地聚合物注漿技術在兩港路瀝青路面病害處治工程中的應用研究

■吳超凡方德銘林曉威

(1.西安長大公路養護技術有限公司，西安710000;2.福建省公路管理局，福州350004；3.福州市公路局，福州350002)

地聚合物注漿技術在兩港路瀝青路面病害處治工程中的應用研究

■吳超凡1方德銘2林曉威3

(1.西安長大公路養護技術有限公司，西安710000;2.福建省公路管理局，福州350004；3.福州市公路局，福州350002)

路面非開挖式地聚合物注漿加固的目的是排出路床和路面結構層的明水，用地聚合物注漿材料填充層間空隙，將路面各結構層連接為一個整體，提高路面結構承載能力。本文通過福建兩港路瀝青路面病害處治實例，詳細介紹地聚合物注漿材料的特性、工藝流程，以及地聚合物注漿處治后彎沉變化情況，表明地聚合物注漿加固技術可有效加固路面結構層，提高道路結構承載力。

地聚合物注漿技術瀝青路面處治工藝加固路面結構層

1 引言

地聚合物(Geopolymer)材料是以粘土、工業廢渣或礦渣為原料，通過化學反應得到的具有與陶瓷性能相似的一類新型高性能堿激活膠凝材料，由法國科學家Joseph Davidovits于1985年提出。

地聚合物淺層注漿技術在國內尚處于起步階段，鑒于施工材料注漿技術廣闊的運用發展前景，西安長大公路養護技術有限公司與福建省公路局合作，研發了路基和路面地聚合物注漿材料，并開發出相應的注漿設備與施工控制儀器。

2 地聚合物注漿加固目的

路面非開挖式地聚合物注漿加固與病害處治的目的是通過注漿專用設備，在壓力條件下，將流動性高、滲透性強的地聚合物注漿材料注入微細空隙中，排除層間水分、空氣，填充層間空隙，補強路面結構整體強度。

同時，地聚合物注漿料通過堿性激發劑激活基層或路基填土中的惰性二氧化硅和氧化鋁，并與礦物活性成分進行聚合反應，使地聚合物注漿材料與基層、土壤產生均勻致密粘結性好的結石體，形成地聚合物框架，既擠密路基土，又使路面各結構層連接為一個整體，從而消除路面、路基結構內病害，提高路面結構承載能力。

3 兩港路路面地聚合物注漿加固

3.1 項目概況

長樂市兩港路K248+000～K248+825段瀝青路面鋪設于2012年12月，該路段重載交通比例大。原路面路表病害與結構形式見表1所示，其中舊水泥混凝土路面打裂壓穩采用炮頭鑿空，路面取芯結果表明：水泥穩定層、瀝青碎石層局部松散，局部路床土濕軟，該段路表彎沉值見表2所示。

表1 K248+000～K248+825路表病害與路面結構形式

表2 K248+000～K248+825注漿前彎沉檢測數據

3.2 路面病害原因分析

根據路表病害、取芯、彎沉與雷達檢測結果，初步判定路面出現病害的原因是：采用炮頭鑿孔式對水泥路面進行打裂壓穩，但板塊并未穩定，且炮頭鑿孔后局部出現較寬縱、橫向裂縫，濕軟的路床未能支撐打裂后的水泥板塊，造成水泥穩定基層沿較寬裂縫的水泥板處出現反射裂縫，進而造成瀝青加鋪層反射裂縫；路表水沿裂縫下滲到水泥穩定碎石層與空隙率較大的瀝青碎石之間，在車輛荷載長期作用下，造成水泥穩定碎石和瀝青碎石松散，路床含水量上升而濕軟，導致路表彎沉值變大，出現瀝青路面網裂、下沉等病害。

