東營勝利機場道面不停航注漿施工試驗研究

李 昂

（山東航空港建設工程有限公司，山東 濟南 250101）

1 工程概述

東營機場主跑道長2200m、寬45m，滑行道長2200m、寬18m，停機坪2.54萬m2，此次注漿加固道面板總面積18.4萬m2。道面板結構為水泥混凝土道面，混凝土板厚27cm，道面板基礎為兩層結構，上層結構為厚25cm連續級配砂卵石，下層結構為10cm厚的石灰土墊層。面層混凝土道面板與連續級配砂卵石墊層之間鋪設一層2cm厚中砂找平層。

2 工程特點

（1）施工安全要求高。施工區位于機場圍界內，屬于機場封閉區域內不停航施工，施工中必須做到“空防安全、管線安全、施工安全、運行安全”。（2）只能在夜間停航后至第二天復航前施工，有效施工時間短，夜間施工條件復雜。（3）施工區域內管網密集，地下管線分布復雜，權屬、管理單位分散，涉及機場不同部門，一旦損壞，將影響到機場的正常運行。（4）適航要求高。當日復航前1h需做好適航恢復，靠近跑道處有大量的封孔、道面清掃、降塵等工作。

3 鉆孔、壓密注漿試驗目的

用低壓注漿泵將具有填充、膠結、固化性能的漿液，通過道面板注漿孔注入粒類砂卵石中的孔隙、裂隙或空洞中，經一定時間后，漿液凝結硬化，增加其強度和穩定性，從而加強道面板的整體性，降低不均勻沉降發生概率，防止瀝青蓋被后道面因基礎沉陷發生質量問題。

通過鉆孔試驗確定鉆孔機具、孔深、孔徑、注漿槍膨脹卡具，通過壓密注漿試驗確定漿液配合比、注漿壓力、單孔注漿量、注漿流量、封孔材料等。

4 試驗手段

考慮到跑道基礎墊層的差異離散情況，試驗段面積過小不足以反映道面板基礎的脫空差異度，為取得翔實、全面的注漿參數，試驗段面積按1000m2左右考慮，以便分析存在的問題，及時調整試驗參數。

試驗段選擇距主跑道北端176～188m處（即水泥混凝土道面板排號45#～50#）進行鉆孔、注漿試驗，共計36塊道面板。

4.1 布設孔點位

注漿試驗的一個重要參數是每塊道面板的鉆孔位置，對注漿后基礎強度的提高起決定性作用的是注漿時注漿量的多少。漿液在基礎中的擴散半徑與單塊板布孔數量密切相關，與板底脫空程度以及道面板基礎粒類材料之間的孔隙大小成正比。取單塊板的布孔數量均為5孔，試驗鉆孔分布圖如圖1所示。

圖1 試驗鉆孔分布圖

4.2 鉆孔

（1）鉆具：此次鉆孔試驗采用3種鉆孔機具進行了對比試驗，先用雅馬哈汽油機驅動臺鉆鉆孔，鉆孔效率16個/臺班；后采用220v金剛石水鉆鉆孔，鉆孔效率25個/臺班；第三次采用380v金剛石水鉆鉆孔，鉆孔效率40個/臺班。（2）孔徑：采用38mm、42mm、50mm三種不同孔徑鉆具進行了鉆孔試驗，3種鉆具均可成孔，50mm鉆具效率最高。（3）鉆孔深度：鉆孔從道面板頂面鉆至砂卵石基層底部，約0.52m。

4.3 注漿

（1）工序：孔點位布設→鉆孔→注漿系統調試→安裝壓力傳感器和流量傳感器→注漿→注漿孔封孔→清掃。（2）采用自制機械膨脹注漿卡頭，通過螺旋下壓孔內擴張張緊，防止卡頭上移。（3）注漿壓力和流量控制：由注漿自動記錄儀實時采集注漿壓力和流量。

4.4 注漿封孔工藝

此次試驗了3種材料對注漿完成后的孔口進行封堵試驗：（1）先用水灰比為0.5的普通水泥漿封堵，終凝時間8～10h，終凝后孔口有凝縮下陷現象，鑒于夜間停航窗口期時間較短，普通水泥漿液封堵孔口時間上不能滿足要求，同時終凝后孔口與道面板不齊平，須二次修補，確定普通水泥漿液封堵孔口不適用。（2）后采用堵漏專用灌漿材料封堵，終凝時間1h左右，但專用灌漿材料成本較高。（3）最后采用快硬水泥加水攪拌成水灰比為0.5的快硬水泥漿液進行封孔，終凝時間2h左右，材料成本比普通水泥要高，但對比專用灌漿料有較大的成本優勢。

5 試驗結果分析

5.1 鉆孔機具

汽油機臺鉆自帶汽油發動機動力，無需布設電源線路，大范圍轉移移動方便，但轉速低，鉆孔效率低下，大面積鉆孔不適用，三相電源金剛石水鉆小巧玲瓏，動力強勁，同時一個人可以獨立操作，鉆孔效率高，是道面板鉆孔的理想機具。

5.2 注漿材料

考慮到道面板墊層基礎為砂卵石，孔隙率不大，水灰比大，固然可灌性好，但漿液稀薄，注漿后提高強度有限；調整水灰比過小，可灌性又會變差。因此第一次注漿試驗時調整水泥漿液的水灰比為0.5，試灌時發現水灰比為0.5時漿液可灌性仍較差，有堵管現象。第二次試灌時調整水泥漿液水灰比為0.6，摻加水泥重量25%的粉煤灰，同時為縮短漿液的初凝時間，又加入水泥重量3%的水玻璃，取得了良好的效果。

