地聚合物注浆技术在扬州市文昌路提升改造工程中的应用研究

成哲

摘要 当前，我国已建和在建的城市道路的结构多为采用水泥、石灰稳定的半刚性基层加沥青混凝土柔性面层，扬州城市道路也是如此。随着超载超限问题的日益加重，城市车辆爆炸式增长导致的交通量急剧增加，以及气候环境和软土条件的影响，扬州城市道路出现了不同程度的病害，严重影响了道路使用性能。文章以扬州市文昌路提升改造工程为例，详细介绍地聚合物注浆的材料特性、工艺流程以及注浆处理后道路弯沉的变化情况，并对注浆后的效果进行了评价。

关键词 非开挖;地聚合物;注浆技术;路面结构层加固;病害处治

中图分类号 U418 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）01-0146-03

0 引言

目前，开挖法仍广泛应用于道路病害处理和日常养护维修中。但市政道路往往伴随着交通流量大，地下管线复杂，文明施工要求高，工期紧等困难，以往常用的开挖法存在诸多弊端，限制了开挖法的大规模应用。此外，对于大多数道路破损情况，仅对道路面层进行修补治标不治本，并没有彻底解决道路病害问题，短时间内必然再次破损，必须对道路基层或者路基进行处理，以提高道路的整体承载能力[1]。

为了解决以上问题，在日常道路管养过程中引入新技术、新材料、新工艺，单位领导带队赴南通考察学习地聚合物注浆技术。该技术不仅具有非开挖式路基修复的优点，而且其采用的地聚合物注浆材料比水泥材料或有机高聚物材料具有更多的优点。地聚合物注浆技术能够在对交通通行影响很小的情况下处理道路路基和基层病害，而且成本低、速度快、污染少、干扰小，可以有效解决道路路基和基层问题，提高道路承载力[2]。该技术已在南通市政道路养护维修中取得不错的效果，值得推广。

1 地聚合物注浆的材料特性及工艺流程

1.1 地聚合物材料

要了解地聚合物注浆技术，首先必须了解什么是地聚合物材料。地聚合物材料是由AlO4和SiO4四面体结构单元组成的具有三维立体网状结构的无机聚合物。这一概念最早是由法国人Davidovits在1978年提出。地聚合物材料的生产工艺与陶瓷类似，是在较低的温度条件下（50～180℃），以粘土、工业废渣或矿渣为原料，采用适当的工艺处理，通过化学反应得到的一种性能也与陶瓷相似的新型材料，因此，地聚合物也被称为电解陶瓷、低温不烧陶瓷或化学键合陶瓷。地聚合物材料同时具备陶瓷、水泥和有机高聚物的特点，具备优良的机械性能和耐酸碱、耐火、耐高温的性能，因此其在建筑材料、高强材料、固核固废材料、密封材料和耐高温材料等方面均有应用[3]。由于地聚合物可以利用矿物废物和建筑垃圾作为原料，如果其生产成本能进一步降低，地聚合物有取代普通水泥的可能。

传统的道路注浆加固材料主要有水泥浆液和有机高聚物浆液。水泥浆液存在强度增长缓慢、后期强度低、耐久性差等缺点;而有机高聚物浆液只能挤走地下空隙中的空气和水分，只具有填充空洞的作用，无法提高基层的结构强度和道路的承载力。与水泥浆液和有机高聚物浆液相比，地聚合物浆液具有较好的流动性、保水性能和压力下的体积稳定性，凝结后早期强度高，无收缩、微膨胀，是一种适用于市政道路结构加固的注浆材料。

1.2 道路注浆加固原理与工艺

注浆是通过注浆泵吸入浆液，流经高压管，再注入道路路基和基层中，浆液在周围的土体中以渗透、填充、压密和扩张的方式挤走土体缝隙里的水分和空气，形成浆脉。而地聚合物浆液通过注浆的方式注入土体后，浆液通过化学胶结、离子交换、惰性充填和挤密压密作用把原来道路中的土壤及碎石胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的“结石体”，从而达到提高结构层强度、降低弯沉值、增加路基及基层的稳定性、增强道路结构使用寿命、提高道路承载力的目的[4]。

