高速公路瀝青路面唧漿病害處治技術(shù)探討

孫曉飛

(新疆交通科學(xué)研究院 烏魯木齊市 830000)

0 引言

水損壞是瀝青路面病害形式之一，不論在南方多雨地區(qū)還是在北方季凍地區(qū)，其中以唧漿病害最為常見，尤其是在半剛性基層結(jié)構(gòu)的瀝青路面中。唧漿病害表現(xiàn)于路面面層，而實(shí)際發(fā)生于路面基層，因此在病害早期難以發(fā)現(xiàn)，預(yù)防較困難。并且唧漿病害發(fā)展演變較快，處治不及時(shí)會(huì)很快發(fā)展成松散、坑槽等嚴(yán)重病害，很大程度影響道路使用功能及安全性，是不可逆的結(jié)構(gòu)性破壞[1]。由于唧漿病害形成原因復(fù)雜，處治難度較高，近年來愈發(fā)受到相關(guān)養(yǎng)護(hù)部門、專業(yè)人士的重視。依托G30線哈密段(K3117～K3157)下行中修工程，進(jìn)行高速公路瀝青路面唧漿病害成因機(jī)理分析，并探討工程中使用的高聚物注漿技術(shù)，為高速公路瀝青路面唧漿病害的處治提供參考。

1 高速公路瀝青路面唧漿病害成因機(jī)理分析

瀝青路面水損壞是指在汽車荷載不斷地重復(fù)作用下，進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)中的水產(chǎn)生動(dòng)水壓力或真空負(fù)壓抽吸反復(fù)作用，在高能量的水分子的界面作用下，最終使得瀝青膜從集料表面脫離，瀝青混合料產(chǎn)生掉粒、松散現(xiàn)象。尤其是半剛性基層結(jié)構(gòu)的瀝青路面，由于材料特性易產(chǎn)生上下貫通的裂縫，水透過路表面滲入基層，長時(shí)間滯留于基層結(jié)構(gòu)中，難以蒸發(fā)，是唧漿病害形成的一個(gè)重要因素。而在新疆地區(qū)，高速公路瀝青路面大部分采用半剛性基層結(jié)構(gòu)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，特別是在季凍區(qū)，水損壞比例高達(dá)70%以上[2]。

1.1 外部因素

高速公路瀝青路面水分來源主要為地表水、地下水、結(jié)構(gòu)水，地下水主要為路基毛細(xì)水上升，地表水主要為大氣降雨，水是產(chǎn)生唧漿病害的必要條件，其中主要來源為大氣降雨。

1.2 內(nèi)部因素

新疆地區(qū)高速公路普遍采用半剛性基層結(jié)構(gòu)，半剛性結(jié)構(gòu)材料具有溫縮特性、干縮性、易開裂特點(diǎn)，水易通過裂縫進(jìn)入基層內(nèi)部，而半剛性結(jié)構(gòu)材料較為緊密，水滲入后難以繼續(xù)下滲，且不易蒸發(fā)。水分長期留存于半剛性材料當(dāng)中，在不斷的浸泡下形成灰漿。

1.3 動(dòng)力來源

唧漿病害的動(dòng)力來源主要為車輛荷載作用下產(chǎn)生的擠壓力和泵吸力。降雨時(shí)瀝青路面表面產(chǎn)生薄層水膜，車輪高速行駛在水膜上，輪下產(chǎn)生巨大的動(dòng)水壓力，在路面裂縫等已深入較多水的部位動(dòng)水壓力更大，在面層空隙率較大處還將水強(qiáng)制壓入瀝青面層，沖擊基層，輪胎駛離后由于泵吸作用基層表面的灰漿通過裂縫或較大的空隙被吸出路面，車輛造成的擠壓和泵吸作用反復(fù)不斷，唧漿病害不斷加劇。由動(dòng)水壓力的理論得出動(dòng)水壓力與行車速度的平方成正比，即隨行車速度呈級(jí)數(shù)增長[3]。

