地聚合物注浆技术在两港路沥青路面病害处治工程中的应用研究

■吴超凡方德铭林晓威

(1.西安长大公路养护技术有限公司，西安710000;2.福建省公路管理局，福州350004；3.福州市公路局，福州350002)

地聚合物注浆技术在两港路沥青路面病害处治工程中的应用研究

■吴超凡1方德铭2林晓威3

(1.西安长大公路养护技术有限公司，西安710000;2.福建省公路管理局，福州350004；3.福州市公路局，福州350002)

路面非开挖式地聚合物注浆加固的目的是排出路床和路面结构层的明水，用地聚合物注浆材料填充层间空隙，将路面各结构层连接为一个整体，提高路面结构承载能力。本文通过福建两港路沥青路面病害处治实例，详细介绍地聚合物注浆材料的特性、工艺流程，以及地聚合物注浆处治后弯沉变化情况，表明地聚合物注浆加固技术可有效加固路面结构层，提高道路结构承载力。

地聚合物注浆技术沥青路面处治工艺加固路面结构层

1 引言

地聚合物(Geopolymer)材料是以粘土、工业废渣或矿渣为原料，通过化学反应得到的具有与陶瓷性能相似的一类新型高性能碱激活胶凝材料，由法国科学家Joseph Davidovits于1985年提出。

地聚合物浅层注浆技术在国内尚处于起步阶段，鉴于施工材料注浆技术广阔的运用发展前景，西安长大公路养护技术有限公司与福建省公路局合作，研发了路基和路面地聚合物注浆材料，并开发出相应的注浆设备与施工控制仪器。

2 地聚合物注浆加固目的

路面非开挖式地聚合物注浆加固与病害处治的目的是通过注浆专用设备，在压力条件下，将流动性高、渗透性强的地聚合物注浆材料注入微细空隙中，排除层间水分、空气，填充层间空隙，补强路面结构整体强度。

同时，地聚合物注浆料通过碱性激发剂激活基层或路基填土中的惰性二氧化硅和氧化铝，并与矿物活性成分进行聚合反应，使地聚合物注浆材料与基层、土壤产生均匀致密粘结性好的结石体，形成地聚合物框架，既挤密路基土，又使路面各结构层连接为一个整体，从而消除路面、路基结构内病害，提高路面结构承载能力。

3 两港路路面地聚合物注浆加固

3.1 项目概况

长乐市两港路K248+000～K248+825段沥青路面铺设于2012年12月，该路段重载交通比例大。原路面路表病害与结构形式见表1所示，其中旧水泥混凝土路面打裂压稳采用炮头凿空，路面取芯结果表明：水泥稳定层、沥青碎石层局部松散，局部路床土湿软，该段路表弯沉值见表2所示。

表1 K248+000～K248+825路表病害与路面结构形式

表2 K248+000～K248+825注浆前弯沉检测数据

3.2 路面病害原因分析

根据路表病害、取芯、弯沉与雷达检测结果，初步判定路面出现病害的原因是：采用炮头凿孔式对水泥路面进行打裂压稳，但板块并未稳定，且炮头凿孔后局部出现较宽纵、横向裂缝，湿软的路床未能支撑打裂后的水泥板块，造成水泥稳定基层沿较宽裂缝的水泥板处出现反射裂缝，进而造成沥青加铺层反射裂缝；路表水沿裂缝下渗到水泥稳定碎石层与空隙率较大的沥青碎石之间，在车辆荷载长期作用下，造成水泥稳定碎石和沥青碎石松散，路床含水量上升而湿软，导致路表弯沉值变大，出现沥青路面网裂、下沉等病害。

3.3 病害处治方案

对单点弯沉值大于20(0.01mm)的湿软路床加固，采用路基加固型DJZ型地聚合物注浆材料；对单点弯沉值大于20(0.01mm)的路面结构层松散与层间脱空病害，采用路面加固型的双液地聚合物CD型注浆材料，具体注浆材料的技术指标如表3所示，施工顺序是较先进行软弱路基加固，然后进行路面加固。

表3 地聚合物注浆材料主要技术指标

3.4 施工工艺

(1)施工准备

施工段落交通封闭完全按照《公路养护安全作业规程(JTG H30-2015)》的临时定点外侧车道养护维修作业和临时定点内侧车道。

(2)检测

依据《公路养护技术规范》(JTG H10-2009)与《公路路基路面现场测试规程》(JTG E60-2008)的要求，在地聚合物注浆施工前施工段落各车道沿行车道中央采用FWD动态弯沉测试仪进行路面承载力测试，针对弯沉较大的位置，采用雷达检测路面结构层情况，指导路面钻孔深度。

检测频率：采用FWD弯沉检测仪或贝克曼梁对项目路段进行弯沉检测。沥青路面：单车道每5m检测一点，并标记测点位置。

(3)布孔

按照施工前检测数据及现场路面病害位置，标记需要注浆的位置；然后采用卷尺，进行现场放样与定孔。

沥青混凝土路面横向裂缝处布孔形式采用之字形或梅花桩形，纵向裂缝主要采用之字形沿裂缝每1～1.5m布设一个注浆孔；网裂、沉陷区域采用梅花桩形布孔；注浆孔布孔形式如图1所示。

图1 沥青混凝土路面注浆孔布孔形式

(4)钻孔

使用直径16mm或20mm的钻头钻孔，钻孔采用干法成孔，孔深根据检测结果而定(一般情况下需穿透灰土层下20～30cm)。

(5)制浆

采用ZJ-150型智能注浆车进行注浆，该注浆车具有智能上水系统，智能上水进入在ZJ-150型智能注浆的搅拌罐，人工投入粉料，搅拌形成浆液。制浆配比：路基注浆采用单液注浆，水∶DJZ型地聚合物混合料=0.34∶1；路面注浆采用双液注浆料，其中A组分∶B组分=3∶1。地聚合物混合料的技术指标如表3所示。

