小孔淺層注漿技術在高速公路路面病害處治中的應用研究

黃勇

摘 要：近年來，廣東地區交通流量大，重載、超載車輛劇增，廣東省內多條高速公路出現了車轍、縱、橫向裂縫等多種病害，局部路段還出現路面結構強度不足，大大降低了道路的使用功能，小孔淺層注漿技術通過其獨特的注漿措施能有效填充基（墊）層孔隙，提高路面結構強度和承載力，恢復道路使用性能，本文以小孔淺層注漿實體工程應用為例，詳細介紹其適用性、施工工藝、質量控制，通過路表彎沉檢測，小孔淺層注漿技術達到預期效果，值得大力推廣應用。

關鍵詞：重載、超載；結構強度；小孔淺層注漿技術；彎沉

廣東省多條高速公路自建成通車以來，隨著經濟的飛速發展，交通日趨繁忙，重型車輛不斷增加，經過幾年的營運，高速公路水泥、瀝青混凝土路面出現了不同程度的各種病害，主要表現為：車轍、橫向裂縫、縱向裂縫、抗滑性能不足等，局部路段還出現路面結構強度不足，大大降低了道路的使用功能，影響了行車的舒適性和安全性。小孔淺層注漿技術適用于瀝青路面與水泥路面基（墊）層的結構強度加固，通過注漿加固使基（墊）層空隙充填水泥漿，使路面結構恢復密實，防止雨水下滲對地基土層破壞，改善面層的支撐狀況，從而有效解決瀝青路面或水泥路面裂縫和沉陷等病害。

1 小孔淺層注漿技術特點及作用機理

1.1 技術特點

小孔成孔直徑Φ50～60mm，一般控制在50mm為宜，深度入下基層面深一般約0.2～0.3m，孔深0.60～0.80m，布孔一般距離1.5～1.80×1.5～1.80m2，呈梅花形布設，注漿采用M20～M25純水泥漿加外加劑，采用小孔注漿成孔時對路面結構破壞較少，易修復，施工工藝較簡單，施工效果較好，加上成孔設備輕、注漿設備移動方便，一天可加固400m2（每個班組），設備基本上不占用行車道，對交通影響較小。

1.2 作用機理

小孔淺層注漿技術加固水泥路面（瀝青路面）的作用機理為：采用小型施工機具鉆孔穿透水泥面板（瀝青面層），向板下（瀝青面層下）填充水泥漿液，通過注漿管施加一定壓力將漿液均勻注入板底（瀝青面層下）空隙、板下（瀝青面層下）基（墊）層中，以填充、滲透、擠密等方式去除基層裂隙中的積水、空氣后占據其位置，漿液將原來的松散顆粒或裂隙膠結為整體，形成一個良好的“結石體”，從而改善了板底（瀝青面層下）原有受力狀態，恢復結構層之間的連續性，達到加固基礎、治理病害的目的。

2 施工工藝及質量控制

2.1 施工工藝

小孔淺層注漿技術具體施工工藝如下：

（1）交通管制

（2）孔位布置

布孔一般距離1.5～1.80×1.5～1.80m2，呈梅花形布設， 布孔時應避開車輛行駛的輪跡帶位置和裂縫位置。水泥混凝土板一般布設5個孔，分布于板塊的四個角和幾何中心位置，邊角四孔距離板角兩邊50～100㎝，中間孔位于對角線交點上。水泥路面孔位布置示意如圖2.1-1，瀝青路面孔位布置示意如圖2.1-2。

圖2.1-1 水泥路面孔位布置示意圖 圖2.1-2 瀝青路面孔位布置示意圖

（3）開孔

采用電動回轉小型鉆機成孔，裂縫壓漿沿裂縫兩側錯位布孔或梅花形布孔，開孔孔徑宜50mm，鉆孔在無異常情況下，不得挪移孔位，垂直度小于1%，成孔后應將孔內清理干凈，孔深必須嚴格按設計要求施工。

（4）導漿管制作與安裝

采用鍍鋅管制作，導漿管距路面表面以下20cm內不開孔，其余開孔按間隔2cm呈梅花狀布置，出漿孔以滿足漿液自由流出為度，花桿底部應進行封堵。

將制作好的注漿管輕輕的下放至已鉆好的注漿孔中，下放時盡量居中，安放 時需封住下端口，頂部露出地面10cm即可，以便于與高壓注漿管連接。

（5）漿液拌制

壓漿漿液水灰比應控制在0.4～0.8，施工配合比需根據路面損壞情況并做試驗確定。

（6）壓力注漿

注漿壓力為0.2～0.5Mpa，不大于0.8Mpa，可根據現場實際情況進行調整。注漿順序從沉降量大的地方開始，由遠到近、由大到小。裂縫注漿的順序從裂縫兩頭開始，往中間注漿。

