張 迅， 劉至飛， 劉 旭， 陳宇亮， 賀陶安

(1. 湖南省交通科學(xué)研究院有限公司， 湖南 長沙 410015；2.湖南省醴潭高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 株洲 412000)

0 引言

截至2020年底，我國高速公路總里程超15萬km，無論是修建速度還是通車?yán)锍叹邮澜缡孜弧ｋS著路網(wǎng)逐漸完善，新建速度勢必放緩。但在如此大的里程基數(shù)下，養(yǎng)護(hù)和維修工作量逐年增長。我國高速公路的發(fā)展主要集中在近二十年，而高速公路瀝青路面的設(shè)計年限通常為15 a，因此近年來瀝青路面的養(yǎng)護(hù)與維修越來越受到重視。

瀝青路面的破壞主要可分為環(huán)境因素和人為因素，其中環(huán)境因素與地理位置緊密相關(guān)。我國南方地區(qū)天氣潮濕炎熱、降水量大、雨季時間長，因此水損害是南方地區(qū)瀝青路面破壞的主要原因之一。而唧漿病害則是一種典型的瀝青路面水損害破壞形式，主要是由于滲水在行車載荷的作用下對基層或路基不斷沖刷造成的翻漿現(xiàn)象，是一種表現(xiàn)在面層、破壞在深層的病害[1]。因此，其處治方式有“治標(biāo)”的面層處治和“治本”的深層處治。面層處治包括補(bǔ)縫、填縫等[2]，深層處治包括開挖式和非開挖式兩種，其中非開挖式主要為注漿。根據(jù)注漿材料的不同，又可分為水泥壓漿、高聚物注漿等。

高聚物注漿技術(shù)發(fā)展于上世紀(jì)70年代，國外最早用其作為一種工程維修技術(shù)來加固地基或修復(fù)地板，到現(xiàn)在已經(jīng)成為國際上道路非開挖維修技術(shù)領(lǐng)域的研究重點。目前國內(nèi)高聚物注漿處治唧漿病害的應(yīng)用仍較少，但已經(jīng)逐漸開始受到重視。黃傳武等[3]發(fā)現(xiàn)高聚物注漿在舊路處治中能夠有效處治底板脫空，應(yīng)用效果較好；趙子璞[4]驗證了高聚物注漿技術(shù)修補(bǔ)瀝青路面裂縫的可行性；李聰鑫[5]通過漳州廈蓉高速的具體實施，驗證了高聚物注漿的處治效果。本文提供了一種結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)無損檢測的高聚物注漿深層處治瀝青路面唧漿病害技術(shù)，并在醴潭高速公路中進(jìn)行了成功應(yīng)用。

1 唧漿病害常規(guī)處治方式

1.1 面層處治

面層處治的核心思路是封水。通過對面層病害處理，防止水繼續(xù)滲入造成破壞。一般適用于瀝青路面裂縫處翻白漿，按普通裂縫修補(bǔ)方法處理。常見的方法有灌縫、貼縫等。面層處治主要是起到一個延緩破壞的抑制作用。面層處治快速簡單，適合緊急或臨時處治，能夠略微延遲大修時間點。

1.2 深層處治

深層處治，即從根源上進(jìn)行處治，對基層或路基進(jìn)行修補(bǔ)，可分為開挖式和非開挖式兩種。其中開挖式為開挖至受到破壞的基層或路基進(jìn)行處治，相當(dāng)于要重新鋪設(shè)整個路面結(jié)構(gòu)。該方法能夠從根源上解決病害問題，極大延長了路面的使用壽命，適合路面破壞非常嚴(yán)重的路段。非開挖式目前主要是注漿處治，即通過鉆孔至一定深度后注入固結(jié)材料，填補(bǔ)深層脫空及裂縫、固結(jié)松散結(jié)構(gòu)。目前唧漿處治最常見的措施是采用摻早強(qiáng)劑和膨脹劑的水泥漿注漿，并根據(jù)病害表現(xiàn)情況鉆孔。唧白漿考慮為基層破壞，鉆孔至路基頂面；唧黃泥考慮為路基破壞，壓漿孔布置通常以唧泥點位中心、四周250 cm為間距布孔，鉆孔深度3 m[6]。