3.3 病害處治方案

對單點彎沉值大于20(0.01mm)的濕軟路床加固，采用路基加固型DJZ型地聚合物注漿材料；對單點彎沉值大于20(0.01mm)的路面結構層松散與層間脫空病害，采用路面加固型的雙液地聚合物CD型注漿材料，具體注漿材料的技術指標如表3所示，施工順序是較先進行軟弱路基加固，然后進行路面加固。

表3 地聚合物注漿材料主要技術指標

3.4 施工工藝

(1)施工準備

施工段落交通封閉完全按照《公路養護安全作業規程(JTG H30-2015)》的臨時定點外側車道養護維修作業和臨時定點內側車道。

(2)檢測

依據《公路養護技術規范》(JTG H10-2009)與《公路路基路面現場測試規程》(JTG E60-2008)的要求，在地聚合物注漿施工前施工段落各車道沿行車道中央采用FWD動態彎沉測試儀進行路面承載力測試，針對彎沉較大的位置，采用雷達檢測路面結構層情況，指導路面鉆孔深度。

檢測頻率：采用FWD彎沉檢測儀或貝克曼梁對項目路段進行彎沉檢測。瀝青路面：單車道每5m檢測一點，并標記測點位置。

(3)布孔

按照施工前檢測數據及現場路面病害位置，標記需要注漿的位置；然后采用卷尺，進行現場放樣與定孔。

瀝青混凝土路面橫向裂縫處布孔形式采用之字形或梅花樁形，縱向裂縫主要采用之字形沿裂縫每1～1.5m布設一個注漿孔；網裂、沉陷區域采用梅花樁形布孔；注漿孔布孔形式如圖1所示。

圖1 瀝青混凝土路面注漿孔布孔形式

(4)鉆孔

使用直徑16mm或20mm的鉆頭鉆孔，鉆孔采用干法成孔，孔深根據檢測結果而定(一般情況下需穿透灰土層下20～30cm)。

(5)制漿

采用ZJ-150型智能注漿車進行注漿，該注漿車具有智能上水系統，智能上水進入在ZJ-150型智能注漿的攪拌罐，人工投入粉料，攪拌形成漿液。制漿配比：路基注漿采用單液注漿，水∶DJZ型地聚合物混合料=0.34∶1；路面注漿采用雙液注漿料，其中A組分∶B組分=3∶1。地聚合物混合料的技術指標如表3所示。

(6)注漿與封孔

注漿前在注漿孔內塞入配套的PVC管，安裝好注漿頭，壓力控制人員開啟注漿泵，注漿時，在注漿孔30cm范圍內安放路面標高監控儀，若有相鄰的孔冒漿或路面抬升超過0.5mm，則自動停止注漿。注漿結束后，采用木塞封孔，清理注漿孔周圍溢出灑落的漿液。

(7)養生

路基加固的單液地聚合物注漿材料注漿施工完成后，養生時間最少不能低于6h；路面加固的雙液地聚合物注漿材料注漿施工完成后，小型車輛可直接開放交通，大型車輛需養生2h可開放交通。

3.5 地聚合物注漿加固與效果分析

3.5.1 地聚合物注漿加固

⑴舊路狀況評定

采用FWD動態彎沉檢測儀對K248+000～K248+600左側第一、第二車道、K248+000～K248+480右側第一、第二車道，K248+650～K248+825左側第一、第二車道、K248+480～K248+825右側第一、第二車道瀝青路面進行彎沉檢測，共檢測871個點，從中篩選出154個彎沉大于20(0.01mm)的承載力不合格點。

⑵地聚合物注漿注漿加固

K248+000～K248+600左側第一、第二車道、K248+ 000～K248+480右側第一、第二車道瀝青路面修復方案：①DJZ型地聚合物注漿材料沿裂縫走向兩側1.5m范圍采用梅花型1.5m間距注漿加固，注漿深度為地質鉆探揭示的砂層頂，注漿后復測路面彎沉，彎沉值應不大于20 (0.01mm)；②清掃干凈裂縫，用灌縫膠(改性瀝青)修復裂縫。具體見設計圖2。

