高等級公路高聚物注漿快速修復技術

薛丹璇，郝東旭，張興宇

(中國市政工程華北設計研究總院有限公司 天津市 300074)

公路建成后在運營期間，受行車荷載、施工質量、環境條件等多種因素的影響，半剛性基層瀝青路面較易發生路面裂縫、車轍、局部網裂沉陷和松散凹槽等典型病害。目前傳統的維修技術以直接加鋪、開挖換填等技術為主，耗時長且花費高，已不能滿足日益繁重的公路養護維修的需求。針對公路快速修復的實際需要，采用高聚物快速注漿修復技術可快速、無損修復路面，而注漿材料和注漿工藝是控制修復效果的關鍵因素。因此，有必要根據公路路基路面的特點，從注漿材料、注漿工藝、注漿技術方案等方面，對高等級公路高聚物注漿快速修復技術開展進一步研究。

1 高聚物注漿技術注漿機理

1.1 注漿材料

高聚物注漿技術是20世紀70年代末發展起來的一種工程維修技術，在國外主要用于工業與民用建筑物的地基加固和地板抬升，近年來引入道路工程，用于公路的典型病害修復。高聚物注漿材料主要有以下幾個特點：

(1)難溶性，高聚物材料除汽油等油類，一般不溶于其他溶劑。

(2)高膨脹性，高聚物材料在芳香族氧化物溶劑里，發生反應后會迅速膨脹，膨脹比高達20∶1，干燥后即恢復材料本來的性能。

(3)穩定性高，耐久性好。高聚物材料的化學性質為中性，一般不易發霉，也不易招致昆蟲等生物。同時，該類材料不易與一般酸堿鹽溶液發生化學反應，穩定耐久。

(4)不宜長期放置在陽光下，易發生變黃、變脆現象，但材料一般是注入地下使用，影響很小。

1.2 注漿機理

高聚物注漿技術的注漿機理，主要是通過向地基內注入多組份高聚物材料，利用材料發生化學反應后的高膨脹性，填充脫空和裂縫等位置，實現微創路面內部病害，從而增強路面結構的穩定性，提升地基承載力。其原理如圖1所示。

具體來講，利用樹脂材料能夠制作低密度、熱固性的聚合物材料，其具有很強的穩定性，優良的防水性能，且難以降解。當兩類液態樹脂接觸產生強烈的化學反應時，能夠釋放500kPa(50t/m2)到10,000kPa(1000t/m2)的膨脹力，用于抬升路面或深層注漿。

采用高聚物注漿技術進行路面修補時，應根據病害的特征，利用特定設備將高聚物材料注入指定的一個或幾個不同的深度，使材料在反應之前流向路面脫空、裂縫等病害處。材料具有良好的彈性和抗拉強度，固化后不會對路面產生額外的作用力，只來源于路面自身荷載。

通常高聚物材料的膨脹速度極快，不易在路面下發生分散現象。一般情況下，材料的膨脹位置會集中于受阻力較小的方向，也就是土基中最軟弱的地方。材料膨脹后可進一步壓密土基，其中上方阻力最小，隨著體積的增大即可抬升路面面板。