地聚合物注浆的施工工艺与普通注浆工艺基本相同，此处不再赘述，相关施工工艺细节将在后文结合工程项目案例加以详述。

2 地聚合物注浆技术在工程实例中的应用及注浆后效果评价

2.1 文昌路提升改造工程项目概况

文昌路是扬州市城市主路网中最重要的东西向干道，是扬州主城区主干路网中的重要横向骨架，是城市的东西向交通大动脉。经过多年的建设，文昌路不断拓宽延伸，形成东至广陵大桥，西至扬溧高速，全长约 17 km，路幅达 34～60 m的城市主干路。因其年代久远，致使整条道路路面结构复杂，道路基层存在泥结碎石、贯入式、二灰碎石、水泥稳定碎石、水泥混凝土等等多种结构形式，道路面层为沥青材料主要为 AC 类，该次文昌路提升改造工程主要是对机动车道路基路面进行提升改造。

2.2 地聚合物注浆加固方案

根据对老路的结构类型及病害情况调查，结合鉆芯取样结果和老路弯沉数据，针对文昌路路基路面结构设计了多种处理方式，该文仅对其中涉及地聚合物注浆处理的两种方式进行详细介绍。

方案（1）：对基层为水稳或二灰碎石路段，应先进行弯沉检测，原沥青路表回弹弯沉>27（0.01 mm）的路段先进行地聚合物注浆加固处理，注浆结束后，根据规程要求进行路面弯沉检测，当沥青路表回弹弯沉值≤27（0.01 mm）或弯沉值降低率达到30%后，铣刨原有沥青面层，并回铺 12 cm 沥青面层（4 cm 沥青玛蹄脂碎石SMA-13+8 cm 中粒式沥青混凝土SUP-20）。

方案（2）：对基层为旧水泥板路段，应先采用探地雷达检测板块脱空情况，对脱空板块进行地聚合物注浆加固处理，注浆结束后，铣刨原有沥青面层，根据规程要求对原有水泥混凝土板角行弯沉检测，当板角单点实测弯沉值≤14（0.01 mm）且板间弯沉差≤6（0.01 mm）时，视为处理合格，否则应进行二次注浆直至合格为止，板缝间切缝、清扫、灌缝，纵横缝贴自粘式聚酯玻纤布，处理好的水泥板上铺 1 cm 橡胶应力吸收层，最后回铺 12 cm 沥青面层（4 cm 沥青玛蹄脂碎石SMA-13+8 cm 中粒式沥青混凝土SUP-20）。

地聚合物注浆材料主要技术性能指标应符合表1的要求，该项目因交通压力较大且工期紧张，全线注浆材料均采用早强型。注浆工艺主要参数为：注浆深度约 80～

120 cm，注浆压力水泥板块面脱空处治一般为1.0～1.5 MPa，沥青路面结构加固病害处治一般为0.4～0.8 MPa，注浆量70～120 kg/m2，孔距150 cm，孔径50 mm，可结合试验段的试验结果适当调整。注浆孔的设置方式：a、沥青混凝土路面注浆孔宜采用梅花形布置或矩形布置，并主要位于轮迹带上，该项目建议采用梅花形布置;b、水泥混凝土板块注浆孔宜采用梅花形式布孔，在四个板角处距相邻接缝50 cm位置布设注浆孔，板块中央布设排气孔;c、道路横缝处注浆孔宜采用梅花形布置或“之”字形布置，该项目建议采用“之”字形布置[5]。

2.3 地聚合物注浆施工注意事项

地聚合物注漿施工专业性技术性很强，应由专业的具有相应资质和施工经验的施工队伍进行施工，在施工过程中还需注意以下几个施工要点：

（1）施工前应先查明地下管网、管线的分布情况，由各管线产权单位对施工方进行详细交底，并在施工现场做好对接工作。如果盲目进行施工，一旦在钻孔时对燃气、供水、电力、国防光缆等地下管线造成破坏，必将酿成大祸。对于已查明的地下管线，应在路面上做好警示标识，施工时应予以避让。