圖2 K248+000～K248+600左側、K248+000～K248+480右側裂縫處治方案圖

K248+650～K248+825左側第一、第二車道；K248+ 480～K248+825右側第一、第二車道瀝青路面修復方案：①DJZ型地聚合物注漿材料對坑槽、網裂、沉陷等結構性病害影響區域進行結構補強；注漿平面采用1～1.5m間距，梅花樁型布置，注漿寬度為舊路范圍18m(舊路中線左右9m)，注漿深度為地質鉆探揭示的砂層頂。注漿后復測路面彎沉小于20(0.01mm)。②銑刨、挖除病害區域范圍內瀝青上、下面層(4cmAC-13c瀝青混凝土+6cmAC-20瀝青混凝土)；③清掃干凈，粘貼碳纖維復合防裂布；④噴灑專用粘結膠；⑤攤鋪瀝青上下面層(4cmAC-13 SBS改性瀝青混凝土+6cmAC-20 SBS改性瀝清混凝土)：⑥新舊界面用灌縫膠(改性瀝青)修復。具體見設計圖3。

圖3 K248+650～K248+825左側與K248+480～K248+825右側瀝青路面處治橫斷面圖

3.5.2 地聚合物注漿加固效果分析

(1)注漿后彎沉檢測

兩港路地聚合物注漿處治完成后，采用貝克曼梁彎沉檢測儀進行彎沉檢測，彎沉檢測結果表明，地聚合物注漿處治后彎沉值均小于20(0.01mm)。

(2)雷達檢測

注漿前雷達圖像顯示：K248+650～k248+660左側中間車道處道路結構層層位不連續，該處較破碎存在沉陷及層間脫空病害；注漿后雷達圖像顯示：K248+650～k248+660左側中間車道處道路結構層層位明顯，有兩條很明顯的層面，推測該處為注漿漿液固結所致，推測原來的沉陷部位已由漿液填充密實。

圖4 K248+650～k248+660左側中間車道處注漿前后雷達采集處理圖像

4 結論

地聚合物注漿材料具有高滲透性、高流動性、高強度的特性，結合在福建省長樂市兩港路瀝青路面病害處治工程的應用，通車使用一年多來，路面未再出現沉陷、裂縫等病害，使用狀況良好，說明了地聚合物注漿加固補強技術是較好的路面非開挖式結構加固技術，結合地聚合物注漿加固技術在國內其他道路使用效果，值得在路面非開挖式結構加固中推廣應用。

[1]裴連日，孫家瑛.采用地聚合物注漿材料提高道路土路基承載能力[J].中國市政工程,2004(6):10～11.

[2]劉江波.地聚合物道路注漿加固技術研究與應用[J]．城市道橋與防洪,2013(1):145～149.

[3]Davidovits J．Geopolymers and geopolymericmaterials［J］．Journal of Thermal Analysis，1989，35(2)：429～441．

[4]袁鴻昌，江堯忠．地聚合物材料的發展及其在我國的應用前景［J］．硅酸鹽通報，1998(2):46～51．

[5]上海市政工程管理局．公路路基與基層地聚合物注漿加固技術規程［M］．上海:上海市政工程管理局，2008．

[6]李會安.非開挖式地聚合物注漿技術研究與應用[D].長安大學, 2015.

[7]宋俊偉.地聚合物注漿技術在瀝青路面表面病害處治工程中的處治工藝研究[J].公路交通科技(應用技術版),2016,(03):93-96.

[8]中華人民共和國行業標準.JTG H30-2015，公路養護安全作業規程[S].北京：人民交通出版社，2015.

[9]中華人民共和國行業標準.JTG H10-2009，公路養護技術規范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[10]中華人民共和國行業標準.JTJ059－95,公路路基路面現場測試規程[S].北京：人民交通出版社，1995.