鄧攀唐豹鄧金鵬
(1、廣東清連公路發(fā)展有限公司,廣東 清遠(yuǎn)511518 2、深圳高速公路股份有限公司,廣東 深圳518000)
道路在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中,車輛荷載以及環(huán)境等因素影響,水泥板塊會(huì)出現(xiàn)早期病害,導(dǎo)致路面病害加速發(fā)展。從水泥砼路面病害調(diào)查及分析來(lái)判斷,層間脫空或粘結(jié)力不足是路面早期損壞的主要原因。傳統(tǒng)的開(kāi)挖修復(fù)方式雖然處治徹底,但是工程量大、維修費(fèi)用高、修復(fù)時(shí)間長(zhǎng),開(kāi)挖廢棄物難以處置;也有采取面層、基層就地再生的方式直接加鋪路面結(jié)構(gòu)層,但病害處治不徹底,容易再次產(chǎn)生病害,使用壽命短。因此,快速、高效、環(huán)保的養(yǎng)護(hù)方法成為將近年來(lái)路面養(yǎng)護(hù)的一個(gè)重要研究方向。非開(kāi)挖式地聚合物注漿加固技術(shù)是一種比較有效的病害處治手段,加固后的道路結(jié)構(gòu)層脫空消除、層間粘結(jié)緊密,結(jié)構(gòu)中的微細(xì)裂隙得到了填充,道路結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均質(zhì)化,承載力得到了明顯提升,道路使用壽命得到了延長(zhǎng)。本文依托于清連高速2020年路面加鋪專項(xiàng)處治工程注漿加固項(xiàng)目,由西安長(zhǎng)大公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)有限公司施工,進(jìn)而深入研究相關(guān)技術(shù)。
隨著科技的發(fā)展,新材料不斷被研發(fā)出和應(yīng)用在工程各領(lǐng)域,因材料的不同目前道路結(jié)構(gòu)層病害注漿處治主要發(fā)展為四大類:水泥基注漿、高聚物注漿、地聚合物注漿、瀝青注漿。由于高聚物注漿原材料生產(chǎn)過(guò)程不環(huán)保、強(qiáng)度較低,長(zhǎng)期會(huì)產(chǎn)生蠕變、老化、耐久性差,瀝青注漿原材料價(jià)格較高,注漿工藝復(fù)雜,對(duì)注漿設(shè)備要求較高,注漿過(guò)程容易破乳堵管,因此這兩種注漿在工程中應(yīng)用較少。水泥基注漿其注漿強(qiáng)度高,抗?jié)B性好、原料易得、成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣,但其也有一定的缺點(diǎn),易沉降析水、干縮性大、凝固前易被水稀釋沖刷,粒徑較大,不易進(jìn)入微小裂隙,凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)需要養(yǎng)護(hù),水泥能源消耗大,環(huán)境污染大。地聚合物注漿強(qiáng)度高、防水抗?jié)B、無(wú)干縮,原料廉價(jià)易得、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、工藝簡(jiǎn)單。下面將從注漿工藝和注漿效果方面對(duì)水泥基注漿和地聚合物注漿進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
從成孔孔徑角度來(lái)看:水泥漿注漿相較聚合物注漿鉆孔成孔徑較大對(duì)舊水泥板整體結(jié)構(gòu)性有在一定的損傷,而地聚物注漿成孔較小,對(duì)水泥板造成的影響較小。從注漿流量和壓力控制角度來(lái)看,水泥漿注漿流量大小需要人為操控,存在瞬時(shí)壓力滿足控制要求的假像,需要現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)監(jiān)督,可通過(guò)控制注漿壓力進(jìn)行施工管理。從注漿量與溢漿角度來(lái)看,地聚物比水泥漿的單孔注漿量高,且地聚物成孔孔徑比水泥漿成孔孔徑小,有效注漿量更高。另外地聚物溢漿比例70.5 %,是水泥漿注漿溢漿比例10%的7倍。(表1)
