红砂岩路基段路面裂缝高聚物注浆处治

罗崴瑜

(广东省南粤交通韶赣高速公路管理处，广东 广州 510000)

0 引 言

红砂岩主要呈粒状碎屑结构和泥状胶结结构两种典型结构形式，因胶结物质和风化程度的差异，其强度变化较大，一般在4～11 MPa。大多数红砂岩在挖掘或爆破出来后，受大气环境的作用崩解破碎，甚至泥化，其岩块的大小及颗粒级配将随干湿循环的时间及过程而变化。实验表明，随着暴露时间和干湿循环次数的增加，岩块不断崩解碎化，经过50～60 d(干湿循环为8次)变化可达到较为稳定的状态。崩解后的红砂岩颗粒具有强度低、软化系数小、干湿循环易碎裂等不良工程性质，因此一般不宜直接用于路基填筑；若直接用于路基填筑，施工过程中将会面临压实困难，压实后孔隙率大，易透水等问题。路基成型后可能会继续崩解，造成路基不均匀沉降等病害[1-3]。

韶赣高速公路(编号G6011)位于广东省北部韶关市境内，起于南雄市梅岭粤、赣两省交界处，止于韶关市曲江区欧山，主线全长125.36 km，双向六车道建设标准，设计速度100 km/h，设计荷载为公路-Ⅰ级，主线采用沥青混凝土路面，于2011年1月1日建成通车。路面设计结构见表1。

韶赣高速K517+000～K541+000路段为红砂岩，且高填深挖，借方和弃放量较大，若弃用红砂岩，将会给沿线生态造成不良影响。设计单位本着技术可行、经济合理的原则，经过优化分析，采用了利用红砂岩进行路基修筑的方案。设计主要采用了包边土的方案，以防止雨水浸入，保证填筑的红砂岩在路基填筑原位不再发生崩解，从而保证了红砂岩性质的稳定，避免了由于崩解对填筑路基的影响。

表1 主线沥青混凝土路面结构

韶赣高速K517+000～K541+000路段通车后前四年(2011～2014年)基本未出现大的病害，说明设计方案基本可行。但随着高速公路通车年限的增加，沥青路面逐步出现不同程度的病害，其中裂缝发展尤为迅速，部分裂缝经灌缝及表面处治后重新开裂，雨水下渗后再次引发路面水损害，造成路基结构强度不足等问题。分析原因，一方面可能是由于建设期间施工工期紧，红砂岩未完成崩解。填筑后，随着侧边水流的渗入，崩解一直在持续，造成路基的不均匀沉降，导致路基开裂，裂缝反射逐渐上传至路面；另一方面可能是由于崩解后的红砂岩孔隙率大易透水，且遇水后强度急剧下降的原因，造成路基的不均匀沉降，导致路面开裂，裂缝反射至路面；其次可能是由于路面沥青老化或半刚性基层开裂造成沥青上面层开裂，形成自上而下的裂缝，水从表面裂缝下渗，导致红砂岩遇水崩解，造成路基不均匀沉降，导致裂缝进一步扩大。

1 历年维修效果情况

2015～2020年K517+000～K541+000红砂岩路基修筑段路面纵、横向裂缝、条状修补病害发展较快，裂缝较为密集(一般间距5～15 m)，该路段长度占全线约20%，路面裂缝病害数量超过全线裂缝病害数量的50%。主要病害为路面严重纵横缝连续，且裂缝位置路面弯沉值偏大，结构强度不足。地质雷达探测结果显示：大多数裂缝病害开裂至底基层或土基内部，其中裂缝开裂至底基层(>44 cm)及以下的比例高达91.2%；路基内部裂缝存在尚未发展至路表的现象。经综合检测及诊断分析认为：该路段裂缝主要为路基不均匀沉降引起的路面裂缝，其次是水稳层开裂和沥青老化引起的路面裂缝。

1.1 铣刨重铺

典型路段一：韶关方向K524+000～K524+600段慢车道

2015年针对该段裂缝错台病害进行上面层铣刨重铺；2016～2018年期间路况良好，路表未出现明显裂缝类病害；2019年开始出现反射裂缝，并针对K524+234～K524+384.5段严重纵裂病害进行上中面层铣刨重铺；2020年该段PCI均值为81.0，其中：K524+234～K524+384.5段PCI值为100，无裂缝类病害，其两侧路段纵向裂缝已由2019年轻微开裂发展为严重开裂，并伴随轻微错台、二次开裂及支缝等，有持续发育趋势。

典型路段二：韶关向K519+300～K519+800段慢车道

2015年针对该段破损病害进行上面层铣刨重铺；2015～2019年期间路况良好，未进行过其他养护措施；2020年该段PCI均值为84.5，病害主要表现为密集横缝，连续长纵裂缝，且部分路段横、纵裂缝垂直交错。

根据典型路段一、二历年路表病害情况判断，铣刨重铺上面层可有效延缓反射裂缝的发生，有效作用周期大约3年，之后路面内部裂缝逐渐反射至路表，并成持续发展趋势；铣刨重铺上中面层，路表出现破损病害时间周期约为5年，5年之后路用性能呈下降趋势。

1.2 加铺罩面

典型路段一：韶关向K530+351～K530+851段半幅4 cm GAC-13沥青混合料罩面

2018年针对该段破损病害进行半幅整体罩面加铺，路面无明显横、纵裂缝，2021年该段快、主、慢车道路面PCI指标依次为99.4、100、98.6。其前后相邻慢车道PCI依次为73.7、84.8。