2 唧漿病害處治措施

G30線哈密段(K3117～K3157)下行于2010年交工使用，至今運(yùn)營10年左右，運(yùn)營期間由哈密公路管理局進(jìn)行日常養(yǎng)護(hù)及處理部分病害，未進(jìn)行大中修養(yǎng)護(hù)。日常養(yǎng)護(hù)主要內(nèi)容有橫、縱向裂縫維修，局部路段龜裂、坑槽修補(bǔ)等。路面結(jié)構(gòu)為4cm中粒式瀝青混凝土上面層AC-16C+6cm粗粒式瀝青混凝土下面層AC-25F+30cm水泥穩(wěn)定砂礫基層+15cm天然砂礫底基層。

作為新疆進(jìn)出疆重要的運(yùn)輸以及通行道路，近年來G30線哈密段交通量以及交通荷載迅速增長，再加之近年來哈密雨水較豐富，因此在長期交通荷載和氣候環(huán)境因素作用下，路面出現(xiàn)了嚴(yán)重的唧漿、縱橫裂縫等病害，已經(jīng)嚴(yán)重影響到行車舒適性和安全性。項(xiàng)目路段內(nèi)路面病害逐年加重，維修工程量及難度持續(xù)增加，需及時(shí)進(jìn)行大中修。

通過選取G30(K3117～K3157)下行典型唧漿病害處，分析對(duì)比中修前后的路面破損PCI指標(biāo)、探地雷達(dá)數(shù)據(jù)、路面彎沉指標(biāo)，探討唧漿病害處治措施的工藝與實(shí)際工程應(yīng)用效果。

根據(jù)現(xiàn)場檢測得出G30(K3117～K3157)下行路面破損率，具體如圖1所示。

采用SPSS 21.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)量資料以（均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差）表示，采用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以（n，%）表示，采用χ2檢驗(yàn)，以P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 G30(K3117～K3157)下行路面PCI指標(biāo)(中修前)

由路面PCI指標(biāo)結(jié)合路面現(xiàn)場調(diào)查情況得出G30(K3122～K3124)下行唧漿病害(圖2)、縱橫裂縫處PCI指標(biāo)較差。

圖2 G30(K3122～K3124)下行唧漿病害

通過對(duì)G30(K3122～K3124)下行探地雷達(dá)分析，結(jié)果如圖3所示，唧漿病害處存在層間脫空現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)層松散、層位不連續(xù)。

圖3 G30(K3122～K3124)下行路面探地雷達(dá)分析圖(中修前)

3 高聚物注漿技術(shù)應(yīng)用探討

相比較傳統(tǒng)的挖除重鋪處治措施，高聚物注漿技術(shù)是由分別裝在不同的密封容器中的兩種液體組分，按照一定的混合比例在一定壓力作用下，兩種液體充分混合，發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)過程中形成流塑狀的混合體，在注漿壓力和材料反應(yīng)體積膨脹的作用下不斷地填充周圍土體中的孔隙和壓密土體，并將路基中的積水沿裂縫或尚未注漿的管道擠出，起到排除唧泥(或水)、密封和固化含水基層的作用，從而穩(wěn)定面層。高聚物材料不含水，不會(huì)產(chǎn)生干縮現(xiàn)象，能夠密實(shí)填充脫空。高聚物注漿形成的材料具有很好的柔韌性，抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度比較接近。材料為彈性體，因此不容易發(fā)生開裂，并具有較好的抗?jié)B性，能阻止雨水下滲。