(6)注浆与封孔

注浆前在注浆孔内塞入配套的PVC管，安装好注浆头，压力控制人员开启注浆泵，注浆时，在注浆孔30cm范围内安放路面标高监控仪，若有相邻的孔冒浆或路面抬升超过0.5mm，则自动停止注浆。注浆结束后，采用木塞封孔，清理注浆孔周围溢出洒落的浆液。

(7)养生

路基加固的单液地聚合物注浆材料注浆施工完成后，养生时间最少不能低于6h；路面加固的双液地聚合物注浆材料注浆施工完成后，小型车辆可直接开放交通，大型车辆需养生2h可开放交通。

3.5 地聚合物注浆加固与效果分析

3.5.1 地聚合物注浆加固

⑴旧路状况评定

采用FWD动态弯沉检测仪对K248+000～K248+600左侧第一、第二车道、K248+000～K248+480右侧第一、第二车道，K248+650～K248+825左侧第一、第二车道、K248+480～K248+825右侧第一、第二车道沥青路面进行弯沉检测，共检测871个点，从中筛选出154个弯沉大于20(0.01mm)的承载力不合格点。

⑵地聚合物注浆注浆加固

K248+000～K248+600左侧第一、第二车道、K248+ 000～K248+480右侧第一、第二车道沥青路面修复方案：①DJZ型地聚合物注浆材料沿裂缝走向两侧1.5m范围采用梅花型1.5m间距注浆加固，注浆深度为地质钻探揭示的砂层顶，注浆后复测路面弯沉，弯沉值应不大于20 (0.01mm)；②清扫干净裂缝，用灌缝胶(改性沥青)修复裂缝。具体见设计图2。

图2 K248+000～K248+600左侧、K248+000～K248+480右侧裂缝处治方案图

K248+650～K248+825左侧第一、第二车道；K248+ 480～K248+825右侧第一、第二车道沥青路面修复方案：①DJZ型地聚合物注浆材料对坑槽、网裂、沉陷等结构性病害影响区域进行结构补强；注浆平面采用1～1.5m间距，梅花桩型布置，注浆宽度为旧路范围18m(旧路中线左右9m)，注浆深度为地质钻探揭示的砂层顶。注浆后复测路面弯沉小于20(0.01mm)。②铣刨、挖除病害区域范围内沥青上、下面层(4cmAC-13c沥青混凝土+6cmAC-20沥青混凝土)；③清扫干净，粘贴碳纤维复合防裂布；④喷洒专用粘结胶；⑤摊铺沥青上下面层(4cmAC-13 SBS改性沥青混凝土+6cmAC-20 SBS改性沥清混凝土)：⑥新旧界面用灌缝胶(改性沥青)修复。具体见设计图3。

图3 K248+650～K248+825左侧与K248+480～K248+825右侧沥青路面处治横断面图

3.5.2 地聚合物注浆加固效果分析

(1)注浆后弯沉检测

两港路地聚合物注浆处治完成后，采用贝克曼梁弯沉检测仪进行弯沉检测，弯沉检测结果表明，地聚合物注浆处治后弯沉值均小于20(0.01mm)。

(2)雷达检测

注浆前雷达图像显示：K248+650～k248+660左侧中间车道处道路结构层层位不连续，该处较破碎存在沉陷及层间脱空病害；注浆后雷达图像显示：K248+650～k248+660左侧中间车道处道路结构层层位明显，有两条很明显的层面，推测该处为注浆浆液固结所致，推测原来的沉陷部位已由浆液填充密实。

图4 K248+650～k248+660左侧中间车道处注浆前后雷达采集处理图像

4 结论

地聚合物注浆材料具有高渗透性、高流动性、高强度的特性，结合在福建省长乐市两港路沥青路面病害处治工程的应用，通车使用一年多来，路面未再出现沉陷、裂缝等病害，使用状况良好，说明了地聚合物注浆加固补强技术是较好的路面非开挖式结构加固技术，结合地聚合物注浆加固技术在国内其他道路使用效果，值得在路面非开挖式结构加固中推广应用。

[1]裴连日，孙家瑛.采用地聚合物注浆材料提高道路土路基承载能力[J].中国市政工程,2004(6):10～11.

[2]刘江波.地聚合物道路注浆加固技术研究与应用[J]．城市道桥与防洪,2013(1):145～149.

[3]Davidovits J．Geopolymers and geopolymericmaterials［J］．Journal of Thermal Analysis，1989，35(2)：429～441．

[4]袁鸿昌，江尧忠．地聚合物材料的发展及其在我国的应用前景［J］．硅酸盐通报，1998(2):46～51．

[5]上海市政工程管理局．公路路基与基层地聚合物注浆加固技术规程［M］．上海:上海市政工程管理局，2008．

[6]李会安.非开挖式地聚合物注浆技术研究与应用[D].长安大学, 2015.

[7]宋俊伟.地聚合物注浆技术在沥青路面表面病害处治工程中的处治工艺研究[J].公路交通科技(应用技术版),2016,(03):93-96.

[8]中华人民共和国行业标准.JTG H30-2015，公路养护安全作业规程[S].北京：人民交通出版社，2015.

[9]中华人民共和国行业标准.JTG H10-2009，公路养护技术规范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[10]中华人民共和国行业标准.JTJ059－95,公路路基路面现场测试规程[S].北京：人民交通出版社，1995.