常規(guī)處治方式面臨如下問題： ①面層處治“治標(biāo)不治本”，通常只能略微延遲大修時間。因為沒有解決根本問題，維修頻率較高，經(jīng)常面臨一月一次，甚至兩次、三次的情況，嚴(yán)重影響高速公路運(yùn)營，養(yǎng)護(hù)成本也較高；②采用開挖式處治，對路面破壞大、施工時間長，嚴(yán)重影響交通，且成本極高，還會產(chǎn)生大量道路垃圾，對于破壞并非十分嚴(yán)重的路段來說，性價比極低；③注漿技術(shù)處治病害對路面破壞較小，能夠從根源上進(jìn)行處治。但是目前注漿采用的材料多為摻有早強(qiáng)劑和膨脹劑的水泥漿，材料用量較大，成本較高。該方法主要利用水泥漿的固結(jié)效果，有養(yǎng)生要求，依舊可能受到水的二次損害，耐水性較差，且目前注漿施工工藝依賴于工程經(jīng)驗，與雷達(dá)檢測等無損檢測技術(shù)結(jié)合較差。

2 高聚物注漿原理與優(yōu)勢

高聚物注漿材料通常由兩種材料組成，混合后能夠快速發(fā)生反應(yīng)，形成具有一定強(qiáng)度的發(fā)泡體。發(fā)泡體具有較高的膨脹比，能夠給周圍的松散結(jié)構(gòu)施加較大壓力，抬升沉陷區(qū)域。其疏水特性可形成層間防水層，阻止路面水下滲破壞基層及路基。

高聚物注漿用于唧漿病害處治有著其獨特的優(yōu)越性：①高聚物注漿材料具有高膨脹性，自由膨脹可達(dá)20倍；②高聚物注漿材料具有防水性，發(fā)泡后可有效防止水分滲入，防止水的二次損害；③注漿成型快，無需養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度可在15 min內(nèi)達(dá)到要求；④微損修復(fù)，注漿孔徑小，對路面破壞很??；⑤經(jīng)濟(jì)效益顯著，可延緩大修時間，節(jié)約大量后期養(yǎng)護(hù)維修成本[7]。

3 高聚物注漿技術(shù)在醴潭高速唧漿處治中的應(yīng)用

湖南省醴陵至湘潭高速公路是國家規(guī)劃的“五縱七橫”十二條國道主干線的上瑞國道主干線湘境中的一段，于2007年10月開通運(yùn)行，至今已通車13 a，部分路段出現(xiàn)了較為嚴(yán)重唧漿病害。

醴潭高速公路主線路面結(jié)構(gòu)為：4 cm(改性瀝青AK-13A上面層)+6 cm(改性AC-20I中面層)+7 cm(AC-25I下面層)+下封層1 cm(乳化瀝青稀漿)+38 cm(水泥穩(wěn)定碎石基層)+18 cm(水泥穩(wěn)定砂礫底基層)。

針對醴潭高速公路唧漿病害，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)無損檢測技術(shù)，采用高聚物注漿方式進(jìn)行處治，具體流程如圖1所示。

圖1 高聚物注漿技術(shù)處治流程

3.1 處治方案設(shè)計

3.1.1路況調(diào)查

對醴潭高速公路下行K997、上行K1007、上行K1036進(jìn)行唧漿病害調(diào)查。具體情況如表1、圖2所示。

表1 唧漿病害高聚物注漿處治點方向序號樁號路面病害下行第1段K99 7+6101處唧漿點上行第2段K100 7+4261處唧漿點上行第3段K103 6+385～K103 6+4055處唧漿點

圖2 唧漿病害現(xiàn)場照片

3.1.2雷達(dá)檢測

根據(jù)路況調(diào)查情況，對病害路段采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行無損檢測，主要檢測流程如下：

圖3 雷達(dá)檢測流程圖

根據(jù)路況調(diào)查，唧漿點所唧為白漿，考慮為基層的破壞引起。醴潭高速公路面層+基層厚度為74 cm，據(jù)此選用美國勞雷公司SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行檢測。雷達(dá)配置900 MHz雷達(dá)天線，與測距編碼輪配套使用，采集模式為距離觸發(fā)方式(Distance)，有效探測深度1.1 m。雷達(dá)檢測現(xiàn)場及檢測深度剖面見圖4、圖5。

圖4 雷達(dá)現(xiàn)場檢測

圖5 雷達(dá)檢測深度剖面圖(單位： m)

3.1.3處治方案設(shè)計

3.1.3.1 材料選擇

采用的高聚物為聚氨酯材料，分為A、B兩種，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表2～4。

表2 聚氨酯材料A組分技術(shù)要求檢測項目粘度(25 ℃)/ Pa·s比重(25 ℃)/(g·cm-3)-NCO含量/%技術(shù)要求≤0.6001.22～1.2530.2～32.0檢測結(jié)果0.3071.2331.5

表3 聚氨酯材料B組分技術(shù)要求檢測項目粘度(25 ℃)/Pa·s 比重(25 ℃)/(g·cm-3) 技術(shù)要求≤1.0001.12檢測結(jié)果0.4061.0～1.2

