市政道路地下病害非开挖修复技术应用研究

王 刚

中誉设计有限公司 广东 清远 511500

1 研究背景及意义

随着城市化进程的加速和城市交通的快速发展，市政道路地下病害问题日益凸显。地下病害的存在不仅对道路使用安全带来威胁，还会对周边环境造成严重的影响，如引发管道爆裂、地基沉降、建筑物结构受损等问题。传统的开挖修复方法不仅会带来交通拥堵、环境污染等问题，而且也难以满足城市快速发展的需要。因此，非开挖修复技术成为当前市政道路地下病害治理的热点之一。

高分子聚合物注浆是一种比较新型的非开挖修复技术，其优点在于无需开挖地面，能够在短时间内修复地下病害，并且具有耐水、抗压、耐化学腐蚀等优异的性能。因此，本文将围绕高分子聚合物注浆技术的应用展开研究，旨在探索市政道路地下病害非开挖修复技术的应用研究，为类似工程检测、设计、施工提供参考依据[1]。

2 项目概况

由于近年来广州市乃至全国发生多次市政道路坍塌事故，给市民出行带来伤害，造成大量的经济财产损失，引起了媒体和社会的广泛关注。鉴于此，为进一步促进市政道路安全保障工作，尽量避免与防范市政道路坍塌事故的发生，广州市交通运输主管部门要求对广州市七条主要干道进行全面、细致地检测地下病害情况，对可能存在的危险及时发现，采取合理措施予以排除，其中东风西路—黄埔大道（至科韵路）路段就在此列。

东风西路—黄埔大道（至科韵路）跨越广州市越秀区、天河区，呈东西走向，东接黄埔大道中，西接增槎路，全长约14.86km，为双向八至十四车道，交通流量较大，属广州市重要的市政道路。

3 现状检测

3.1 检测方式

结合本项目路线较长、交通流量较大、地下管线复杂的特点，本次检测采用三维地质雷达、二维地质雷达和钻孔取芯相结合的检测方式。

3.2 检测程序

首先，采用三维地质雷达进行大范围、快速检测，三维雷达检测采取车载式，行进速度可达80km/h，城市道路交通情况复杂，时速一般控制在20km/h～50km/h。行进过程后方配备专用闪光灯车，以提示后方车辆，保证作业安全和交通车辆行驶安全。本次检测主要是确定测线上病害发育情况如空洞、脱空、疏松等的发育范围，探测深度：三维雷达检测深度3-5m（潮湿环境3m，干燥环境5m）。检测过程首先以保证安全为第一要务，在尽量不违反交通规则和不干扰正常交通运行的前提下，地下病害体探测规划路线尽量能够整条一次性完成，鉴于市政道路路口繁多，车道变化频繁，车流量极大，检测时按照直线检测为基准，先将能够一次性直线完成的车道一次性完成，再将车道变化较大的行车道分段进行探测，现场根据路段具体情况灵活进行分段检测。

其次，根据三维地质雷达检测的初步成果，对异常区域采用二维地质雷达进行加密复测，以确定地下病害体准确位置，并在路面设置标记。

最后，根据二维地质雷达确定的地下病害体位置，采用钻孔取芯方式进行验证。验证点布设在地下病害体物探异常最强部位或者中心区域，主要针对全覆盖探测、地铁施工路段、管线隐患路段、道路重大结构性缺陷地段探测出的异常点开展取芯验证。依据《城市地下病害体综合探测与风险评估技术标准》（JGJ/T 437-2018）相关要求，对于空洞、脱空、严重疏松体全部进行验证；对于其他地下病害体的验证数量不宜少于总数的20%，且不宜少于3处。

3.3 检测结论

根据探测资料解释结果和验证结果，采用单个地下病害体为评价对象，在地下病害体综合探测的基础上，结合周边环境信息，进行风险影响因素调查、风险发生可能性评价和风险后果评价，确定风险等级，提出风险控制对策建议[2]。

图2 空洞病害检测报告

结合三维地质雷达数据及二维地质雷达数据和取芯验证结果进行综合分析，东风西路—黄埔大道（至科韵路）共探测29处地下病害体，其中2处空洞，19处脱空。（1）对于空洞病害体，风险等级为III，初步判断为水流冲蚀造成水土流失所致；建议开挖处置，处理前定期巡视和探测（探测频率不低于1次/月），鉴于病害体附近存在不同类型的管线，建议在开挖处置时，联系相关管线单位到现场确认管线具体位置，以防止破坏管线。（2）对于脱空病害体，可能为基层与底基层间粘结性较差，在长期路面车辆荷载作用下所致或地下水流冲蚀所致。其中部分病害体风险等级为III，建议开挖处置或注浆处置；部分病害体风险等级为II，建议加强巡视，定期探测（探测频率不低于1次/3月），鉴于以上病害体附近存在给水或排水管道，建议组织给水或排水公司对所属管道进行定期排查，以防管道渗漏加速病害体发展。（3）对于疏松病害体，初步判断为道路建设时基层和底基层压实程度较差所致。建议加 强巡视，定期探测（探测频率不低于 1 次/3 月），以便及时发现病害变化并根据变化情况采取相应的治理措施。

4 设计方案

4.1 设计原则

（1）总体原则：因地制宜、确保安全、方便施工、节省造价；（2）不影响交通原则：鉴于本项目路段交通量较大，开挖修复对交通影响较大，受到限制；（3）确保管线正常使用原则：病害体附近存在不同类型的管线，应提前与相关管线单位沟通，并确认管线具体位置，修复过程中保证管线正常使用；（4）快速施工原则：由于部分病害体安全隐患较大，应快速进行修复，及时消除安全隐患。

