基于地聚合物注浆的路桥承台与老路基病害治理研究

摘要 为有效处理路桥承台回填与老路路基搭接处的病害，研究地聚合物注浆加固技术在桥承台回填与老路路基搭接处病害处治中的应用，文章选择矿渣、粉煤灰和偏高岭土及水玻璃原材料，制备地聚合物注浆材料，并测试了该材料的膨胀率和抗压强度，确定其满足技术标准后，将其用于实际工程中，以加固工程路桥承台回填与老路路基搭接处的裂缝，并按照施工工艺标准完成地聚合物注浆的加固处理。测试结果显示，通过研究的地聚合物注浆材料进行工程路桥承台回填与老路路基搭接处的开裂加固，能够显著降低其弯沉值。

关键词 地聚合物；注浆加固技术；路桥承台回填；老路路基；搭接处；病害处治

中图分类号 U418 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2025）02-0132-03

0 引言

路桥承台回填与老路路基搭接处的病害问题不仅影响道路的通行能力和行车安全，还对城市形象和市民生活造成不良影响。因此，如何有效处治这些病害，提高道路的稳定性和耐久性，成为当前交通工程领域亟待解决的问题[1]。地聚合物注浆加固技术采用适宜的压力系统，将特制的地聚合物浆液经由钻孔注入基层与路基内部。在此过程中，浆液通过挤压、渗透、扩散及劈裂效应，有效置换出基层与路基中的水分与空气，并紧密填充及黏合基层的空洞与松散区域，进而密实路基土壤。同时，浆液中的碱性激发剂能够激活基层或路基内原本惰性的二氧化硅和三氧化二铝，促使它们与矿物活性组分发生化学反应，生成一种结构均匀、质地紧密且黏结力强的结石体[2]。这一过程还伴随着地聚合物浆脉网络框架的形成，为整体结构提供额外的加固效果。此外，聚合物注浆加固技术针对基层的松散、脱空现象及路基沉降问题提供有效的解决方案。它不仅能够显著减少路基的弯沉现象，还可以通过修复和增强基层的回弹模量，优化道路的整体刚度与水稳定性。这一技术可以提升路面结构的综合承载能力，并增强其抵抗变形的能力，确保道路结构的长期稳定性和性能[3]；可有效填补道路基层的裂缝，减少路面的反射裂缝，提升路面外观，提高道路使用的耐久性[4]。地聚合物注浆加固技术适用于各级公路改扩建工程中既有道路与承台基坑、拼宽路基搭接处路基与基层的脱空、断裂、沉陷等病害处治，对既有道路基层裂缝也有较好的防治效果。

该文为实现路桥承台回填与老路路基搭接处的病害处治，通过分析病害产生的机理和地聚合物注浆加固技术的工作原理，结合具体工程实践，探讨该技术在提高道路稳定性和耐久性方面的作用，以期为相关工程实践提供参考和借鉴。

1 路桥承台回填与老路路基搭接处病害处治

1.1 地聚合物注浆加固技术

1.1.1 地聚合物原材料

为研究地聚合物注浆加固技术在桥承台回填与老路路基搭接处病害处治中的应用效果，需制备地聚合物，其所需的原材料包含矿渣、粉煤灰、偏高岭土及水玻璃，其中水玻璃的主要作用是实现碱激发。

选择的矿渣粒径范围在8～32 um之间，粉煤灰等级为Ⅱ级，粒径不超过10 um；偏高岭土细度为1 250目。根据前期试验成果，按照矿渣粉∶粉煤灰∶偏高岭土=3∶5∶2的质量比例将三者混合均匀待用。水玻璃固含量为34%，在配制地聚合物过程中，需要利用NaOH和去离子水对水玻璃模数进行调配，获取调配后的碱激发剂。

1.1.2 注浆材料配置

选择原材料后，则进行地聚合物注浆料的制备，在制备前需将矿渣、粉煤灰及偏高岭土研磨成粉状，将调配后的碱激发剂和研磨后的粉状混合物进行搅拌，以制备地聚合物注浆材料，整体制备流程图如图1所示：

按照上述流程进行地聚合物注浆材料制备时，搅拌时间均为3 min，以保证材料的均匀、充分混合，制备完成的注浆材料备用。

1.2 注浆材料性能分析

地聚合物注浆材料制备完成后，依据《公路路基与基层地聚合物注浆加固技术规程》（SZ-G-B04—2007）相关标准进行该材料的性能试验分析，主要包含膨胀率分析、抗压强度分析及黏结强度分析，将分析结果与技术标准进行对比，判断其是否满足应用需求[5]，其中膨胀率的标准在0%～1%之间，抗压强度标准则依据加固时间进行判断，3 d标准为≥20 MPa；7 d标准为≥35 MPa；28 d标准为≥40 MPa。