表4 聚氨酯材料聚合物技術(shù)要求檢測項目反應(yīng)開始時間(25 ℃)/s反應(yīng)結(jié)束時間(25 ℃)/s自由泡密度/(kg·m-3)技術(shù)要求10±550±2050±5檢測結(jié)果66252尺寸穩(wěn)定性(-30 ℃)/%尺寸穩(wěn)定性(80 ℃)/%抗拉強(qiáng)度?(25 ℃)/MPa抗壓強(qiáng)度?/MPa≤0.5≤1.5≥0.40≥0.600.20.60.540.85注: 帶?為密度100 kg/m3時的指標(biāo)。

3.1.3.2 布孔設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場雷達(dá)檢測病害情況，以唧漿點為中心呈梅花形布置，縱橫向距離唧漿點0.3 m，鉆孔貫穿路面結(jié)構(gòu)，鉆孔深度至底基層以下5 cm(醴潭高速公路總鉆孔深度為79 cm)，將注漿材料漿液注滿唧漿部位。注漿布孔方式見圖6、圖7。

圖6 注漿孔布置示意圖

圖7 局部位置唧漿病害布孔方式示意圖

3.2 注漿處治

高聚物注漿施工步驟與工藝：

1) 交通控制：注漿前務(wù)必做好交通管制工作，保證安全有序進(jìn)行施工。盡量避開車流量較大時間段，防止造成堵車。

2) 注漿定位：根據(jù)處治方案中設(shè)計好的布孔方式對擬注漿處進(jìn)行定位。

3) 標(biāo)記注漿位置：對定位好的注漿孔位置進(jìn)行標(biāo)記。

4) 鉆孔、下注漿管、安裝注漿頭：鉆孔時注意保持路面清潔，并且及時排渣清渣。根據(jù)注漿方案，采用φ16 mm注漿孔，鉆至所需深度后，切割約22 cm PVC管，將其通過注漿孔下入至基層中間附近。采用專用工具清理注射帽凹型邊緣，并將已清理注射帽敲入PVC注漿管內(nèi)。

5) 注漿：注漿前，需采用夾具將注射槍及注射帽固定牢靠。注漿壓力控制在7 MPa左右，注漿時間一般不小于8 s，如漿液從其他孔洞、路面路基破損處冒出或路面輕微拱起則停止注漿，對路面路基破損處冒出漿液的孔洞應(yīng)待漿液固化后重新鉆孔并補(bǔ)注，直至路面輕微拱起為止。

6) 封孔：注漿完畢后需及時封閉注漿孔，防止雨水等通過注漿孔侵入路面結(jié)構(gòu)，影響注漿效果。封孔時注意保證良好的路面形貌，使用特種水泥基材料(早強(qiáng)、微膨脹、高流動性)封孔。

7) 清掃環(huán)境：封孔后及時對孔周邊的殘渣殘液進(jìn)行清理，并確保整個路面清潔。

8) 開放交通：清掃環(huán)境后，有序地快速撤離施工作業(yè)區(qū)內(nèi)車輛[8]。

3.3 效果評估

1)外觀評判: 在施工過程中，主要通過觀察法對注漿施工效果進(jìn)行檢驗。注漿期間發(fā)現(xiàn)相鄰孔有大量泥水漿材料,說明周圍區(qū)域下含水豐富，一方面證明了高聚物注漿材料具有很好的流動性，另一方面證明了高聚物注漿材料對唧漿病害處治具有較好的效果。

2)雷達(dá)檢測:根據(jù)注漿前對唧漿位置進(jìn)行的雷達(dá)檢測可以推測病害處0.15～0.8 m深度范圍有不密實或空隙部，0.8～1.1 m深度范圍有空洞，含水較豐富。注漿后，0.15～1.1 m深度范圍不密實及空洞部有明顯改善(如圖8所示)。

圖8 注漿前后雷達(dá)檢測結(jié)果對比(單位： m)

3)鉆芯效果: 注漿后一段時間鉆取唧漿點芯樣觀察注漿效果，所抽取芯樣高聚物對裂縫填充飽滿，瀝青面層和基層之間的脫空層、上基層和下基層之間的脫空層被高聚物填充滿，如圖9所示。

圖9 注漿后唧漿點芯樣

4 結(jié)語

通過對唧漿點注漿前后進(jìn)行雷達(dá)檢測、注漿過程觀測和注漿后鉆芯檢測，結(jié)果表明高聚物可排除深層積水、密實深層裂縫，高聚物注漿材料對唧漿病害處治具有較好的效果。高聚物注漿技術(shù)相比常規(guī)處治技術(shù)，效果好、成本低、處治快、交通影響小，具有良好的應(yīng)用前景。