表1 不同注漿工藝指標(biāo)對(duì)比
水泥漿注漿是目前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的注漿材料,其材料常見(jiàn)、施工工藝簡(jiǎn)單、單價(jià)較低,但初凝時(shí)間長(zhǎng),在低等級(jí)道路上較為適用,但無(wú)法滿足高速公路邊施工邊通車的快速通車要求。另外,地聚物注漿處理老路脫空病害過(guò)程中溢漿比例較高,證明材料具有良好的流動(dòng)性,能夠充分填充脫空的空隙。
地聚合物注漿材料是由鋼渣、礦渣、粉煤灰、偏高嶺土及外加劑等按一定比例混合而成的膠凝材料。該材料具有:(1)良好的滲透和流動(dòng)性:可將地聚合物注漿材料填充、滲透和擠密進(jìn)入微細(xì)空隙中,從而提高路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。(2)較強(qiáng)的抗水沖刷性能:地聚合物注漿材料在孔隙內(nèi)反應(yīng)后整體結(jié)構(gòu)緊致密實(shí),整體性較好,無(wú)收縮,抗水沖刷能力明顯增強(qiáng)。其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。
表2 地聚合物混合料主要技術(shù)指標(biāo)
注漿前,通過(guò)路面調(diào)查與檢測(cè),判定道路病害區(qū)域、病害類型、病害深度等,為注漿處治提供一定的理論依據(jù),同時(shí)制定合理經(jīng)濟(jì)的注漿方案,提前明確施工過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)。
2.2.1 施工工藝流程
具體工藝流程包括:布孔→鉆孔→埋注漿頭→制漿、注漿→封孔→清理→開(kāi)放交通→彎沉檢測(cè)→不合格點(diǎn)補(bǔ)注→交工驗(yàn)收。
2.2.2 布孔方式
水泥混凝土路面橫向裂縫處布孔方式為“之”字或梅花形,縱向裂縫主要為“之”字形沿裂縫兩側(cè)布設(shè)注漿孔;網(wǎng)裂、沉陷區(qū)域?yàn)槊坊ㄐ尾伎祝豢撞夹问饺鐖D所1示。
圖1 水泥砼板塊孔布方式
2.2.3 注漿深度
根據(jù)道路結(jié)構(gòu)層厚度與病害位置確定合理的注漿深度,非開(kāi)挖式地聚合物注漿加固技術(shù)具有一次注漿多層加固的注漿效果,因此,只需確定某處病害達(dá)到的最深層位。
2.2.4 注漿停止的判定標(biāo)準(zhǔn)
注漿過(guò)程何時(shí)停止,采用注漿壓力、注漿量、路面標(biāo)高三指標(biāo)進(jìn)行控制。注漿過(guò)程中,壓力逐漸上升,流量逐漸減少,當(dāng)壓力達(dá)到注漿終壓時(shí)(1.5 Mpa),可結(jié)束該孔注漿。應(yīng)注意在注漿初始,有瞬間壓力較大的假象,需低擋抬起注漿泵離合器多試幾次;注漿量控制指注漿壓力未能達(dá)到設(shè)計(jì)終壓,注漿量已達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量,亦可結(jié)束該孔注漿。注漿時(shí)若同板塊有其它注漿孔竄孔冒漿,應(yīng)停止,移至未竄漿注漿孔;路面標(biāo)高控制指注漿過(guò)程中路面不產(chǎn)生抬升。水泥路面在注漿過(guò)程中,可依據(jù)路側(cè)土路肩與板間的縫是否開(kāi)裂或板縫間細(xì)砂是否活動(dòng)等現(xiàn)象,來(lái)判斷水泥路面是否抬升;注漿過(guò)程中如果注漿壓力及注漿量均未達(dá)到設(shè)計(jì)要求,但注漿孔附近出現(xiàn)明顯異常,應(yīng)立即停注。經(jīng)檢測(cè)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,應(yīng)調(diào)整設(shè)計(jì)注漿量,并及時(shí)補(bǔ)漿。
