地聚合物注浆技术在广东清连高速板底脱空病害处治中的应用

邓攀唐豹邓金鹏

(1、广东清连公路发展有限公司,广东 清远511518 2、深圳高速公路股份有限公司,广东 深圳518000)

道路在长时间使用过程中，车辆荷载以及环境等因素影响，水泥板块会出现早期病害，导致路面病害加速发展。从水泥砼路面病害调查及分析来判断，层间脱空或粘结力不足是路面早期损坏的主要原因。传统的开挖修复方式虽然处治彻底，但是工程量大、维修费用高、修复时间长，开挖废弃物难以处置；也有采取面层、基层就地再生的方式直接加铺路面结构层，但病害处治不彻底，容易再次产生病害，使用寿命短。因此，快速、高效、环保的养护方法成为将近年来路面养护的一个重要研究方向。非开挖式地聚合物注浆加固技术是一种比较有效的病害处治手段，加固后的道路结构层脱空消除、层间粘结紧密，结构中的微细裂隙得到了填充，道路结构强度均质化，承载力得到了明显提升，道路使用寿命得到了延长。本文依托于清连高速2020年路面加铺专项处治工程注浆加固项目，由西安长大公路养护技术有限公司施工，进而深入研究相关技术。

1 地聚合物注浆的优势

随着科技的发展，新材料不断被研发出和应用在工程各领域，因材料的不同目前道路结构层病害注浆处治主要发展为四大类：水泥基注浆、高聚物注浆、地聚合物注浆、沥青注浆。由于高聚物注浆原材料生产过程不环保、强度较低，长期会产生蠕变、老化、耐久性差，沥青注浆原材料价格较高，注浆工艺复杂，对注浆设备要求较高，注浆过程容易破乳堵管，因此这两种注浆在工程中应用较少。水泥基注浆其注浆强度高，抗渗性好、原料易得、成本低廉、工艺简单、应用最广，但其也有一定的缺点，易沉降析水、干缩性大、凝固前易被水稀释冲刷，粒径较大，不易进入微小裂隙，凝结时间长需要养护，水泥能源消耗大，环境污染大。地聚合物注浆强度高、防水抗渗、无干缩，原料廉价易得、经济环保、工艺简单。下面将从注浆工艺和注浆效果方面对水泥基注浆和地聚合物注浆进行综合评价。

从成孔孔径角度来看：水泥浆注浆相较聚合物注浆钻孔成孔径较大对旧水泥板整体结构性有在一定的损伤，而地聚物注浆成孔较小，对水泥板造成的影响较小。从注浆流量和压力控制角度来看，水泥浆注浆流量大小需要人为操控，存在瞬时压力满足控制要求的假像，需要现场加强监督，可通过控制注浆压力进行施工管理。从注浆量与溢浆角度来看，地聚物比水泥浆的单孔注浆量高，且地聚物成孔孔径比水泥浆成孔孔径小，有效注浆量更高。另外地聚物溢浆比例70.5 %，是水泥浆注浆溢浆比例10%的7倍。（表1）

表1 不同注浆工艺指标对比

水泥浆注浆是目前市场上最常见的注浆材料，其材料常见、施工工艺简单、单价较低，但初凝时间长，在低等级道路上较为适用，但无法满足高速公路边施工边通车的快速通车要求。另外，地聚物注浆处理老路脱空病害过程中溢浆比例较高，证明材料具有良好的流动性，能够充分填充脱空的空隙。

2 地聚合物注浆材料及注浆工艺要点

2.1 地聚合物注浆材料

地聚合物注浆材料是由钢渣、矿渣、粉煤灰、偏高岭土及外加剂等按一定比例混合而成的胶凝材料。该材料具有：（1）良好的渗透和流动性：可将地聚合物注浆材料填充、渗透和挤密进入微细空隙中，从而提高路面结构强度。（2）较强的抗水冲刷性能：地聚合物注浆材料在孔隙内反应后整体结构紧致密实，整体性较好，无收缩，抗水冲刷能力明显增强。其主要技术指标见表2。