（1）膨胀率试验

取上述制备好的地聚合物注浆材料100 mm，将其注入密封杯中，记录其高度h1后将其密封保存；记录密封后3 h和24 h后的浆液膨胀面高度h2（3 h）、h2（24 h），计算其对应浆液膨胀率α：

（2）抗压强度试验

进行此项试验时，需借助抗压强度测试设备完成。步骤如下：首先，将制备的地聚合物注浆材料注入特制模具内；随后，将模具置于振动平台上充分振捣并磨平其表面；之后，将处理好的试件放入水中进行养护，并在试验前20 min内取出模具；接着，把试件放置于抗压强度测试设备中，以2 200～2 600 N/s的恒定速率进行加载，直至试件破坏为止，加载过程中需保持匀速；最后根据试件破坏时的数据计算其抗压强度Fo，其公式如下：

式中：go——破坏时的最大荷载（N）；A——受压面积（m2）。

依据上述两个试验分析地聚合物注浆材料的相关性能，其浆液膨胀率α为0.55%，试件的抗压强度Fo结果如下：3 d为25.6 MPa，7 d为38.4 MPa，28 d为50.3 MPa，满足相关技术性能标准。

1.3 工程应用

1.3.1 工程概况

依据上述小节的制备和分析后确定，该文制备的地聚合物注浆材料满足性能指标，并以某地区的道路桥梁工程为例，分析其在实际工程中的应用效果。该工程的路桥承台回填搭接处，由于路基材质和结构厚度差异，导致其强度不同，并且回填后沉降较大，搭接处的沉降差异明显，因此在路桥承台回填与老路路基搭接处发生了开裂情况，影响路桥的整体性。使用上述制备的地聚合物注浆材料对开裂处进行注浆加固处理，实现开裂处治。

1.3.2 注浆加固施工

（1）注浆孔布置

使用地聚合物注浆材料进行开裂注浆加固时，需先布设注浆孔，注浆孔的布局及其加固的层位需依据待补强路段的特定状况进行规划，关键考量因素涵盖原道路病害的严重程度、路面结构的强度级别、半刚性基层所采用的筑路材料特性，以及注浆材料在这些材料中实际发挥效能的覆盖半径等。针对半刚性基层的补强工作，注浆孔的设置可采取以下几种主要布局策略：全面均匀布局、梅花状分散布局、条带状连续布局及环绕重点区域的布局方式[6]。该文结合工程实际情况，选择梅花状分散布局进行该工程的注浆孔布置，布置结果如图2所示：

依据设计方案，注浆孔呈梅花状排列，其间距设定为1.5 m（横向）与1.2 m（纵向），孔径大小为5 cm。注浆孔分为两类：针对深层路基的加固孔和针对浅层路基的加固孔，它们交替排列于不同排中，旨在通过浆液的交叉渗透与重叠，在注浆区域内构建一个连续的加固整体。在实际应用过程中，若现场条件受到限制，可对孔位进行微调，但调整幅度需保持在20 cm以内。

（2）钻孔和清孔

该文采用直径为50 mm的钻头装配于钻孔机，作业时需确保钻杆垂直于路面，且钻孔的实际有效深度需与设计规格相符。在钻孔作业期间，产生的粉尘需即时清除[7]，并在工程竣工后统一进行适当处理。对于已完成的钻孔，应立即开展注浆工作；若无法在同一天内完成注浆，则应对这些孔进行临时性封闭，防止路面杂质侵入或雨水通过孔道渗入基层。同时，钻孔作业区域需实施严格的交通管理，禁止车辆通行，以免注浆孔因受压而变形，从而确保注浆孔的密封性能不受影响。

（3）注浆施工

在进行注浆作业前，需在路面上明确标记出每个注浆孔的注浆次序。对于单条裂缝的病害处理，其注浆顺序应采取两侧注浆孔交替作业的方式；而对于矩形区域的病害，注浆应从四周逐渐向内推进，若原路面存在纵向坡度，注浆作业应从地势较低的一端向较高的一端进行。