典型路段二：江西向K517+694～K518+251段半幅4 cm GAC-13沥青混合料罩面

2018年针对该段破损病害进行半幅整体罩面加铺，路面无明显横、纵裂缝，2021年该路段快、主、慢车道PCI指标依次为98.6、100、99.3。该段大桩号方向快慢车道PCI依次为89.4、86.47。

1.3 CAP表面处治

2020年针对韶关方向K530+851～K537+960主车道裂缝采用了CAP表面处治，共实施约7 km，2021年裂缝平均反射率约54.5%。

1.4 裂缝高聚物注浆

2019～2020年间，对韶关方向K524+220～K524+600、江西方向K530+433～K530+280路段长纵裂缝进行了高聚物注浆实验，经过1年的跟踪观测，效果良好，裂缝未重新开裂。

1.5 效果分析

根据各典型路段历年路表病害情况跟踪分析，2018年采用4 cmGAC-13沥青混合料罩面对路面结构补强后，可有效延缓反射裂缝的发生，有效作用周期至少为4年(2018～2021年)，效果良好。依据裂缝原因专项诊断分析报告，结合裂缝位置路面弯沉值偏大，结构强度不足的实际情况，2020年对路面裂缝进行了高聚物注浆试验，效果良好，裂缝未重新开裂。2021年对高聚物注浆路段加铺了4 cm GAC-13沥青混合料，至今罩面路段未出现裂缝病害。经比对分析，红砂岩路基填筑路段沥青路面密集裂缝病害采用高聚物注浆+4 cm GAC-13沥青混合料罩面的处治方案，可有效处治路面裂缝病害问题。

2 红砂岩路段高聚物注浆裂缝密集路段处治

2.1 高聚物注浆概况

高聚物注浆基本原理是按照一定配比，向路面结构中注射双组份高聚物材料，材料发生化学反应后体积迅速膨胀并形成固体。材料在膨胀固化过程中，可以快速填充空隙，并向周围介质施加膨胀压力，使周围松软结构或路基得到挤密，增强结构的整体性，达到填充空隙、加固结构、排水防渗等目的。固化后的材料具有很好的韧性，不易发生脆裂引发二次病害；另外材料稳定性强，耐久性好。高聚物注浆施工只需要钻直径1.6 cm的注浆孔，对原路表美观基本无影响，并且施工快速，无需养生，可以显著节省交通管制时间，减少对行车的干扰[4,5]。

2.2 高聚物注浆材料

聚氨酯注浆材料分A、B组份。A、B组份混合后约15秒钟开始膨胀，体积膨胀比在1～20之间，15分钟左右强度达到90%。注浆材料固化物是一种惰性材料，呈中性，不污染土壤和水源，安全环保、耐久性好。双组分材料的A、B组分及合成后形成的聚合物的技术要求符合表2～表5。

表2 UTK树脂A组份参数

表3 UTK树脂B组份参数

表4 聚合物参数

表5 聚合物其他参数

2.3 高聚物注浆施工工艺[6]

(1)交通管制

高聚物注浆施工前，先按照交通管制方案对注浆路段实施交通管制，然后按照施工流程施工。

(2)钻孔

高聚物注浆要求钻孔直径为1.6 cm，注浆孔位纵向间距为15 cm，横向距离裂缝5～6 cm；钻孔深度易在第一层水稳层与第二层水稳层之间，钻孔深度约为47 cm；结合探地雷达检测情况，如土基表层不密实可加深钻孔深度。

(3)注浆

测量孔深，安装注浆管，按照设计或现场确定的注浆量进行注浆，若发现路面有开裂、抬升或相邻的孔中有浆液冒出时，应停止注浆。

(4)注浆后检测

注浆后使用专用工具把注浆帽去除，待15～20 min后，利用探地雷达进行注浆后检测，分析注浆效果。如满足要求，则完成注浆；如不满足要求，则需进行补注，直至满足要求为止。

(5)封孔

为防止雨水侵蚀，影响路面耐久性，并保持路面整洁，应使用材料性能良好的修补料将注浆孔封闭。

2.4 高聚物注浆验收标准

采用探地雷达设备进行现场扫描检测，保证基层脱空、不密实区域注浆填充密实。

(1)检测设备

采用中国电波传播研究所生产的探地雷达，型号为LTD-2600。

(2)检测布线

本项目主要处理长纵裂缝，检测按裂缝两边布线，进行连续检测。

(3)注浆检测结果

用探地雷达对处治的路段进行注浆前、后的检测，检测指标为脱空或不密实。从检测结果来看效果良好，注浆后路基路面体内的脱空和不密实性大为改善，达到预期的目的。

3 罩面

罩面采用了加铺4 cm GAC-13沥青混合料。

4 弯沉检测结果

选取2个注浆路段进行检测，共分为9个评定单元，各评定单元均满足设计要求。对比工前检测结果，注浆路段各评定单元弯沉代表值提升12～53.3/(0.01 mm)。结果见表6。

表6 路面结构强度结果汇总

5 结论与建议

(1)工程实践表明，采用红砂岩填筑路基，应使红砂岩经过50～60 d(干湿循环为8次)变化达到稳定状态方可。同时设置包边土阻止侧边水渗入路基主体，防止红砂岩岩块进一步崩解碎化，避免遇水崩解和软化。

(2)针对红砂岩路基填筑部分路面裂缝密集路段，对比观察铣刨重铺、加铺罩面、CAP表面处治和高聚物注浆+加铺4 cm GAC-13等处治方式效果，实验显示高聚物注浆+加铺4 cm GAC-13罩面的处治方案效果良好。

(3)韶赣高速红砂岩路基填筑路段，裂缝密集路段处置选用了高聚物注浆+加铺4 cm GAC-13罩面方案。截止目前，处治路段未出现反射裂缝，效果良好，基本达到了预期的效果，后续将持续跟踪观察。