5.3 注漿壓力值

注漿過程中保持一定的注漿壓力有利于漿液擴散及充填，但注漿壓力過大，道面板抬升過高，會出現錯臺，為保證道面板有一定的抬升量（不大于3mm且不小于0mm），應對注漿壓力進行控制。試驗中觀測到壓力值為0.4MPa左右時，道面板抬升量為0.3～1mm。根據技術要求，道面板允許抬高量不大于3mm，壓力保持在0.4MPa左右時是合適的。

5.4 終止注漿標準

終止注漿標準應結合注漿壓力、道面板抬升量及周邊板縫溢漿情況進行控制，具體參照以下三個原則來控制：（1）注漿壓力超過1MPa，保持注漿10min后可以停止注漿；（2）道面板接縫處有大量的水泥漿液溢出時，應停止注漿；（3）通過水準儀測量觀測到道面板抬升超過3mm 時，應停止注漿。

5.5 注漿次序

為避免注漿時漿液從道面板邊緣流失，施工時應先對跑道最外側邊板進行注漿，封好兩側邊板后，再注中間板塊。單塊道面板應先注四角，后注道面板中心孔，確保跑道中部注漿時漿液不漏失、不外滲。

6 注漿加固后檢測方法及成果分析

注漿加固后采用落錘式彎沉儀（FWD）對道面板注漿前后的彎沉值進行了測試，同時結合現場觀測綜合評估注漿加固后的效果。

6.1 落錘式彎沉儀的工作原理

落錘式彎沉儀通過計算機系統控制下的液壓系統啟動落錘裝置，使一定質量的落錘從一定高度自由落下，沖擊力作用于承載板上并傳遞到路面，從而對路面施加脈沖荷載，導致路面表面產生瞬時變形，分布于距測點不同距離的傳感器檢測結構層表面的變形，記錄系統將信號傳輸至計算機，即測定在動態荷載作用下產生的動態彎沉及彎沉盆。測試數據可用于反算路面結構層模量，從而比較科學地評價路面的承載能力，它具有無破損、測速快、精度高等優點。

6.2 彎沉測試結論

注漿前后對45#～50#道面板區域跑道中線兩側各三塊板進行了彎沉測試，測試結果表明注漿后道面板實測彎沉數值比注漿前大大減少，從彎沉試驗原理可知，彎沉值越小基礎強度越高，板底基礎強度在注漿加固后的提升效果明顯。

6.3 輔助現場觀測

為綜合評估注漿加固后的加固效果，對注漿壓力、注漿擴散半徑、水泥漿液水灰比、道面板抬升值以及道面板接縫、鉆孔周邊孔溢漿情況進行了現場觀測。現場觀測到漿液普遍擴散到注漿孔2m左右的范圍，少量孔漿液最遠擴散到5m，大部分漿液在注漿孔周邊孔處及道面板相鄰的縫隙處溢出。

利用水準儀現場觀測注漿過程中道面板抬升值，是保證注漿加固效果的一個重要手段，觀測抬升值的目的在于：（1）通過注漿前后道面板抬升值的變化直觀判斷注漿加固效果，同時控制道面板的抬升幅度，均勻抬升，避免抬升值過大或過小；（2）通過觀測抬升值，合理確定注漿壓力，在保證加固效果的同時避免抬升過大破壞道面板邊角企口。在注漿試驗過程中觀測到注漿壓力在0.4MPa左右時，道面板抬升量為0.3～1mm。

為保證漿液充分擴散充填的同時避免漿液外溢浪費而污染道面，設定道面板最大抬升控制值為3mm。抬升超過控制值時，應停止注漿。

7 結束語

試驗表明，單塊道面板注漿量差異很大，有很強的離散型，說明道面板下基礎脫空程度不一，砂卵石墊層粒料間的空隙亦存在差異，根據這一特點，通過注漿試驗確定施工參數如下。

（1）道面板鉆孔機具：鑒于380v金剛石水鉆使用50mm鉆具鉆孔效率最高，推薦使用此鉆具進行大面積鉆孔，雅馬哈汽油機臺鉆由于不用外接電源，移動較為方便，在試驗檢測取芯時推薦采用此鉆具鉆取150mm巖芯。（2）鉆孔數：單塊道面板鉆孔數均為5孔，道面板四個角各1個孔，道面板中間鉆1個孔。（3）道面板鉆孔深度：鉆孔從道面板頂面鉆至砂卵石基層底部，長度大約0.52m，為便于施工中控制，實際施工時鉆孔深度均按0.5m控制。（4）壓密注漿材料：采用水灰比為0.6的普通硅酸鹽42.5水泥、粉煤灰（水泥重量的25%）和水玻璃組成（水泥重量的3%）的水泥漿液進行壓密注漿。（5）注漿壓力：施工時注漿壓力一般保持在0.4 MPa左右，最大不大于1MPa。（6）道面板抬升控制值：不大于3mm。（7）停止注漿條件：①注漿壓力超過1MPa，保持注漿10min后可以停止注漿；②道面板接縫處有大量的水泥漿液溢出時，應停止注漿；③通過水準儀測量觀測到道面板抬升超過3mm時，應停止注漿。（8）封孔材料：推薦采用快硬水泥加水攪拌成水灰比為0.5的快硬水泥漿液進行封孔。