①第一次注漿將高壓注漿管連接在外的PVC注漿管上，通過加壓灌注，當相鄰孔或裂縫中冒水泥漿、注漿壓力達到0.5Mpa時即可停止注漿。

②停止15min再注漿一次，第二次壓力不高于第一次，注漿孔旁裂縫或相鄰冒出水泥原漿即可終孔。

（7）堵孔

壓漿結束后應立即拔出注漿栓塞，立即插上木楔，防止漿液外流。

（8）清洗

每次壓漿施工收工時，必須用清水沖洗攪拌桶，此時液壓泵照常工作，使水經管道、壓漿泵從高壓管中排出，將各部件殘留漿液徹底排除，防止水泥漿堵塞壓漿泵。注漿后殘留在路面的漿液要及時清掃并用水沖洗，防止污染路面。

（9）封孔

待漿液初凝后用快凝水泥砂漿或熱瀝青永久性密封孔口。

（10）養生

注漿完成后，嚴格交通管制，注漿區在注漿4h內禁止車輛通行，臨近運營車道限速60km/h以下，以避免超重車輛通過時對注漿區的擾動。

（11）開放交通

一般養生期為3d，具體開放交通時間應結合砂漿試模3d抗壓強度，不低于4.0Mp而定。

小孔淺層注漿技術施工工藝流程如圖2.1-3所示。

2.1-3 小孔注漿施工工藝流程圖

2.2 施工質量控制

小孔淺層注漿基（墊）層屬于隱蔽工程，因此，施工過程中的質量控制顯得尤為重要，應對注漿的每個環節實施監控，確保注漿質量。

2.2.1.注漿材料控制

壓漿漿液材料包括水泥、外加劑、水等材料，其原材料性能要求應滿足規范要求，水泥宜采用32.5級以上普通硅酸鹽水泥。外加劑包括減水劑、膨脹劑等。注漿漿液施工配合比依據試驗段實施效果，實測灌注前后彎沉值，根據數據變化，評估效果，其技術要求除滿足《公路水泥混凝土路面養護技術規范》（JTJ 073.1-2001）的要求，還應滿足以下技術要求，具體如下：

①漿液應具有流淌密實性，拌合物3h的泌水率不大于1%；

②早期具有一定的微膨脹性，14d養護膨脹率大于0.1%；

③凝結時間應適中，初凝時間不能早于2.0h，終凝時間不超過4.0h；

④其3d抗壓強度不小于4.0Mpa，28d抗壓強度不小于30Mpa。

正式開工前，應對原材料性能指標及漿液流動性、強度、微膨脹性等各項指標進行自檢并送檢，符合技術要求后方可施工。

2.2.2.施工過程控制

1、漿液質量控制

施工過程中，每工作日須制作灰漿試塊2組，采用三聯帶底砂漿試模，養生試塊7d（正常養護6d，飽水1d），檢測其7d抗壓強度，不合格時，應停工整改，查找原因，整改后灰漿試塊7d抗壓強度達到規定要求才準繼續施工。

2、成孔、埋管質量控制

成孔后及時檢查孔深，看孔內是否有塌落物，如有塌孔及時重鉆清理。埋壓漿管要密實牢固，防止壓漿過程中壓漿管脫落造成安全事故，防止埋管不密實影響壓漿效果。

3、漿液質量控制

①嚴格控制漿液配合比，水、水泥和外加劑必須計量準確，漿液攪拌混合均勻，保證攪拌時間不少于5分鐘。

②攪拌好的水泥漿送到貯漿池時需過濾，漿液中的塊狀及顆粒物質須過濾掉，以防堵管，保證注漿質量和效果。

③壓漿過程中，相鄰壓漿間隙均應不停止制漿攪拌，以保持漿液均勻，不離析。

4、注漿質量控制

①注漿時切實注意觀察注漿泵和孔口壓力值的變化及注漿量的變化。

②掌握好第一次注漿和二次注漿的時間，以保證注漿的正常進行和注漿效果。

③設專人觀察路面的溢漿、冒漿、串漿和其它異常情況。特別是路面基層下，由于部分沉降產生的脫空及裂縫或支裂縫，施工時不易發現，在漿液壓力的作用下，容易造成對路面的隆起。

