改性地聚合物注浆技术与传统养护工艺相比的优势

秦伟杰 孟凡畅

摘要：路基和基层是体现道路承载能力的核心部位，本应是道路养护的重点部位。然而传统养护工艺往往忽视了路基基层养护的重要性。改性地聚合物注浆技术的应用弥补了传统养护工艺的盲区，着重对路基与基层进行结构性加固补强，并在交通影响、经济效益、环保方面更具优势。

Abstract： Subgrade and base are the core parts that reflect the carrying capacity of roads， which should be the key parts of road maintenance. However， traditional maintenance techniques often neglect the importance of subgrade maintenance. The application of modified geopolymer grouting technology makes up for the blind area of the traditional maintenance process， focusing on the structural reinforcement of the roadbed and the base， and has more advantages in traffic impact， economic benefits， and environmental protection.

关键词：地聚合物注浆技术;路基养护;非开挖;新工艺

Key words： geopolymer grouting technology;roadbed maintenance;trenchless;new technology

中图分类号：U216.42+1                                 文獻标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）15-0189-03

0  引言

路基和基层是体现道路承载能力的核心部位，也应是道路养护的重点部位。本文通过对改性地聚合物注浆技术与传统养护工艺处治道路病害之间的应用对比，提出了道路日常养护中应对路基和基层进行结构性加固补强的养护新理念，同时也试图证明改性地聚合物注浆技术在道路日常养护应用中更具优势。

1  养护维修的常规技术和新理念

1.1 常规公路养护维修技术

①局部开挖、灌封;

②稀浆封层;微表处;超薄磨耗层;

③罩面;铣刨摊铺;

④热再生。

从使用效果看，上述常规的公路养护维修技术并没有彻底解决我国公路的病害问题，主要原因是上述技术治标不治本。

从表1对比可以看出，我国的半刚性基层沥青路面公路主要病害大多从基层产生，然后从基层向面层发展。路基质量原因也会造成基层和面层的病害。

常规的公路养护维修技术，未能从根本上解决路基、基层的病害，治标未治本，经常出现前修后坏的现象。

1.2 道路养护维修新理念——综合处治  标本兼治

①从下到上，打破常规，从路基到基层，再到面层处治病害;

②将路基、基层处理作为重点;

③非开挖，速度快，交通干扰小;

④养生时间短，快速放行;

⑤施工环保，成本低。

根据新理念，采用改性地聚合物注浆加固新技术先处理路基和基层病害，再采用常规技术处理面层，更能充分发挥常规路面养护技术的作用。

2  地聚合物注浆技术简介

1978年，法国科学家Joseph Davidovits首次提出了地聚合物（Geopolymer）的概念。它是一种三维立体网状结构的无机聚合物，无定形到半晶态，属于非金属材料。这种材料具有优良的机械性能和耐酸碱、耐火、耐高温的性能，在建筑材料、高强材料、固核固废材料和耐高温材料等方面均有应用。

2.1 材料优势

①早强快硬，力学性能好。

早期强度高，凝结时间快。在一定工艺条件下，强度可达300MPa 以上。

②保障畅通，降低投入。

③渗透率低，耐冻融循环。

形成致密的结构，强度高，抗渗性能优良;孔洞溶液中电解质浓度较高。

④固定有毒金属离子能力强。

对Hg、As、Fe、Mn、Ar、Co、Pb的固定率大于或等于90%;“牢笼型”的网络骨架稳定。

⑤耐腐蚀性，耐久性好。

⑥环境友好型，绿色建筑材料。

⑦耐高温隔，热效果好。

地质聚合物在1000-1200℃之间不氧化、不分解，在高温条件下很稳定，可以保持60%以上的原始强度。

2.2 注浆法—概述

注浆法最早可追溯到19世纪初，最早由法国土木工程师查理斯·贝里格尼用于水利工程修复挡潮闸，并取得了成功。到了近代，注浆技术大量用于水利、采矿、建筑、交通等工程领域，也开始广泛应用于城镇道路、公路及高速公路等道路路基加固处理。

2.2.1 定义

注浆法是用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入各种介质的裂缝或孔隙，以改善地基的物理力学性质。

