地聚合物注漿加固技術在“橋頭跳車”病害治理中的應用

李 熙 ，季曉麗，，鐘世云

（1.上海力陽道路加固科技股份有限公司，上海市 201599；2.同濟大學材料科學與工程學院，上海市 201804）

0 引言

近年來，隨著經濟的持續發展，城市交通和基建行業的發展迅速，我國公路總里程數呈逐年增大的趨勢。經濟持續增長帶來更大的交通流量和交通荷載，對公路建設和養護技術提出了更高的要求。交通行業不斷發展的同時，也遇到了許多的道路病害，“橋頭跳車”便是公路行業中始終無法根治的難題?！皹蝾^跳車”[1]病害是由于道路結構在交通荷載和自重作用下，橋臺構造結構和臺背土體的自身壓縮和不均勻沉降造成的。橋頭跳車對行車安全性與舒適度造成嚴重影響[2]。

地聚合物是由AlO4和SiO4四面體結構單元組成一種三維立體網狀結構的無機聚合物，穩定的Al-O 鍵和Si-O 鍵及獨特的結構賦予了地聚合物優良的力學性能和良好的耐久性[3]。注漿[4]是通過鉆孔設備與專用注漿設備配合，在一定壓力作用下將漿液注入受損的道路結構中，漿液以充填、滲透等方式排出結構層裂隙中的水分和空氣，提高整體密實度與強度。地聚合物漿液進行自身化學反應，與原道路結構層材料之間進行離子交換，在壓力作用下通過惰性充填和擠密壓密作用把原來道路結構材料膠結成整體，形成一個力學性能和耐久性良好的“結石體”，從而達到加固道路結構、預防病害的目的。

本文對江浙滬地區橋頭跳車病害成因進行分析，并簡要介紹地聚合物注漿加固工藝的技術特點，結合地聚合物注漿加固技術在“橋頭跳車”病害治理中的工程案例進行介紹和評價，根據沉降監測的結果對地聚合物注漿加固技術在橋接坡加固工程項目的應用效果和前景進行分析和展望。

1 軟土基地區“橋頭跳車”病害的原因分析

公路軟土路基具有孔隙比大、含水量高、強度低、穩定性差等特點，容易引起路基出現較嚴重的不均勻沉降。

路面在橋頭臺背回填位置出現不同程度的斷裂沉降，車輛通行時出現跳躍，對橋涵和路面造成附加的沖擊荷載，行車顛簸且對車輛造成損壞，嚴重時甚至容易引發交通事故。因此，“橋頭跳車”是道路建設與公路養護行業的難題之一。

“橋頭跳車”病害產生的主要因素包括不均勻沉降、剛度突變、車速，以及車輛本身的抗振性能等。就道路結構本身而言，主要是柔性道路路面與剛性結構物之間的連接處發生不均勻沉降產生錯臺所導致。橋梁主體與橋接坡路面結構的組成材料及其理化性能等存在較大差異，且橋頭部位受力時易形成集中應力。在車輛荷載、結構自重等因素的作用下，橋梁與道路同時持續發生沉降，但兩者沉降速度有很大差異，特別是由于臺背回填土方的壓實度不足和水土流失的影響，道路路面的沉降量遠大于橋梁的沉降量，從而形成錯臺，導致行車時發生橋頭跳車[5]。

2 地聚合物注漿加固工藝的技術特點

地聚合物注漿加固技術是一種區別于傳統道路養護維修工藝的四新工藝，采取非開挖的方式對道路路基和基層進行加固補強。常規道路養護和維修工藝特點見表1。

表1 常規道路日常養護手段特點

與傳統的道路養護維修工藝相比，地聚合物注漿加固技術具有以下技術優勢：

2.1 材料方面

傳統水泥類注漿材料泌水多、穩定性差、體積收縮大、耐久性差，而地聚合物注漿材料流動度大、可注性好、穩定性好、強度高、耐久性好。此外，地聚合物還具有良好的黏結性。通過一系列試驗已經證明：地聚合物與道路基層和路基材料，特別是二灰土、水泥穩定碎石、三渣混合后，均能取得較理想的理化性能。因此，地聚合物是一種理想的道路路基與基層加固的注漿材料。