3.1 高聚物注漿技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

(1)對(duì)交通影響小、開放交通快。

(2)施工工藝簡單、對(duì)路面結(jié)構(gòu)擾動(dòng)小。

(3)不產(chǎn)生廢棄舊料、低碳環(huán)保。

(4)處治效果“對(duì)癥下藥”，能夠補(bǔ)強(qiáng)路面整體強(qiáng)度，提高路面承載能力。

3.2 高聚物注漿技術(shù)步驟

(1)注漿路段定位：確定出現(xiàn)問題的路段，并根據(jù)其危害程度、位置確定合理的施工方案。

(2)標(biāo)記注漿孔位置：注漿孔距離裂縫25cm，沿縫間距50～100cm，交叉布設(shè)。

(4)鉆孔：鉆孔的深度為距面層頂面75cm處。為保證不對(duì)路面清潔造成影響，應(yīng)及時(shí)清理鉆孔。

(5)安裝注漿孔：按照高聚物注漿技術(shù)的要求，將PVC管長度截取約為40cm左右，并通過注漿孔置于基層中間。

(6)安裝注射帽：把注射帽凹型邊緣清理干凈，并用工具將注射帽導(dǎo)入PVC注射管內(nèi)。

(7)注漿：注漿時(shí)將注漿壓力維持在大約為7MPa，通過輸液管道，將高聚物材料送至注射槍。高聚物材料從注射槍口射出并通過注漿PVC管輸送至產(chǎn)生路面破壞的地方。高聚物迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，材料由液體轉(zhuǎn)化為固體，體積發(fā)生明顯的膨脹。

(8)注漿后彎沉檢測：利用FWD對(duì)修復(fù)路段進(jìn)行彎沉復(fù)檢。對(duì)注漿路段進(jìn)行現(xiàn)場觀測，以評(píng)價(jià)注漿的效果。如若出現(xiàn)注漿不足點(diǎn)還需對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)注。

(9)封孔：為保持路面的整體性，防止雨水侵蝕，使用道路密封膠將注漿孔封住，并盡量保持路面的平整。

(10)清理環(huán)境。

采用高聚物注漿技術(shù)后，復(fù)測路面破損PCI指標(biāo)、探地雷達(dá)數(shù)據(jù)、路面彎沉指標(biāo)結(jié)果如圖4、圖5和表1所示。

圖4 G30(K3117～K3157)下行路面PCI指標(biāo)(中修后)

圖5 G30(K3122～K3124)下行行車道路面探地雷達(dá)分析圖(中修后)

表1 注漿前后彎沉值對(duì)比

通過對(duì)G30(K3122～K3124)下行路面進(jìn)行指標(biāo)復(fù)測，唧漿病害修復(fù)處路面破損PCI指標(biāo)明顯提高，按《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]JTG 5421-2018中PCI評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，中修后路面PCI指數(shù)普遍≥92分(評(píng)定結(jié)果為“優(yōu)”)；探地雷達(dá)結(jié)果可看出之前唧漿病害脫空位置明顯被填滿，層面明顯，表明該位置已被注漿體填充密實(shí)；通過注漿前后彎沉值對(duì)比，結(jié)果表明彎沉值均有所下降，降低率達(dá)到46.3%，并且小于20(0.01mm)，說明注漿后路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯提高，達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求，提高了整體路面承載能力。

以上數(shù)據(jù)結(jié)果分析表明，高聚物注漿技術(shù)能夠在處治唧漿病害的過程當(dāng)中充分發(fā)揮其特有的優(yōu)點(diǎn)，有效地修復(fù)唧漿病害，提高路面整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

4 結(jié)語

依托G30(K3117～K3157)下行中修實(shí)際工程，介紹了高速公路瀝青路面唧漿病害產(chǎn)生機(jī)理，高聚物注漿技術(shù)處治措施的優(yōu)點(diǎn)；并通過注漿前后的路面破損PCI指標(biāo)、探地雷達(dá)數(shù)據(jù)、路面彎沉指標(biāo)對(duì)比分析高聚物注漿技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，結(jié)果證明了高聚物注漿技術(shù)可以有效地處治唧漿病害并且能夠提高路面結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。與此同時(shí)，也應(yīng)根據(jù)唧漿病害機(jī)理做好合理的預(yù)防措施，達(dá)到有效減少高速公路瀝青路面水損壞發(fā)生的目的。