高聚物注浆在复合式路面脱空处治上的应用

柳子晖，郭泽棉，李 颖，方健海，聂 文

(1.广州北环高速公路有限公司，广东 广州 510507；2.广州肖宁道路工程技术研究事务所有限公司，广东 广州 510641)

广州北环高速公路是横跨广州北部地区的重要交通通道，全长23.5 km。该路建于90年代初，原设计为水泥混凝土路面，从2002年开始逐渐通过沥青路面加铺后改造为复合式路面。由于复合式路面使用年限长，且交通量逐年增长，近年来路面不可避免的出现了脱空、唧浆等病害。传统水泥注浆等脱空处治方法因需较长时间封闭交通，施工周期较长，影响道路通行等缺点不能在本路段使用，因此急需引入新型路面脱空病害快速处治方法。

1 项目概况

高聚物为双组分高分子化学反应类，优点为其反应过程中没有水的参与，可以将基础中的水或者泥浆排出；强度、发泡体积可调，施工速度快，强度形成快，15 min强度就可以达到90%以上，可以快速通车；可以对病害部位进行精准修复，节约成本；注浆孔小，仅为16 mm，对路面美观没有影响。缺点为价格较高，强度较水泥、低聚物等材料低，承受反复荷载下耐久性能和压缩性能不确定等。

高聚物注浆维修技术由两部分组成，第一部分为注浆前后病害检测对比，主要判断脱空病害准确位置以及处治后注浆结果；第二部分为高聚物注浆实施。

1.1 高聚物注浆施工工艺

高聚物注浆施工工艺与传统水泥注浆工艺区别不大，高聚物注浆施工工艺流程图如图1所示。

图1 高聚物注浆施工工艺流程图

相比传统水泥注浆，高聚物注浆施工时间短。单孔成孔时间小于2 min，单孔注浆时间少于1 min。由于使用高聚物材料，强度形成依赖于高分子材料化学反应，养生时间仅需20 min。全部施工时间极短，以单处200 m2路面脱空处治为例，高聚物注浆处治从进场施工到完工撤场时间不超过6 h。

1.2 注浆前后脱空检测

脱空检测基本沿用目前主流脱空检测手段，考虑到北环高速现有路面结构形式为复合式路面，因此本项目中在高聚物注浆前后主要使用3D探地雷达进行无损快速脱空检测，为进一步验证复合式路面脱空检测结果及注浆处治效果，本研究还使用落锤弯沉仪(FWD)对注浆前后路面强度进行对比验证。

2 工程应用实例

2.1 注浆前的检测

采用3D探地雷达进行路面全厚度内部探伤检测，每车道分左右轮迹带进行内部探伤，根据雷达检测结果，复合式路面结构脱空位置主要集中在距路面表层深度60 cm左右的位置。为进一步验证脱空检测的结果，确保脱空病害处治完全，使用落锤弯沉仪(FWD)对上述路段注浆前弯沉数据进行采集，检测位置为每车道左右轮迹带，以20 m/点的频率进行检测，共检测126点。根据检测结果，拟注浆路段汇总情况见表1。