2.2 工藝特點

（1）從根本上對道路的結構基礎進行修復加固，突破治標不治本的傳統養護方法

（2）非開挖、無障礙、全天候施工，可迅速開放交通，大大舒緩了日益增大的環境和交通的壓力。

（3）施工便捷，對周邊影響小。

地聚合物注漿加固技術適用于非開挖條件下的道路基層、底基層和路基的病害修復與結構補強，重點針對道路內部結構性病害，能有效改善甚至解決傳統養護技術無法根除的路面結構層病害問題，提高道路路基和基層的承載力。此外，該技術充分利用路面面層結構的材料和殘余價值，大幅度降低了道路養護維修造成的資源浪費。

3 工程案例

3.1 工程概況

選取浙江省某座橋梁橋接坡養護維修工程作為案例。該橋左橋始建于1986 年，右橋始建于1996年，2006 年進行拼寬改建。新老橋面整體重新澆筑10 cm C40 鋼筋混凝土+5 cm 瀝青混凝土，拼寬后橋梁與路基同寬。運營年限較長，交通流量大，橋接坡路面出現車轍、橫向裂縫、擁包、坑洞、“橋頭跳車”等病害，其中以“橋頭跳車”現象最為嚴重。路橋過渡段（橋接坡路段）道路路面結構為4 cmAC-16 瀝青混凝土+6 cmAC-25 瀝青混凝土+30 cm 二灰穩定碎石+5 cm 級配碎石調平層+ 水泥混凝土破碎層，臺背回填土深度約3 m。

根據歷年定檢報告中對橋臺部位的檢測結果：

（1）2012 年浙江省國省道定檢報告表明，橋梁的臺身砌石沉降開裂，因沉降導致臺身混凝土出現長度約3 m 的裂縫，分別如圖1、圖2 所示。

圖1 2012 年定檢臺背砌石沉降開裂

圖2 2012 年定檢臺背混凝土橫向開裂

（2）2015 年浙江省國省道定檢報告顯示，橋梁的老橋部分伸縮縫即橋搭板位置“跳車”嚴重。

（3）2016 年浙江省國省道定檢報告顯示，“橋頭跳車”病害嚴重，臺身砌石出現2 處貫穿裂縫，臺身混凝土出現長度4.8 m、寬度3.5 mm 的貫穿裂縫，分別如圖3、圖4、圖5 所示。

圖3 橋搭板位置“橋頭跳車”病害

圖4 2016 年定檢臺背砌石貫穿裂縫

圖5 2016 年定檢臺身混凝土貫穿裂縫

3.2 地聚合物注漿加固治理方案

本項目采用地聚合物注漿加固技術對路橋過渡段橋接坡進行加固，對臺背填土進行地聚合注漿加固處理，提升臺背土體的強度和密實度。同時，對橋搭板下部脫空區域進行填充修復，改善治理“橋頭跳車”病害，延緩臺背病害的產生，并達到快速開放交通的目的。

3.2.1 材料的選擇

本次注漿采用上海力陽道路加固科技有限公司自主研發生產的LY-II 50 型地聚合物注漿材料，施工配合比和材料性能指標見表2。材料具有良好的流動性和滲透效果，施工完畢后經過1d 的養護即可恢復交通運營，具有良好的經濟效益、技術效益和社會效益。

表2 LY-II 50 型地聚合物注漿加固施工配合比及性能指標

3.2.2 注漿加固工藝流程和參數設計

加固順序先路基，后基層。采用插管注漿工藝。具體施工工藝步驟為：孔位布置→鉆孔→清孔→埋注漿管→漿料制備→深層路基注漿加固→淺層基層注漿加固→養護1 天開放交通→交工驗收（進行后續瀝青面層的重建）。

根據注漿設計，采用兩次注漿——深層注漿與淺層注漿，深淺孔穿插布設，矩形方式布孔，注漿孔距2 m，排距2 m，孔徑Φ50 mm。這樣做的目的是保證本次注漿加固區域內的漿液充分滲透，交叉重疊形成一個整體。注漿加固孔按圖6 現場進行布設。第一排孔沿橋搭板邊緣布設，平面布孔示意圖如圖6所示。

圖6 注漿加固孔位布置圖（單位：cm）

注漿加固深度如圖7 所示。深層注漿時，應由深而淺連續進行分層注漿。注漿由下而上，分層注漿，每次提管高度不超過0.5 m，確保每個注漿段漿液飽和、滲透均勻，逐漸降低注漿壓力，地面以下1m 左右注漿壓力降為0.3 MPa 左右。

圖7 橋接坡各路段注漿深度示意圖（縱剖面）

3.3 監測評估方式

為了更加直觀地分析、評價地聚合物注漿加固技術在該橋橋接坡加固工程的應用效果，對該橋橋北側（未注漿加固路段，前期進行小修，對路面瀝青進行銑刨加罩）和橋南側（注漿加固范圍）分別進行為期半年的沉降監測，再將數據進行對比。

