性基層高聚物注漿快速修復(fù)技術(shù)的主要施工工藝流程,嚴(yán)格按照施工工藝可保證注漿效果良好。針對出現(xiàn)面層或基層松散的半剛性基層路面或者柔性基層(如碎石基層)路面,其基層無法構(gòu)成一個(gè)完整的有機(jī)結(jié)合整體,提出一種加載式高聚物注漿技術(shù),避免出現(xiàn)高聚物材料膨脹后將路面頂起的問題。