2 高聚物注漿技術主要特點

高聚物注漿技術的優勢主要體現在以下幾個方面：

(1)輕質：高聚物的材料密度較低，約150～800kg/m3，低于水泥漿或瀝青材料的十分之一。針對存在軟弱病害的路面結構，維修后產生的附加應力小。

(2)膨脹：高聚物材料發生化學反應后體積快速增大，可填充任意脫空、松散位置。

(3)早強：高聚物材料可迅速固化，在15min內即可實現其最大強度的90%。同時具備優良的彈性和抗拉強度，足以達到實際工程應用的目標。

(4)耐久：高聚物材料耐久穩定，能夠保證在長達十年時間內不產生收縮和變質現象。

(5)防水：注漿的高聚物材料防水性能良好，即使在潮濕情況下，材料在注漿前后均不受影響。固化后還可防止水的滲透，對路面裂縫、接縫等具有良好的密封作用。

(6)安全：高聚物材料的化學性質穩定，在國外經過大量的試驗驗證，符合美國環保署的標準，對環境無污染，不易發霉。

(7)快速：該注漿技術相比傳統的維修技術便捷、簡單，無需養生，可有效提升施工效率。同時注漿后能夠迅速放車通行，對交通影響較小，對于交通量較大的公路更具優勢。

(8)微創：注漿孔直徑約16mm，可最大降低對路面結構的損傷。

(9)可控：整個注漿流程可利用激光水準儀進行監測，能將抬升精度把控至小于2.5mm，從而有效保障路面修補的質量。

(10)用途廣：高聚物注漿技術不僅能應用到公路、隧道、機場路面典型病害處治等，還可以用于工業與民用建筑的地基加固。

3 半剛性基層高聚物注漿快速修復技術

高聚物注漿技術在路面工程中，常用于治理裂縫、脫空、修補塊、唧漿等典型病害，對于不同的病害現場注漿技術方案不同。這里針對一般的半剛性基層的脫空、唧泥等病害，提出了半剛性基層高聚物注漿快速修復技術，主要施工工藝流程如圖2所示。

3.1 注漿前檢測

采用落錘式彎沉儀(FWD)測量準備注漿路段的彎沉值：

(1)荷載設置：50kN；

(3)測點間距：測點距裂縫約25cm。

3.2 注漿孔布置

(1)連續維修路段，注漿孔按縱向間距1.5m、橫向間距1.25m均勻布置(如圖3)。

(2)處理裂縫時，注漿孔沿裂縫兩邊交叉布置，注漿孔距離裂縫0.25m，沿縫間距1m(如圖4)。

3.3 高聚物注漿孔直徑及深度

注漿孔直徑約1.6cm，需鉆至路基頂面。注漿管置于基層中間。具體深度根據結構層情況確定(如圖5)。鉆孔要求采取必要措施，盡量將廢料收集并清除。

3.4 注漿壓力

注漿壓力約7MPa，將高聚物材料壓到注漿位置。

3.5 高聚物注漿實施

用注射槍將雙組分高聚物通過注射管注入相應加固維修位置。注漿量根據彎沉檢測結果確定。

3.6 注漿后檢測

利用落錘式彎沉儀(FWD)對注漿路段進行彎沉檢測，分析評價注漿效果。對注漿不足點進行補注。

1.2 試劑、探針、試劑盒 HER-2/neu(17q12)/CSP17探針、組織預處理試劑盒、原位雜交用蛋白酶(胃蛋白酶工作液)均購于廣州安必平醫藥科技股份有限公司。

3.7 封孔

注漿完成后，注漿孔用道路密封膠填充，以防止路面進水。

3.8 注漿質量控制

(1)注漿后需填充脫空，不抬升路面；

(2)注漿前應對所有裂縫進行彎沉檢測，測點距裂縫約25cm；

(3)注漿前彎沉值大于300μm的點，注漿后應進行復測，以評價高聚物注漿效果；

(4)注漿前后彎沉值應達到標準如表1所示：

表1 注漿前后彎沉值標準

(5)若注漿完成后，測量彎沉值不符合表1標準，則必須進行補注，直到達標。

上述施工方案能夠快速處治下列病害：基層脫空(及積水)、底基層脫空(及唧泥)、路基不密實、封堵裂縫(自下而上)。

4 加載式高聚物注漿技術

對于一般的半剛性基層的脫空、唧泥等病害，如果半剛性基層結構完好，采用上述施工技術可以很好地進行修復，然而也會出現面層或基層松散的半剛性基層路面或者柔性基層(如碎石基層)路面。針對這種情況，假設其基層無法構成一個完整的有機結合整體，若直接利用上述施工工藝，則會出現高聚物材料膨脹后將路面頂起的現象。因此，提出一種加載式高聚物注漿技術，避免這種情況的發生。

加載式高聚物注漿技術是建立在常規高聚物注漿施工的基礎之上，在道路表面設置附加的荷載，來避免高聚物注漿時出現路面頂起的現象。圖6是加載式高聚物注漿施工示意圖。

5 結語

高等級公路高聚物注漿快速修復技術已廣泛應用于快速修復公路的典型病害，不同路面施工工藝不同，針對一般的半剛性基層的脫空、唧泥等病害，提出了半剛性基層高聚物注漿快速修復技術的主要施工工藝流程，嚴格按照施工工藝可保證注漿效果良好。針對出現面層或基層松散的半剛性基層路面或者柔性基層(如碎石基層)路面，其基層無法構成一個完整的有機結合整體，提出一種加載式高聚物注漿技術，避免出現高聚物材料膨脹后將路面頂起的問題。