该文采用ZJ-150型智能注浆车进行注浆施工，将包含水泥或其他材料的浆液注入路基或基层内部。在施加一定压力的作用下，浆液会均匀渗透并扩散至松散颗粒间的空隙中，以有效排除其中的空气与水分。待浆液凝固后，将填满所有空隙，并将原本松散的物质黏结成一个整体，从而实现修复道路结构中的损伤、增强结构强度的目标。

式中：λ——注浆点以上土体的平均重度（N/m³）；h——路面到注浆点的深度（m）；Fa——路基的抗拉强度（N/m²）。

结合上述公式，确定该工程注浆时的压力需维持在0.5～1.5 MPa的范围内；确定注浆压力后，为确保注浆过程不会对路面造成不良影响，必须精确控制该注浆压力，防止路面隆起超过安全范围，即隆起高度应被限制在1 cm以内；一旦监测到隆起超出此限值，应立即终止注浆作业。若路面隆起显著，可通过施加重物反压的方式恢复其原有标高。

（4）封孔和养生

依据上述内容完成注浆施工后，将注浆管拔出；完成拔管操作后，应迅速采用封孔塞对注浆孔实施封堵，保证孔内填充紧密无遗漏。待浆液完全凝固后，方可移除封孔塞，并对已完成注浆的孔洞再次进行妥善封闭。若后续计划对注浆后的沥青路面实施就地热再生作业，则路面以下约4 cm深度的注浆孔口可无须额外密封；否则，应确保密封处理延伸至路面表层。密封作业完成后，需实施交通封闭并进行养护。施工单位应依据现场试验结果，确定并掌握恢复交通所需的最短安全时长。

2 结果分析

完成工程开裂处治后，需使用地聚合物注浆材料进行开裂注浆的加固处理，而后进行加固效果的分析，以判断其在实际工程中的应用情况。

该文主要针对加固后的路桥承台回填与老路路基搭接处的弯沉值进行分析[路面弯沉值是指路基、路面在标准轴载（一般为B22-100或等效车辆，如后轴6t或10t的车辆）作用下，其表面轮隙位置产生的垂直回弹变形值，用0.01 mm（1/100 mm）作为计算单位，它反映了荷载对路基/路面作用前后，路基/路面发生变形的大小]，该文采用落锤式弯沉仪对路面进行弯沉检测，具体设计要求如下：机动车道弯沉值需保持在31（0.01 mm）以内；非机动车道弯沉值不应超过42（0.01 mm）；机非混行车道弯沉检测值则应满足不大于42（0.01 mm）的标准。

通过上述方法对工程加固区域进行测试，随机获取10个监测点的弯沉值监测结果，如表1所示：

根据表1的监测结果可知，通过研究的地聚合物注浆材料进行工程路桥承台回填与老路路基搭接处的开裂加固后，能够显著降低其弯沉值；路面弯沉值较小，意味着在相同荷载作用下，路面产生的变形较小，表明路面结构具有较高的整体刚度和强度，能够承受更大的荷载而不会产生过大的变形，从而延长路面的使用寿命。

3 结论

路桥承台回填与老路路基搭接处的病害会降低道路桥梁的结构安全性，加速道路桥梁的老化过程，缩短其使用寿命，可能导致道路桥梁的坍塌，对交通安全构成严重威胁。为有效处理该位置的病害，该文研究地聚合物的注浆加固技术，通过制备地聚合物注浆加固材料进行加固；并结合实际工程验证该加固技术的应用效果，为提升路桥承台回填与老路路基搭接处的整体性提供可靠保障。

参考文献

[1]马建.拓建后道路路基加固养护地聚合物注浆加固技术[J].中国科技信息， 2023（23）：48-50.

[2]韦联飞.早强型地聚物注浆加固技术在公路病害治理中的应用探讨[J].西部交通科技， 2022（4）：73-75+129.

[3]刘宝龙.地聚合物注浆材料的制备工艺及病害公路加固中的应用研究[J].粘接， 2024（1）：86-89.

[4]陈洁华，方伟，康杰.用于道路修复的地聚合物注浆材料基本性能试验研究[J].公路交通技术， 2023（1）：41-47.

[5]王艺峰，陈欢芳，金云建.地聚合物注浆技术在道路养护工程中的应用[J].建筑技术开发， 2022（14）：131-133.

[6]常利.季冻区干线公路半刚性基层地聚物注浆补强技术研究[J].北方交通， 2022（7）：48-52.

[7]柴涛，刘鹏.一种新型地聚合物胶料制备与路基溶洞充填应用技术[J].粘接， 2023（4）：100-104.