（2）改性地聚物注浆施工是在现有道路上临时占道施工，施工段落的交通封闭应满足《公路工程施工安全技术规范（JTG F90—2015）》的要求，以保证施工安全及交通安全。该项目因文昌路交通压力较大，改性地聚物注浆施工均放在夜间（20：00—6：00）车流量较小时分车道分段进行施工，不中断交通。施工现场应有专职安全员负责施工安全，专职交通安全员负责交通封闭区域的交通安全。

（3）改性地聚物注浆顺序应由外向内，边缘注浆时的压力不宜过大，并且宜分序进行注浆，隔孔跳注。当道路面层和基层存在裂缝、松散、破损等情况时，宜采用先上部基层低压后下部路基较高压注浆，下部注浆应在上部注浆材料同条件养护试块强度达 5 MPa 以后进行。

（4）注浆时若注浆泵压力无明显增高或路基无明显的隆起，可尽量多注。当注入大量浆液压力没有增高时要考虑浆液有可能沿着地下空洞、泉眼、井壁缝隙等渗出，此时应立即停止注浆，查明原因，然后采取相应措施。

（5）注浆时应对路表隆起进行监测，对于注浆过程中的窜浆、冒浆和路面抬起等现象应当密切监控，随时调整注浆相关参数。

（6）根据环保及文明施工要求，当天施工结束后开放交通前，应将路面残留的浆液及时清理，防止出现粉尘和泥浆污染。

2.4 地聚合物注浆施工效果及评价

文昌路地聚合物注浆处治完成后，根据加固方案中的弯沉控制标准对注浆路段进行弯沉检测，对基层为水泥混凝土板块的路段辅以雷达检测，根据检测结果对注浆效果进行评价。

2.4.1 注浆后弯沉检测

文昌路地聚合物注浆处治完成后，采用贝克曼梁弯沉检测仪对路面进行弯沉检测，将弯沉检测结果与注浆前弯沉检测结果进行对比（见表2），注浆后弯沉值符合弯沉控制标准，达到预期要求。

2.4.2 探地雷达检测

对基层为旧水泥板路段，注浆前先采用探地雷达对道路进行检测，找出脱空板块，对脱空板块注浆后在同一部位进行复测，复测的雷达图像显示该处道路结构层层位明显，波形平顺且连续，说明注入的浆液已将地下空隙完全填充，且与周围土体形成整体，达到预期加固效果。

2.4.3 效果评价

弯沉检测和雷达检测结果表明，采用地聚合物注浆材料对道路进行注浆加固后，病害路段弯沉值有了明显下降，基层结构得到了明显加强，道路承载能力大幅度提高，达到了预期效果。从工程施工工期和工程造价的方面分析，若采用开挖法处治道路病害，该工程工期需6～8个月，每平方造价经测算约197元，而采用地聚合物注浆技术后，该工程仅用3个月时间就施工完成，招标控制价中地聚合物注浆（早强型）施工每平方仅需106元，远低于开挖修复法，对于交通压力较小的道路，若采用普通型注浆材料还能进一步降低施工造价。从道路运营状况分析，该工程竣工通车两年多以来，路面未再出现沉陷、坑槽、裂缝等病害，使用状况良好[6-7]。

3 结语

地聚合物注浆技术通过对路面进行非开挖式结构补强与病害处治，能够提高道路基层结构强度，较为彻底地处治道路病害问题，且病害处治后的路面性能达到同一道路完好路面的技术标准。该注浆处治技术对城市道路病害处治针对性强、修复时间短、交通影响小、维修费用较传统工艺显著降低，对于市政道路管养具有明显的社会意义和经济效益。通过该注浆处治技术在文昌路实体工程中的应用，发现地聚合物注浆技术能在对市政道路交通影响很小的情况下经济快速有效地解决城市道路病害，提高道路结构强度和使用年限，是适合市政道路管养维修的新技术、新材料、新工艺，值得推广应用。

参考文献

[1]瞿志军.地聚合物注浆技术在南通市政道路加固中的应用[J].中国市政工程，2016（3）：8-10.

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

[3]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.

[4]徐建军，吴开胜，赵大军.用于道路修复加固的地聚合物注浆材料的研制[J].新型建筑材料，2016（3）：26-28.

[5]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，2016（3）：93-96.

[6]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.

[7]吴超凡，方德铭，林晓威.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[J].福建交通科技，2017（4）：1-4.