韋聯(lián)飛

【摘要：】文章針對城市主干道公路病害治理問題，提出采用早強型地聚物注漿加固方法對病害路段進(jìn)行結(jié)構(gòu)補強，并通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場應(yīng)用，確定了地聚物的最佳配合比和最佳注漿工藝參數(shù)。經(jīng)注漿加固補強后，該病害路段的承載力得到明顯提升。

【關(guān)鍵詞：】公路病害治理;早強型地聚物;注漿加固;配合比;工藝參數(shù)

U418.6A240733

0 引言

城市道路交通量大，道路負(fù)荷重，容易造成骨料粘結(jié)力喪失從而導(dǎo)致道路產(chǎn)生脫空、塌陷、裂縫等一系列病害，使承載力大大降低。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加速，很多城市道路均需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和修補，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國的公路養(yǎng)護(hù)里程超過了500萬km，因此，研究公路養(yǎng)護(hù)和病害治理技術(shù)，對于城市建設(shè)和發(fā)展具有重要意義[1-4]。

傳統(tǒng)的銑刨加鋪補強工藝雖然技術(shù)成熟，能夠治理各種公路病害，但是施工周期長、施工成本高，而且施工期間對道路通行影響較大[5]。為此，一些專家學(xué)者提出了采用注漿加固法對病害道路進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和修補。注漿加固作為一種“非開挖”補強技術(shù)，環(huán)境污染小，對路面原有結(jié)構(gòu)的損傷小。然而，常規(guī)注漿材料在路面修補過程中存在早期強度低、收縮量大等缺點，對于交通量繁重的城市道路修補而言實用性不高[6-10]。為了盡可能減小注漿施工對交通的影響，有必要采用早強型注漿材料以達(dá)到盡早開放交通的目的。

本文設(shè)計配制了早強型地聚物注漿材料，將其應(yīng)用到城市道路的病害治理中，為城市道路的修補加固提供新的思路和方法。

1 路面病害調(diào)查情況

某市政公路改擴建工程屬于城市主干道，位于交通較為繁重的城市路段，工程竣工時間為2001年，設(shè)計通行時速為40 km/h，道路整幅寬度為27.5 m。營運20年至今，其機動車道路面總體狀況較差，平均彎沉值達(dá)到了37.2 mm，部分路段出現(xiàn)層間脫空現(xiàn)象，同時還存在不同程度的橫向裂縫、沉陷裂縫、網(wǎng)裂、坑槽等破壞特征。

2 路面處置施工方案設(shè)計

針對已經(jīng)出現(xiàn)明顯裂縫、沉陷、脫空、坑槽等路面病害，且彎沉值不合格的路段，擬采取如下處置措施：先銑刨掉12 cm厚的原瀝青路面，再對原路面結(jié)構(gòu)的石灰土底基層（22 cm）和二灰穩(wěn)定碎石基層（20 cm）進(jìn)行補強注漿，待基層滿足工程要求后，再對裂縫進(jìn)行灌縫處理，同時在基層上鋪設(shè)高性能聚酯布，由下向上依次施工瀝青透層、瀝青封層、8 cm厚的AC-20C瀝青混凝土以及4 cm厚的AC-13C瀝青混合料。針對未出現(xiàn)明顯病害但是彎沉值不合格的路段，除了不進(jìn)行灌縫處理，以及不鋪設(shè)高性能聚酯布之外，其余的工程措施與病害路段基本一致。路面處置施工方案如圖1所示。

3 注漿材料制備

3.1 注漿原材料

由于整改路段位于市區(qū)，交通壓力繁重，為減少施工對交通造成的影響，應(yīng)首選凝結(jié)硬化快、早期強度高的注漿材料，因此，設(shè)計了早強型地聚合物注漿材料對病害路段進(jìn)行注漿加固。早強型地聚物注漿材料主要由礦渣、粉煤灰、偏高嶺土以及堿激發(fā)劑按照一定比例配置而成。其中礦渣的主要化學(xué)成分為CaO、SiO2和Al2O 占比分別為42.4%、28.72%和11.4%，顆粒直徑為8～32 μm;粉煤灰的主要成分為SiO2和Al2O 占比分別為48.5%和28%，顆粒直徑<10 μm;偏高嶺土的主要化學(xué)成分也為SiO2和Al2O 占比分別為54.1%和41.1%;堿激發(fā)劑為水玻璃，Na2O與SiO2的摩爾比為3. 固含量值為34%。

3.2 注漿材料配制

在注漿材料攪拌之前，需要先將礦渣、粉煤灰和偏高嶺土研磨成地聚物粉體，然后利用NaOH、Na2SiO3和蒸餾水配制堿激發(fā)劑，將地聚物粉體和堿激發(fā)劑通過慢攪和快攪最終配制成地聚物。地聚物制備流程如圖2所示。通過室內(nèi)試驗，確定最佳的注漿材料配合比為礦渣∶粉煤灰∶偏高嶺土=3∶5∶2，水灰比=0.32，堿激發(fā)劑的模數(shù)=1.6，堿激發(fā)劑摻量為8%。注漿材料攪拌時間為3 min。