表2 地聚合物混合料主要技术指标

2.2 地聚合物注浆工艺要点

注浆前，通过路面调查与检测，判定道路病害区域、病害类型、病害深度等，为注浆处治提供一定的理论依据，同时制定合理经济的注浆方案，提前明确施工过程关键技术要点。

2.2.1 施工工艺流程

具体工艺流程包括：布孔→钻孔→埋注浆头→制浆、注浆→封孔→清理→开放交通→弯沉检测→不合格点补注→交工验收。

2.2.2 布孔方式

水泥混凝土路面横向裂缝处布孔方式为“之”字或梅花形，纵向裂缝主要为“之”字形沿裂缝两侧布设注浆孔；网裂、沉陷区域为梅花形布孔；孔布形式如图所1示。

图1 水泥砼板块孔布方式

2.2.3 注浆深度

根据道路结构层厚度与病害位置确定合理的注浆深度，非开挖式地聚合物注浆加固技术具有一次注浆多层加固的注浆效果，因此，只需确定某处病害达到的最深层位。

2.2.4 注浆停止的判定标准

注浆过程何时停止，采用注浆压力、注浆量、路面标高三指标进行控制。注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐减少，当压力达到注浆终压时（1.5 Mpa），可结束该孔注浆。应注意在注浆初始，有瞬间压力较大的假象，需低挡抬起注浆泵离合器多试几次；注浆量控制指注浆压力未能达到设计终压，注浆量已达到设计注浆量，亦可结束该孔注浆。注浆时若同板块有其它注浆孔窜孔冒浆，应停止，移至未窜浆注浆孔；路面标高控制指注浆过程中路面不产生抬升。水泥路面在注浆过程中，可依据路侧土路肩与板间的缝是否开裂或板缝间细砂是否活动等现象，来判断水泥路面是否抬升；注浆过程中如果注浆压力及注浆量均未达到设计要求，但注浆孔附近出现明显异常，应立即停注。经检测达不到设计要求，应调整设计注浆量，并及时补浆。

3 工程案例

清连高速是许广高速公路的重要组成部分，起于粤湘交界处的凤头岭，止于清远市郊区的迳口，途经清远市清新区、阳山县、连南瑶族自治县、连州市，全长216公里，设计双向四车道，时速80～100公里。清连高速于2011年1月25日全线贯通。其主要损坏原因是板底脱空致使路面局部破损，主要存在横向裂缝、纵向裂缝、错台、下沉等病害形式。随着近年该地区经济的发展，车流量增大，近期虽经过多次换板维修，但路面依旧没有得到改善。本次使用地聚合物注浆技术对水泥砼板块面层与路面基层之间脱空位置进行注浆加固处治，通过注浆前后弯沉值、脱空率，对非开挖式地聚合物注浆处治路面脱空效果进行综合评价。

3.1 注浆前后的弯沉值对比

本项目采用落锤式弯沉仪（FWD）对水泥砼板块右侧板角进行检测，荷载值为50kN，每板2点，从而判断板底脱空情况，对脱空位置进行非开挖式地聚合物注浆处治，再采用点对点方式对处治位置进行弯沉复检以评定注浆效果。从图2可以看出，注浆前，南行段落前半段注浆前脱空位置多数弯沉值在150（0.001 mm）附近，南行段落后半段弯沉值波动起伏较大，弯沉值相对较低，脱空位置弯沉平均值为133（0.001 mm），发生脱空位置的弯沉值最低为35（0.001 mm），最高242（0.001 mm）；注浆后，弯沉值总体较低，范围为10～80（0.001 mm），弯沉平均值为41（0.001 mm），最高为80（0.001 mm），单点弯沉值注浆后下降率最高达80%，注浆效果显著，注浆后弯沉值离散性较小，分布区域较为集中，路面结构强度均匀性较好。

图2 清连高速注浆前后南行路段注浆前弯沉数据

3.2 注浆前后的脱空率对比

利用截距法对同一测点施加3级荷载进行测试，通过FWD测试出不同荷载等级的弯沉值，按照线性回归统计方法，当测点的线性回归截距值大于50μm时判定为脱空。注浆前检测出路面不同路段脱空率如图3所示，注浆前南行道路前半段脱空率较大，这与图2中相应段落弯沉值情况呈一致趋势，各段落脱空比例范围为0.5 %～17%，路面整体脱空率为8.5 %；注浆后采用点对点式截距法复测脱空率，结果均为0，说明注浆处治后路面板底脱空彻底消除，路面结构得到了有效的填充和加固补强。

图3 清连高速注浆前截距法测得不同路段脱空率

4 结论

本文对比了地聚合物注浆与水泥基注浆工艺参数、过程控制、处治效果等，客观评价了非开挖式地聚合物注浆技术的优势，总结了地聚合物注浆材料的特点和注浆工艺的施工要点。通过注浆前后的路面弯沉和路面脱空率检测，评价了地聚合物处治路面脱空效果，发现地聚合物注浆处治水泥路面脱空类病害后，路面结构层脱空完全消除，道路弯沉值减小，且分布范围缩小，道路结构承载力得到提高，是一种快速、高效、环保的路面病害处治手段。