小孔浅层注浆技术在高速公路路面病害处治中的应用研究

黄勇

摘 要：近年来，广东地区交通流量大，重载、超载车辆剧增，广东省内多条高速公路出现了车辙、纵、横向裂缝等多种病害，局部路段还出现路面结构强度不足，大大降低了道路的使用功能，小孔浅层注浆技术通过其独特的注浆措施能有效填充基（垫）层孔隙，提高路面结构强度和承载力，恢复道路使用性能，本文以小孔浅层注浆实体工程应用为例，详细介绍其适用性、施工工艺、质量控制，通过路表弯沉检测，小孔浅层注浆技术达到预期效果，值得大力推广应用。

关键词：重载、超载；结构强度；小孔浅层注浆技术；弯沉

广东省多条高速公路自建成通车以来，随着经济的飞速发展，交通日趋繁忙，重型车辆不断增加，经过几年的营运，高速公路水泥、沥青混凝土路面出现了不同程度的各种病害，主要表现为：车辙、横向裂缝、纵向裂缝、抗滑性能不足等，局部路段还出现路面结构强度不足，大大降低了道路的使用功能，影响了行车的舒适性和安全性。小孔浅层注浆技术适用于沥青路面与水泥路面基（垫）层的结构强度加固，通过注浆加固使基（垫）层空隙充填水泥浆，使路面结构恢复密实，防止雨水下渗对地基土层破坏，改善面层的支撑状况，从而有效解决沥青路面或水泥路面裂缝和沉陷等病害。

1 小孔浅层注浆技术特点及作用机理

1.1 技术特点

小孔成孔直径Φ50～60mm，一般控制在50mm为宜，深度入下基层面深一般约0.2～0.3m，孔深0.60～0.80m，布孔一般距离1.5～1.80×1.5～1.80m2，呈梅花形布设，注浆采用M20～M25纯水泥浆加外加剂，采用小孔注浆成孔时对路面结构破坏较少，易修复，施工工艺较简单，施工效果较好，加上成孔设备轻、注浆设备移动方便，一天可加固400m2（每个班组），设备基本上不占用行车道，对交通影响较小。

1.2 作用机理

小孔浅层注浆技术加固水泥路面（沥青路面）的作用机理为：采用小型施工机具钻孔穿透水泥面板（沥青面层），向板下（沥青面层下）填充水泥浆液，通过注浆管施加一定压力将浆液均匀注入板底（沥青面层下）空隙、板下（沥青面层下）基（垫）层中，以填充、渗透、挤密等方式去除基层裂隙中的积水、空气后占据其位置，浆液将原来的松散颗粒或裂隙胶结为整体，形成一个良好的“结石体”，从而改善了板底（沥青面层下）原有受力状态，恢复结构层之间的连续性，达到加固基础、治理病害的目的。

2 施工工艺及质量控制

2.1 施工工艺

小孔浅层注浆技术具体施工工艺如下：

（1）交通管制

（2）孔位布置

布孔一般距离1.5～1.80×1.5～1.80m2，呈梅花形布设， 布孔时应避开车辆行驶的轮迹带位置和裂缝位置。水泥混凝土板一般布设5个孔，分布于板块的四个角和几何中心位置，边角四孔距离板角两边50～100㎝，中间孔位于对角线交点上。水泥路面孔位布置示意如图2.1-1，沥青路面孔位布置示意如图2.1-2。

图2.1-1 水泥路面孔位布置示意图 图2.1-2 沥青路面孔位布置示意图

（3）开孔

采用电动回转小型钻机成孔，裂缝压浆沿裂缝两侧错位布孔或梅花形布孔，开孔孔径宜50mm，钻孔在无异常情况下，不得挪移孔位，垂直度小于1%，成孔后应将孔内清理干净，孔深必须严格按设计要求施工。

（4）导浆管制作与安装

采用镀锌管制作，导浆管距路面表面以下20cm内不开孔，其余开孔按间隔2cm呈梅花状布置，出浆孔以满足浆液自由流出为度，花杆底部应进行封堵。

将制作好的注浆管轻轻的下放至已钻好的注浆孔中，下放时尽量居中，安放 时需封住下端口，顶部露出地面10cm即可，以便于与高压注浆管连接。

（5）浆液拌制

压浆浆液水灰比应控制在0.4～0.8，施工配合比需根据路面损坏情况并做试验确定。

（6）压力注浆

注浆压力为0.2～0.5Mpa，不大于0.8Mpa，可根据现场实际情况进行调整。注浆顺序从沉降量大的地方开始，由远到近、由大到小。裂缝注浆的顺序从裂缝两头开始，往中间注浆。