3.3 注漿材料性能

按照上述配合比和流程配制注漿材料后，進(jìn)行室內(nèi)試驗，對凝結(jié)時間、流動度、泌水率、膨脹率、抗壓強度等參數(shù)進(jìn)行測試，結(jié)果如表1所示。從表1中可以看到：本工程配制的早強型地聚物注漿材料凝結(jié)時間早，早期強度大，流動性、泌水率、膨脹率等參數(shù)均滿足規(guī)范設(shè)計要求，因此，該注漿材料可用于該工程病害路段的注漿加固施工。

4 注漿施工工藝

4.1 施工流程

本工程設(shè)計的注漿加固是對基層和路基的雙層加固，且由于使用的地聚物具有快凝早強的特點，注漿施工流程與傳統(tǒng)注漿流程存在一些差異。為了提升整體施工效率和施工質(zhì)量，對早強型地聚物注漿加固施工流程進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化之后的注漿施工流程可簡化為：施工準(zhǔn)備→布孔→鉆孔→清孔→制漿→注漿→拔管→封孔→養(yǎng)生→檢測→驗收。具體如圖3所示。

4.2 注漿參數(shù)

在施工現(xiàn)場進(jìn)行了注漿工藝參數(shù)試驗。試驗共包括9個注漿斷面，通過鉆孔取芯確定最佳的注漿加固施工參數(shù)。試驗結(jié)果如表2所示。從表2中可知：當(dāng)注漿壓力為0.4 MPa時，三個試驗斷面的加固效果（2差+1良）均不是很好，當(dāng)注漿壓力為0.6 MPa時，注漿效果（2優(yōu)+1良）有較大提升，當(dāng)注漿壓力為0.8 MPa時，注漿效果（1差+1良+1優(yōu)）沒有明顯提升。因為在低注漿壓力下，地聚物無法充分?jǐn)U散到路基深處的裂縫和脫空位置;而當(dāng)注漿壓力較高時，可能對原有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生逆向損傷破壞。因此，本工程選擇注漿壓力適中的0.6 MPa。相同注漿壓力下，隨著注漿量的增加，注漿效果有明顯提升，但是在0.6 MPa注漿壓力下，注漿量從120 kg/m2增加

至170 kg/m2的效果并不是很明顯，因此，本工程選擇120 kg/m2作為注漿量，以達(dá)到注漿加固和節(jié)約工程造價的目的。通過現(xiàn)場注漿加固試驗確定本工程的注漿工藝參數(shù)如下：注漿壓力為0.6 MPa，孔距為150 cm，注漿量為120 kg/m2，注漿深度為0.8～1.2 m。

4.3 關(guān)鍵技術(shù)

鉆孔和注漿是整個注漿加固施工流程中最為重要的步驟，必須對這些關(guān)鍵施工技術(shù)進(jìn)行重點把控。

（1）鉆孔施工：路面基層宜采用沖擊鉆，基層以下宜采用液壓鉆或者振動鉆;所有鉆孔的位置與設(shè)計位置的偏差應(yīng)≤0.2 m，鉆孔的傾斜率必須控制在1.5%以內(nèi);鉆孔需要分序布置、交錯施工，后續(xù)鉆孔應(yīng)在前序鉆孔注漿材料強度達(dá)到5 MPa之后才可以繼續(xù)施工。

（2）地聚物拌和：礦渣、粉煤灰、偏高嶺土、NaOH、Na2SiO3等采用重量稱量法進(jìn)行材料計量，每種材料用量偏差≤3%，水采用體積法稱量，偏差≤1.5%;漿液拌和好后，需要在30 min內(nèi)使用，且注漿施工期間，環(huán)境溫度應(yīng)控制在5 ℃～40 ℃。

（3）注漿施工：當(dāng)注漿壓力達(dá)到注漿設(shè)計壓力時或者注漿量達(dá)到3倍注漿設(shè)計量時，應(yīng)停止注漿;當(dāng)出現(xiàn)串孔或者橫縫冒漿時，應(yīng)停止注漿10～20 s，再繼續(xù)注漿;當(dāng)整治路段表面出現(xiàn)隆起且達(dá)到5 mm以上時，需要立即停止注漿。

（4）養(yǎng)護(hù)施工：對道路進(jìn)行注漿加固施工后，應(yīng)采取封閉養(yǎng)護(hù)措施，養(yǎng)護(hù)時間≥1 d。

4.4 注漿加固效果

為了評估本次注漿加固施工效果，采用動態(tài)彎沉儀對病害注漿加固路段進(jìn)行彎沉值檢測，結(jié)果如圖4所示。從圖4中可以看到：在注漿加固前，病害路段彎沉值普遍較大，其中彎沉值達(dá)到35 mm以上的點位占比達(dá)到了68%，平均彎沉值為37.2 mm;當(dāng)采用早強型地聚物進(jìn)行注漿加固（1 d）后，彎沉值超過35 mm的點位占比由68.4%下降至10.5%，平均彎沉值為28.4 mm;當(dāng)采用早強型地聚物進(jìn)行注漿加固（7 d）后，彎沉值超過35 mm的點位占比為5.3%，平均彎沉值為25.3 mm。通過彎沉值檢測結(jié)果可以看出：經(jīng)注漿加固之后，病害路段的承載力