④發現異常情況，立即停止漿液注入，找出原因，立即采取相應措施進行緊急處理。

2.2.3.注漿后效果評價

荷載型反射裂縫與注漿效果密切相關，如果注漿效果不好，脫空沒有得到徹底治理，會產生屬相位移，豎向位移的存在會造成局部剪切應力較大。因此，建議壓漿完成后3d，用FWD或貝克曼梁對壓漿板檢測彎沉或彎沉差，對于水泥路面而言，當板角彎沉值大于0.105mm，或板橫縫彎沉差大于0.05mm時應重新壓漿，直至合格為止；對于瀝青路面而言，注漿后路面的彎沉應能滿足原路面設計彎沉代表值的要求，不符合要求時應重新壓漿，直至合格為止。

3.工程應用情況

3.1 小孔淺層注漿技術在水泥路面的工程應用案例

通過對廣東粵西某條高速公路水泥路面K3444+000～K3450+000段路面小孔淺層注漿加固施工（施工如圖3.1-1所示），發現各項加固指標均滿足設計要求，施工后路面彎沉顯著下降，檢測結果如表3.1-1所示。本次壓漿漿液配合比采用：水泥：水：復合外加劑（膨脹劑+減水劑）=1：0.5：0.055（0.05+0.005）。

鉆孔 注漿

壓力控制 封孔

圖3.1-1 小孔淺層注漿施工

表3.1-1 施工前后路面代表性點彎沉檢測數據

區段

檢測時間

1

2

3

4

5

K3444+000～800

K3444+800～K3445+00

K3445+000～200

K3445+200～500

K3445+500～800

加固前彎沉值（0.01mm）

37

41

29

28

34

加固后彎沉值（0.01mm）

12

15

9

8

14

圖3.1-1 施工前后路面彎沉檢測結果變化趨勢圖

施工后15d進行現場鉆孔抽芯檢測，水泥漿充填路基層空隙中，多呈薄餅狀，膠結較好，如圖3.1-2所示，達到設計要求。在施工三周后進行路面沉檢測，加固后彎沉值≤0.020mm，滿足設計要求。

圖3.1-2 小孔淺層注漿取樣圖示

施工后3周進行路面高程觀測，發現路面加固后大部分有提升1～8mm，如表3.1-2所示。

表3.1-2 施工后路面高程檢測數據

樁號

測觀值

K3444+

100

K3444+

150

K3444+

200

K3444+

250

K3444+

300

K3444+

350

K3444+

400

K763444++

450

K3444+

500

S（mm）

3.0

2.0

2.0

4.0

6.0

0.0

3.0

4.0

-1.0

注：檢測結果以處治前路表高程為基準

注漿后，路表彎沉達到設計要求，修復面板缺陷后，經過半年通行，路面唧漿、僅漿病害顯著減少，整體路況良好，注漿實施效果達到預期要求。

3.2 小孔淺層注漿技術在瀝青路面的工程應用案例

通過對廣東粵東某條高速公路瀝青路面K76+000～K78+000段路面小孔淺層注漿加固施工，發現注漿后路面的彎沉滿足原路面設計彎沉代表值的要求，從彎沉檢測結果可知（如表3.2-1所示）：原路面的彎沉已遠超設計彎沉26.1（0.01mm），代表彎沉52.2（0.01mm）。通過注漿補強后，路面的彎沉均滿足原路面設計要求，代表彎沉13.8（0.01mm），注漿補強效果顯著。本次壓漿漿液配合比采用：水泥：粉煤灰：水：膨脹劑：高效減水劑=1：0.5：0.7：0.1：0.005。

表3.2-1 施工前后路面代表性點彎沉檢測數據

測點

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

彎沉值（0.01mm）

壓漿前

22

72

18

28

22

24

9

56

40

26

壓漿后

9

9

6

3

9

3

9

3

3

6

測點

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

彎沉值（0.01mm）

壓漿前

22

26

26

26

32

38

26

26

34

34

壓漿后

16

13

6

9

13

3

16

6

9

9

圖3.2-1 施工前后路面彎沉檢測結果變化趨勢圖

注漿后，路表彎沉達到設計要求，經過半年通行，路面唧漿、僅漿病害顯著減少，整體路況良好，注漿實施效果達到預期要求。

四、小結

通過數條高速公路水泥路面與瀝青路面小孔淺層注漿加固實體工程可知，小孔淺層注漿加固技術通過注漿管施加一定壓力將漿液均勻注入基（墊）層中，將原來的松散顆?；蛄严赌z結為整體，改善了原有受力狀態，恢復結構層之間的連續性，達到加固基礎、治理病害的目的，加上小孔注漿成孔設備簡單，施工方便，成本費用較低等優點，因此，小孔淺層注漿技術在加固路面基（墊），提高路面整體結構強度和承載力方面，具有廣泛的推廣應用價值。

參考文獻

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