清連高速是許廣高速公路的重要組成部分,起于粵湘交界處的鳳頭嶺,止于清遠(yuǎn)市郊區(qū)的逕口,途經(jīng)清遠(yuǎn)市清新區(qū)、陽(yáng)山縣、連南瑤族自治縣、連州市,全長(zhǎng)216公里,設(shè)計(jì)雙向四車道,時(shí)速80~100公里。清連高速于2011年1月25日全線貫通。其主要損壞原因是板底脫空致使路面局部破損,主要存在橫向裂縫、縱向裂縫、錯(cuò)臺(tái)、下沉等病害形式。隨著近年該地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,車流量增大,近期雖經(jīng)過(guò)多次換板維修,但路面依舊沒(méi)有得到改善。本次使用地聚合物注漿技術(shù)對(duì)水泥砼板塊面層與路面基層之間脫空位置進(jìn)行注漿加固處治,通過(guò)注漿前后彎沉值、脫空率,對(duì)非開(kāi)挖式地聚合物注漿處治路面脫空效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
本項(xiàng)目采用落錘式彎沉儀(FWD)對(duì)水泥砼板塊右側(cè)板角進(jìn)行檢測(cè),荷載值為50kN,每板2點(diǎn),從而判斷板底脫空情況,對(duì)脫空位置進(jìn)行非開(kāi)挖式地聚合物注漿處治,再采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式對(duì)處治位置進(jìn)行彎沉復(fù)檢以評(píng)定注漿效果。從圖2可以看出,注漿前,南行段落前半段注漿前脫空位置多數(shù)彎沉值在150(0.001 mm)附近,南行段落后半段彎沉值波動(dòng)起伏較大,彎沉值相對(duì)較低,脫空位置彎沉平均值為133(0.001 mm),發(fā)生脫空位置的彎沉值最低為35(0.001 mm),最高242(0.001 mm);注漿后,彎沉值總體較低,范圍為10~80(0.001 mm),彎沉平均值為41(0.001 mm),最高為80(0.001 mm),單點(diǎn)彎沉值注漿后下降率最高達(dá)80%,注漿效果顯著,注漿后彎沉值離散性較小,分布區(qū)域較為集中,路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均勻性較好。
圖2 清連高速注漿前后南行路段注漿前彎沉數(shù)據(jù)
利用截距法對(duì)同一測(cè)點(diǎn)施加3級(jí)荷載進(jìn)行測(cè)試,通過(guò)FWD測(cè)試出不同荷載等級(jí)的彎沉值,按照線性回歸統(tǒng)計(jì)方法,當(dāng)測(cè)點(diǎn)的線性回歸截距值大于50μm時(shí)判定為脫空。注漿前檢測(cè)出路面不同路段脫空率如圖3所示,注漿前南行道路前半段脫空率較大,這與圖2中相應(yīng)段落彎沉值情況呈一致趨勢(shì),各段落脫空比例范圍為0.5 %~17%,路面整體脫空率為8.5 %;注漿后采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式截距法復(fù)測(cè)脫空率,結(jié)果均為0,說(shuō)明注漿處治后路面板底脫空徹底消除,路面結(jié)構(gòu)得到了有效的填充和加固補(bǔ)強(qiáng)。
圖3 清連高速注漿前截距法測(cè)得不同路段脫空率
本文對(duì)比了地聚合物注漿與水泥基注漿工藝參數(shù)、過(guò)程控制、處治效果等,客觀評(píng)價(jià)了非開(kāi)挖式地聚合物注漿技術(shù)的優(yōu)勢(shì),總結(jié)了地聚合物注漿材料的特點(diǎn)和注漿工藝的施工要點(diǎn)。通過(guò)注漿前后的路面彎沉和路面脫空率檢測(cè),評(píng)價(jià)了地聚合物處治路面脫空效果,發(fā)現(xiàn)地聚合物注漿處治水泥路面脫空類病害后,路面結(jié)構(gòu)層脫空完全消除,道路彎沉值減小,且分布范圍縮小,道路結(jié)構(gòu)承載力得到提高,是一種快速、高效、環(huán)保的路面病害處治手段。