顯著提升，注漿完成1 d后，彎沉值平均降幅就達(dá)到了23.7%，表明本工程配制的早強型地聚物注漿材料能夠在短時間內(nèi)達(dá)到病害路段的加固強化效果。注漿施工1 d后，病害路段表面沒有出現(xiàn)明顯的裂縫，也沒有地聚物漿液從路面冒出。利用探坑觀測法發(fā)現(xiàn)在脫空區(qū)域和底基層均滲透進(jìn)了大量地聚物注漿材料，并與周圍松散巖體呈固態(tài)聯(lián)結(jié)狀態(tài)，表明本次注漿加固施工起到了很好的結(jié)構(gòu)補強作用。

5 經(jīng)濟及社會效益

早強型地聚物注漿加固施工技術(shù)不僅能起到較好的結(jié)構(gòu)補強作用，而且在經(jīng)濟和社會效益上表現(xiàn)出相對于傳統(tǒng)公路病害路段整治方法所不具備的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：

（1）在經(jīng)濟效益方面：采用傳統(tǒng)的銑刨加鋪方案時，基層銑刨費用為24元/m2，基層加鋪費用為176元/m2，中面層（8 cm AC-20C）銑刨加鋪費用為120元/m2，上面層（4 cm AC-13C）銑刨加鋪費用為65元/m2，總費用為385元/m2。采用新型地聚物注漿加固方案時，注漿費用為188元/m2，再加上中面層和上面層的銑刨加鋪費用，總費用為373元/m2，相比傳統(tǒng)施工方案節(jié)約工程造價約12元/m2。此外，采用早強型地聚物注漿加固技術(shù)，設(shè)備更加簡單，能夠靈活進(jìn)出場，加固之后的早期強度更高，能更早地開放交通，避免交通堵塞所帶來的經(jīng)濟損失。

（2）在社會效益方面：早強型地聚物注漿加固技術(shù)施工周期短，對交通干擾更小，大大節(jié)約了養(yǎng)護(hù)成本，而且極大地解決了工業(yè)廢料的問題。同時，注漿加固技術(shù)實行不開挖施工，避免了路面揚塵和最大程度減小噪聲，對于社會生態(tài)環(huán)境有利。

6 結(jié)語

（1）為減少施工對交通造成的影響，決定采用早強型地聚物注漿加固方法對依托工程的病害路段進(jìn)行加固治理，并通過試驗確定了地聚物的最佳配比為礦渣∶粉煤灰∶偏高嶺土=3∶5∶2，水灰比=0.32，堿激發(fā)劑的模數(shù)=1.6，堿激發(fā)劑摻量為8%，注漿材料攪拌時間為3 min。

（2）對早強型地聚物的注漿加固流程進(jìn)行了詳細(xì)分析，并通過試驗路段確定了最佳的注漿工藝參數(shù)：注漿壓力為0.6 MPa，孔距為150 cm，注漿量為120 kg/m2，注漿深度為0.8～1.2 m。

（3）采用早強型地聚物進(jìn)行注漿加固1 d后，彎沉值降幅達(dá)到23.7%，注漿加固7 d后，彎沉值降低32%，起到了很好的結(jié)構(gòu)補強作用，同時還兼具良好的社會經(jīng)濟效益，相關(guān)施工經(jīng)驗可為類似工程提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]程俊夕，周茗如.聚合物注漿技術(shù)在某二級公路水泥混凝土路面脫空病害治理中的應(yīng)用[J].公路工程，2019，44（4）：174-177，194.

[2]林道力.公路工程路基路面病害治理措施[J].黑龍江交通科技，202 44（3）：59-60，62.

[3]陳 林.公路隧道襯砌裂損病害檢測與治理對策[J].西部交通科技，2020（7）：94-96.

[4]付國志，韋金城，趙延慶，等.瀝青路面結(jié)構(gòu)的動態(tài)效應(yīng)對驗收彎沉值的影響[J].華南理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），202 49（4）：90-96.

[5]米建華.銑刨填補技術(shù)在瀝青路面車轍養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2017，13（11）：85-86.

[6]高 勇.道路非開挖注漿加固技術(shù)研究綜述[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），202 39（1）：13-19.

[7]林有貴，周德存，易 強，等.路面基層注漿加固質(zhì)量評價的無損檢測方法應(yīng)用研究[J].西部交通科技，2021（2）：8-1 184.

[8]林有貴，栗 暉，易 強，等.在役瀝青路面基層地聚物注漿補強技術(shù)研究[J].中外公路，2020，40（2）：46-52.

[9]高昊鵬，朱苦竹.地聚物砂漿在道路加固中的應(yīng)用與研究[J].粉煤灰綜合利用，2019（6）：89-92.

[10]王志兵，黃亞琴，冒 娟.地聚物壓密注漿在道路基層補強中的應(yīng)用研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2018，14（5）：97-99.