①第一次注浆将高压注浆管连接在外的PVC注浆管上，通过加压灌注，当相邻孔或裂缝中冒水泥浆、注浆压力达到0.5Mpa时即可停止注浆。

②停止15min再注浆一次，第二次压力不高于第一次，注漿孔旁裂缝或相邻冒出水泥原浆即可终孔。

（7）堵孔

压浆结束后应立即拔出注浆栓塞，立即插上木楔，防止浆液外流。

（8）清洗

每次压浆施工收工时，必须用清水冲洗搅拌桶，此时液压泵照常工作，使水经管道、压浆泵从高压管中排出，将各部件残留浆液彻底排除，防止水泥浆堵塞压浆泵。注浆后残留在路面的浆液要及时清扫并用水冲洗，防止污染路面。

（9）封孔

待浆液初凝后用快凝水泥砂浆或热沥青永久性密封孔口。

（10）养生

注浆完成后，严格交通管制，注浆区在注浆4h内禁止车辆通行，临近运营车道限速60km/h以下，以避免超重车辆通过时对注浆区的扰动。

（11）开放交通

一般养生期为3d，具体开放交通时间应结合砂浆试模3d抗压强度，不低于4.0Mp而定。

小孔浅层注浆技术施工工艺流程如图2.1-3所示。

2.1-3 小孔注浆施工工艺流程图

2.2 施工质量控制

小孔浅层注浆基（垫）层属于隐蔽工程，因此，施工过程中的质量控制显得尤为重要，应对注浆的每个环节实施监控，确保注浆质量。

2.2.1.注浆材料控制

压浆浆液材料包括水泥、外加剂、水等材料，其原材料性能要求应满足规范要求，水泥宜采用32.5级以上普通硅酸盐水泥。外加剂包括减水剂、膨胀剂等。注浆浆液施工配合比依据试验段实施效果，实测灌注前后弯沉值，根据数据变化，评估效果，其技术要求除满足《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（JTJ 073.1-2001）的要求，还应满足以下技术要求，具体如下：

①浆液应具有流淌密实性，拌合物3h的泌水率不大于1%；

②早期具有一定的微膨胀性，14d养护膨胀率大于0.1%；

③凝结时间应适中，初凝时间不能早于2.0h，终凝时间不超过4.0h；

④其3d抗压强度不小于4.0Mpa，28d抗压强度不小于30Mpa。

正式开工前，应对原材料性能指标及浆液流动性、强度、微膨胀性等各项指标进行自检并送检，符合技术要求后方可施工。

2.2.2.施工过程控制

1、浆液质量控制

施工过程中，每工作日须制作灰浆试块2组，采用三联带底砂浆试模，养生试块7d（正常养护6d，饱水1d），检测其7d抗压强度，不合格时，应停工整改，查找原因，整改后灰浆试块7d抗压强度达到规定要求才准继续施工。

2、成孔、埋管质量控制

成孔后及时检查孔深，看孔内是否有塌落物，如有塌孔及时重钻清理。埋压浆管要密实牢固，防止压浆过程中压浆管脱落造成安全事故，防止埋管不密实影响压浆效果。

3、浆液质量控制

①严格控制浆液配合比，水、水泥和外加剂必须计量准确，浆液搅拌混合均匀，保证搅拌时间不少于5分钟。

②搅拌好的水泥浆送到贮浆池时需过滤，浆液中的块状及颗粒物质须过滤掉，以防堵管，保证注浆质量和效果。

③压浆过程中，相邻压浆间隙均应不停止制浆搅拌，以保持浆液均匀，不离析。

4、注浆质量控制

①注浆时切实注意观察注浆泵和孔口压力值的变化及注浆量的变化。

②掌握好第一次注浆和二次注浆的时间，以保证注浆的正常进行和注浆效果。

③设专人观察路面的溢浆、冒浆、串浆和其它异常情况。特别是路面基层下，由于部分沉降产生的脱空及裂缝或支裂缝，施工时不易发现，在浆液压力的作用下，容易造成对路面的隆起。

④发现异常情况，立即停止浆液注入，找出原因，立即采取相应措施进行紧急处理。

2.2.3.注浆后效果评价

荷载型反射裂缝与注浆效果密切相关，如果注浆效果不好，脱空没有得到彻底治理，会产生属相位移，竖向位移的存在会造成局部剪切应力较大。因此，建议压浆完成后3d，用FWD或贝克曼梁对压浆板检测弯沉或弯沉差，对于水泥路面而言，当板角弯沉值大于0.105mm，或板横缝弯沉差大于0.05mm时应重新压浆，直至合格为止；对于沥青路面而言，注浆后路面的弯沉应能满足原路面设计弯沉代表值的要求，不符合要求时应重新压浆，直至合格为止。