表1 拟注浆路段汇总

2.2 注浆施工过程

(1)注浆施工过程

高聚物注浆施工流程与传统水泥注浆工艺区别不大，流程如下：布点→钻孔→下注浆管→安装注射帽→注浆→封孔→清理路面→开放交通。

①布点

按整车道4个、3个、4个布梅花孔，有横缝的，在离横缝30 cm，横向孔距100 cm，纵向孔距150 cm，进行布孔。

②钻孔

施工路段路面结构厚度是58 cm，选用直径1.6 cm，选用长度50 cm和80 cm的钻头进行钻孔。由于孔径小，钻孔速度极快，单孔成孔时间小于2 min。

③下注浆管及安装注射帽

把PVC管(长约20～30 cm)通过注浆孔埋入，在把注射帽敲入PVC注浆管前，需使用专用工具清理注射帽凹型边缘，以便于与注射枪更好的结合。

④注浆

参考雷达及弯沉仪检测数据，并结合路面具体情况及工程经验，按照设计对注浆处实施注浆。注浆时间极为短暂。单孔注浆时间少于1 min。

⑤封孔

完成高聚物注浆后，采用灌封料进行封孔。其后需等待约20 min养生时间待高聚物材料化学反应完成，强度形成后即可撤场。

(2)质量控制要要点

①严格控制钻孔先后顺序，例如：路面病害为翻浆和路面沉陷时，首先对病害中心周围布点孔进行钻孔，然后进行注浆，最后对病害中心点进行钻孔并注浆，以避免病害中心点的孔洞发生堵塞。

②钻机和钻头的性能应满足注浆的要求，注浆的孔径为16 mm。每个钻孔都应进行测斜，且测斜次数不少于1次，终孔孔斜要求为：深度<1 m的钻孔孔斜<1.5°。钻孔应选派熟练的操作工，长短钻配合，先短后长，两短三长，每钻进10 cm左右应上下提钻洗孔，以保证钻孔安全、高效、优质。

③通过钻孔排出的钻渣可直观判断路面内部的质量情况，为处治决策、布孔以及确定注浆导管长度提供参考，可进一步完善技术方案。

④进行高聚物注浆时，需时刻关注注浆压力变化，且注浆压力保持在7 MPa左右。注浆时关闭注浆枪开关，待30 s后高聚物材料完全凝固后拆除注浆夹具。注浆后应尽早封孔，防止雨水渗入。

⑤注浆前应根据3D探地雷达检测结果初步计算大致的注浆量，提高注浆效率及注浆效果。

⑥采用落锤式弯沉仪(FWD)对高聚物注浆效果进行评价，要求弯沉值大于300 μm点注浆后弯沉平均降低30%以上；高聚物注浆后最大弯沉控制在200 μm以下，若不满足该要求，需对其进行补注。

2.3 注浆后的检测

(1)3D探地雷达检测结果

从附图左线K18+488段快车道注浆前后3D探地雷达对比可以看出，注浆后的3D探地雷达波形明显缓和，注浆后结构密实，脱空处理效果较好。

(2)FWD检测结果

高聚物注浆前后弯沉对比结果如图2所示。注浆前弯沉的标准差、均值、变异系数分别为33.7(0.001 mm)、108.4、31.1%，注浆后弯沉的标准差、均值、变异系数分别为23.9(0.001 mm)、99.7、24.0%。相比注浆前后弯沉值可见，注浆后弯沉均值降低了约9%， 变异性改善了29%。因此， 注浆对弯沉的均匀性有较大的改善，特别是弯沉较大之处，弯沉降低效果明显。

图2 注浆前后局部弯沉对比

3 结论与展望

(1)因北环高速车流量大，长时间封闭交通施工基本不可行。高聚物注浆具有施工速度快、微创、早强等一系列优点，不失为重交通情况下复合式路面脱空处治的理想解决方案。

(2)高聚物注浆施工工艺与传统水泥注浆施工工艺差别不大，便于施工人员迅速掌握施工技术，有利于技术推广和应用。

(3)高聚物注浆仍可使用探地雷达及FWD弯沉检测等传统脱空检测手段，从两种检测手段前后对比互相印证结果看，两种检测手段都是有效的，高聚物材料注浆也起到很好的脱空填充处治作用。

(4)由于高压力，注浆速度快，材料膨胀性能好，高聚物注浆在对细小空隙的填充性更好。

但是高聚物注浆作为一种新生维修技，术，还有诸多地方存在不足，等待进一步研究。

(1)价格贵，这是制约其广泛应用最主要障碍，其单价约是传统水泥注浆处治单价4倍左右；

(2)注浆过程中，压力值7 MPa是固定的，但是此压力值是否适用于所有路基脱空情况仍有待研究。

(3)高聚物材料强度较水泥、地聚物等传统材料相比偏低，其弹性模量与基层弹性模量相比较仍不匹配。

(4)高聚物材料承受路面车轮反复荷载下耐久性能和压缩性能不确定等。