2.2.2 目的

防渗、堵漏、加固、纠正建筑物偏斜。

2.2.3 分类

按照注浆的作用来划分：固结注浆、帷幕注浆、接触注浆。

按照基础的构成来划分：砂砾石注浆、岩石注浆。

按照注浆材料来划分：水泥注浆、水泥粘土注浆、化学注浆等。

按照使用的压力来划分：常压注浆、高压注浆。

按照注浆工艺依据的理论划分：渗透注浆、劈裂注浆、压密注浆、电动化学注浆。

其它不同的分类方法如：充填注浆、裂缝注浆、应急注浆、纠偏注浆、界面注浆等。

注浆技术的广泛应用对注浆材料提出了更高的要求。

2.3 地聚合物注浆技术流程

探地雷達、管线探测仪探测道路及管线情况——注浆前弯沉检测——根据探地雷达报告及设计图纸编制专项施工方案——孔位布置——锚固一体钻机开孔——全自动注浆平台注浆——观察控制路面抬高——封堵冒浆孔——封孔——养生——探地雷达、弯沉检测——验收。

3  改性地聚合物注浆工艺与传统工艺对比的优势

3.1 工序对比

从表2可以看出，传统道路维修需要14道工序才能完成整条路的翻建工作，且造价费用较高，而本技术免除了路基部分挖除、弃运以及重新施工的工序。可以节省8道工序的施工时间，可以大大缩短施工周期。按照往年施工经验，至少可以比传统方法提前两个月完成整个施工周期。

3.2 工序造价对比

用以1.93km*14m道路大修为例，传统方法维修道路部分投资为1050万元，地聚合物注浆工艺，造价为850万元，可节省财政资金200万元。在原道路状况较好的情况下，摊铺一层细粒式沥青（加粗）即可，更节约财政资金。（表3）

3.3 改性地聚合物注浆技术施工优势

3.3.1 打破常规、标本兼治

从下到上，打破常规，从路基到基层，再到面层处治病害。

3.3.2 施工便利，减少交通影响：

①无需大面积封闭交通，只需局部封闭即可，能够保证社会车辆的正常通行;

②无需各种大型施工车辆频繁进退场，大大降低了交通安全隐患;

③采用非开挖技术，对沿线水、电、气、通信等各种管线电缆不会造成损坏，施工速度快，交通干扰小;

④养生时间短，快速放行，施工后3-6小时即可开放交通。

3.3.3 节能环保

采用传统工艺施工会产生大量扬尘及噪音，废料外运后的不合法倾倒、施工所需材料生产过程中也会对环境造成污染。而采用改性地聚合物注浆加固施工，扬尘及噪音较小，施工时几乎不产生废料，地聚合物本身对土体不造成污染。地聚合物的制备工艺简单明了，不同于水泥“两磨一烧”的复杂工艺过程，地聚合物在常温下就能直接反应生产，可减少80%的CO2排放量，在诸多性能上表现出优越性，符合目前国家积极倡导的“节能、绿色、环保”理念。

3.3.4 耐久性、可持续性好

相对于水泥，地聚合物具有更为良好的耐腐蚀性能，渗透率低，耐冻融循环，具有非常优异的耐久性，经受自然破坏的能力很强。用于道路养护中，能重复注浆，可持续性好，浆液与路基、基层矿物发生反应后固结体结构致密，抗冲刷能力强，物理化学性能稳定，在地下可达百年以上。

3.3.5 前景广阔、效益突出

采用改性地聚合物注浆技术先处理路基和路面基层病害，再采用路面再生技术或常规施工处理面层，更能充分发挥路面养护技术的作用。改性地聚合物注浆加固技术免除了路基部分挖除、弃运以及重新施工的工序，节省施工时间，大大缩短施工了周期，降低了成本，效益突出。采取非开挖技术是道路维修与养护的发展方向，改性地聚合物注浆技术前景广阔，值得大力推广应用。

4  结语

改性地聚合物注浆技术是一种从下到上，打破常规，从路基到基层的新型道路养护技术。与传统工艺相比这一技术采用非开挖的方式对路基优先进行加固处理，通过霹雳、压密、渗透的注浆方式将浆液注入道路路基和基层的裂缝或孔隙中，以改善路基和基层的物理力学性质，增强道路层载能力强。在施工方式上更是具有全自动化、非开挖、速度快、交通干扰小、养生时间短、快速放行、夜间施工白天正常通行的特点，是市政、公路养护技术的又一革新。

参考文献：

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[5]江苏鼎达建筑新技术有限公司，常州市建筑科学研究院集团股份有限公司.一体化注浆装置[P].CN2018211566951.5.

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作者简介：秦伟杰（1992-），男，江苏南通人，本科，初级职称，从事道路市政养护维修工作，研究方向为道路养护维修的新工艺。