3.工程应用情况

3.1 小孔浅层注浆技术在水泥路面的工程应用案例

通过对广东粤西某条高速公路水泥路面K3444+000～K3450+000段路面小孔浅层注浆加固施工（施工如图3.1-1所示），发现各项加固指标均满足设计要求，施工后路面弯沉显著下降，检测结果如表3.1-1所示。本次压浆浆液配合比采用：水泥：水：复合外加剂（膨胀剂+减水剂）=1：0.5：0.055（0.05+0.005）。

钻孔 注浆

压力控制 封孔

图3.1-1 小孔浅层注浆施工

表3.1-1 施工前后路面代表性点弯沉检测数据

区段

检测时间

1

2

3

4

5

K3444+000～800

K3444+800～K3445+00

K3445+000～200

K3445+200～500

K3445+500～800

加固前弯沉值（0.01mm）

37

41

29

28

34

加固后彎沉值（0.01mm）

12

15

9

8

14

图3.1-1 施工前后路面弯沉检测结果变化趋势图

施工后15d进行现场钻孔抽芯检测，水泥浆充填路基层空隙中，多呈薄饼状，胶结较好，如图3.1-2所示，达到设计要求。在施工三周后进行路面沉检测，加固后弯沉值≤0.020mm，满足设计要求。

图3.1-2 小孔浅层注浆取样图示

施工后3周进行路面高程观测，发现路面加固后大部分有提升1～8mm，如表3.1-2所示。

表3.1-2 施工后路面高程检测数据

桩号

测观值

K3444+

100

K3444+

150

K3444+

200

K3444+

250

K3444+

300

K3444+

350

K3444+

400

K763444++

450

K3444+

500

S（mm）

3.0

2.0

2.0

4.0

6.0

0.0

3.0

4.0

-1.0

注：检测结果以处治前路表高程为基准

注浆后，路表弯沉达到设计要求，修复面板缺陷后，经过半年通行，路面唧浆、仅浆病害显著减少，整体路况良好，注浆实施效果达到预期要求。

3.2 小孔浅层注浆技术在沥青路面的工程应用案例

通過对广东粤东某条高速公路沥青路面K76+000～K78+000段路面小孔浅层注浆加固施工，发现注浆后路面的弯沉满足原路面设计弯沉代表值的要求，从弯沉检测结果可知（如表3.2-1所示）：原路面的弯沉已远超设计弯沉26.1（0.01mm），代表弯沉52.2（0.01mm）。通过注浆补强后，路面的弯沉均满足原路面设计要求，代表弯沉13.8（0.01mm），注浆补强效果显著。本次压浆浆液配合比采用：水泥：粉煤灰：水：膨胀剂：高效减水剂=1：0.5：0.7：0.1：0.005。

表3.2-1 施工前后路面代表性点弯沉检测数据

测点

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

弯沉值（0.01mm）

压浆前

22

72

18

28

22

24

9

56

40

26

压浆后

9

9

6

3

9

3

9

3

3

6

测点

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

弯沉值（0.01mm）

压浆前

22

26

26

26

32

38

26

26

34

34

压浆后

16

13

6

9

13

3

16

6

9

9

图3.2-1 施工前后路面弯沉检测结果变化趋势图

注浆后，路表弯沉达到设计要求，经过半年通行，路面唧浆、仅浆病害显著减少，整体路况良好，注浆实施效果达到预期要求。

四、小结

通过数条高速公路水泥路面与沥青路面小孔浅层注浆加固实体工程可知，小孔浅层注浆加固技术通过注浆管施加一定压力将浆液均匀注入基（垫）层中，将原来的松散颗粒或裂隙胶结为整体，改善了原有受力状态，恢复结构层之间的连续性，达到加固基础、治理病害的目的，加上小孔注浆成孔设备简单，施工方便，成本费用较低等优点，因此，小孔浅层注浆技术在加固路面基（垫），提高路面整体结构强度和承载力方面，具有广泛的推广应用价值。

参考文献

[1] 建筑地基处理技术规范（JG79-2002.北京：人民交通出版社.2002

[2] 林宗元岩土工程治理手册（2005版）.北京：中国建筑工业出版社.

[3] 中华人民共和国交通部.公路水泥混凝土路面养护技术规范.（JTT 073.1-2001）.北京：人民交通出版社.2001.

[4] 中华人民共和国交通部.公路沥青路面养护技术规范（JTJ 073.2-2001）.北京：人民交通出版社.2001.