本次注漿加固效果評價選用橋梁的東半幅南北兩側橋接坡作為監測對象，采用蘇州一光DSZ1 型高精度水準儀進行沉降觀測，精度0.1 mm，每千米往返測量高差標準偏差不大于0.7 mm。

3.3.1 監測點布置

如圖8 和圖9 所示沿橋接坡，采用沉降標記鋼釘進行標記，在距橋頭5 m（橋頭搭板邊緣）、15 m、25 m 位置布置監測點，每個水平高度位置布置2 個監測點。

圖8 觀測點位置示意圖（縱剖面）

圖9 監測點水平位置示意圖

3.3.2 定期監測記錄數據

選取一個固定的觀測位置（觀測位置基礎穩定，無明顯沉降等問題，距離橋接坡坡底30 m 左右），對每個監測點進行編號，定期在固定位置監測每個監測點標高的變化情況。每條水平線所有監測點沉降數據取平均值，作為該位置的沉降情況。

（1）監測頻率每個季度一次，并記錄每個監測點的標高，測算該位置路面沉降情況。

（2）選取橋梁的南側橋接坡（未注漿加固），設置觀測點，作為對比。

3.4 沉降監測結果

對橋接坡路面沉降監測結果見表3。

表3 一定時間后各監測點位沉降值 單位：mm

橋南側注漿加固橋接坡與橋北側未注漿加固橋接坡各監測位置沉降幅度對比情況如圖10 所示。

圖10 注漿加固橋接坡與未注漿加固橋接坡各監測位置沉降幅度對比（單位：mm）

4 小結

4.1 注漿加固效果

本項目采用地聚合物注漿加固技術對橋接坡臺背填土區域進行注漿加固，增大臺后路基的強度和承載力，改善和延緩橋頭因回填土方下沉和軟土路基沉降產生的跳車病害，能顯著改善橋頭結構的密實度，提高橋接坡道路整體承載力。處理好臺背軟弱地基，修復破碎的結構層，填充臺背土基沉降產生的孔隙，是控制橋頭跳車的重要措施。

通過定期監測對比橋梁東半幅南北兩側橋接坡沉降情況，對數據分析對比后可知，采用地聚合物注漿工藝對橋接坡進行加固的南側橋頭，注漿加固3個月、6 個月、12 個月和18 個月后的沉降幅度均明顯低于北側橋頭接坡。

采用地聚合物注漿加固工藝進行加固補強的橋梁南側接坡，3 個月沉降幅度在0～1 mm，半年后各點位沉降幅度在0.5～3 mm，12 個月后各點位沉降幅度在1～5 mm，18 個月后各點位沉降幅度在3～7 mm。未注漿加固的北側接坡，3 個月沉降幅度在2～5 mm，半年后各點位沉降幅度在4.5～8.5 mm，12 個月后各點位沉降幅度在7～14 mm，18 個月后各點位沉降幅度在12～18 mm。地聚合物注漿加固工藝大幅度延緩了該橋橋接坡軟土路基的沉降。

4.2 社會價值與意義

地聚合物注漿加固技術，在橋接坡沉降治理工程的應用實施具有重大的社會意義，具體如下：

（1）材料理化性能好，綠色環保。地聚合物材料具備良好的流動性和滲透性，具有較高的早期和后期強度，耐腐蝕、耐久性較好。地聚合物制備工藝簡單，低能耗、低排放、減輕環境的負荷。

（2）非開挖，無障礙施工，交通影響小.采用非開挖條件下的路面強度補強技術能夠減少交通中斷的時間，對橋梁和接坡主體結構影響極小，施工后養護約1 d 即可開放交通，減小社會影響。

（3）施工方便，易于控制。施工設備體積較小，施工便捷，加固深度可調節，有利于施工技術人員的精細化管理和質量把控。

（4）施工造價費用低，提升交通安全性.。由于注漿工藝成熟，從技術經濟角度比較，造價大幅降低。大幅度減緩土基沉降和橋頭跳車病害的出現，提升行車安全，降低橋接坡維修養護的頻率。

目前，行業內對于“橋頭跳車”仍沒有有效根治的辦法。本次橋接坡注漿加固工程案例的實施和效果，以及所采用的評估監測方式，對地聚合物注漿加固工藝在江浙滬地區“橋頭跳車”病害治理項目的應用具有良好的參考與借鑒價值。