4.2 设计方案

根据上述设计原则，经综合比较开挖回填、水泥浆注浆修复和高分子聚合物注浆三种设计方案，本项目最终确定采用高分子聚合物注浆方案。其中，对于脱空病害体，采用高分子聚合物注浆；对于空洞病害体，采用高分子聚合物+级配碎石充填注浆。

（1）脱空病害体注浆设计

脱空病害体采用高分子聚合物—双组份聚氨酯材料进行注浆处治。具体要求如下：

①实施前应对脱空病害逐处进行无损检测复核，确定每处脱空病害的位置、范围、深度、脱空体积等。②布孔—根据缺陷形状，采用三角形布孔，孔的个数每处不能小于2个，一个作为注射孔，另一个作为排气孔，微孔直径16mm。每孔注浆量可按以下公式计算：Q总=病害总体积/双组份聚氨酯膨胀比；Q单孔=Q总/微孔数量。③孔深—根据探测结果的缺陷深度，微孔最下部应达到脱空病害底部。④采用的双组份聚氨酯材料，设计膨胀比为1：8。⑤压力—根据现场情况动态控制，注浆时压力不得大于7MPa。

（2）空洞病害体充填注浆设计

空洞病害体采用级配碎石充填（空隙率20%）+双组份聚氨酯进行处治。具体要求如下：

①实施前应对空洞病害逐处进行无损检测复核，确定每处脱空病害的位置、范围、深度、脱空体积等，并联系管线单位确认管线类型及位置。②布孔—根据缺陷形状，处治孔应分别设计大孔（石料输送孔）和微孔，大孔直径为80mm，微孔直径为16mm。当空洞腔体的形状相对规则，级配碎石易于流动时，设置一个大孔；当空洞腔体不规则，级配碎石不易流动时，应增加大孔的数量。注浆量可按以下公式计算：Q总=病害总体积*级配碎石空隙率/双组份聚氨酯膨胀比；Q单孔=Q总/微孔数量。③孔深—根据检测报告的病害体深度，大孔及微孔最下部应达到空洞病害体底部。④微孔采用的双组份聚氨酯材料，设计膨胀比为1：2。⑤压力—根据现场情况动态控制，压浆时压力不得大于7MPa。

图3 脱空病害注浆设计图

图4 空洞病害充填注浆设计图

（3）材料要求 ①双组份聚氨酯材料的A、B组分以及合成后形成的聚合物技术要求应满足《道路深层病害非开挖处治技术规程》（CJJ/T 260-2016）表3.2.2的相关要求。②级配碎石材料由粗集料和细集料组成。其中粗集料应选用碎石，并应表面清洁、干燥、无风化、无杂质、富有棱角、质地坚硬、颗粒成立方体而少针片形，宜使用反击式石料破碎机械加工，粗集料技术要求和粒径规格应满足《道路深层病害非开挖处治技术规程》表3.6.2相关要求；细集料应清洁、干燥、无风化、无杂质、应有适当的颗粒级配，细集料技术要求和粒径规格应满足《道路深层病害非开挖处治技术规程》表3.6.3相关要求[3]。

5 施工方案

本项目高分子聚合物注浆施工方案如下：

（1）钻孔。在标注的注浆孔位置钻孔至设计深度。要求钻孔垂直，孔位误差不大于5mm，钻孔深度不能小于设计深度。（2）下注浆管。使用切割工具按相应的长度截取PVC注浆管，把注浆管下入到注浆孔中至设计深度。基底注浆，注浆管需下到基层中间；深部注浆，需要将注浆管下到病害体底部位置。（3）安装注射帽。把注射帽凹型边缘使用专用工具清理干净，以便于与注射枪更好的结合，使用铁锤把已清理注射帽敲入PVC注浆管内。要求注浆帽与注浆管紧密结合，不能松动，否则更换注浆管。（4）注射聚合物材料。按照设计或现场确定的注浆量进行注浆。使用夹具把注射枪与注射帽夹牢，配比仪按照配比通过输料管道分别把两类聚合物预聚体材料输送到注射枪口，两种预聚体材料在注射枪口处混合，通过注浆管输送到病害体处。两种材料迅速发生化学反应后，体积膨胀固化，达到填充脱空、排除积水，加固松散区或软弱区，抬升沉陷路面，快速处治路面病害的作用。注浆压力根据设计要求控制，一般控制在7MPa。注浆到设计注浆量后，要求立即关闭注射枪保险，等待15秒钟以后才能分离注射抢和注射帽。（5）检测注浆效果。注浆后使用专用工具把注浆帽去除，切除露出路面的注浆管，待15～20分钟后，利用地质雷达进行注浆后检测，分析注浆维修效果，如满足要求，则完成注浆；如不满足要求，则需进行补注，直到达到要求为止。（6）封孔。为防止雨水侵蚀，破坏路面，并保持路面的整体形象，使用道路密封胶把注浆孔封住。使用密封胶时需对其加热，并且温度控制在 210℃以下。灌注密封胶时要使密封胶略底于路面，如果高出路面，使用工具将其整平。（7）开放交通。施工完成后应尽快清理路面污染物，达到要求后，及时开放交通。

6 实施效果

本项目实施完成后，采用地质雷达进行检测评价，检测结论为：工程处置效果良好，雷达图像中未见明显脱空、空洞等异常信号。

7 结语

本文根据已完工实际工程案例，系统介绍了市政道路在养护过程中，如何检测、分析并采用非开挖修复技术对地下病害进行合理处治，最终实施效果良好。希望通过本文的探索研究，能为今后的市政道路地下病害非开挖修复技术应用提供参考。