地聚合物注漿技術在揚州市文昌路提升改造工程中的應用研究

成哲

摘要 當前，我國已建和在建的城市道路的結構多為采用水泥、石灰穩定的半剛性基層加瀝青混凝土柔性面層，揚州城市道路也是如此。隨著超載超限問題的日益加重，城市車輛爆炸式增長導致的交通量急劇增加，以及氣候環境和軟土條件的影響，揚州城市道路出現了不同程度的病害，嚴重影響了道路使用性能。文章以揚州市文昌路提升改造工程為例，詳細介紹地聚合物注漿的材料特性、工藝流程以及注漿處理后道路彎沉的變化情況，并對注漿后的效果進行了評價。

關鍵詞 非開挖;地聚合物;注漿技術;路面結構層加固;病害處治

中圖分類號 U418 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）01-0146-03

0 引言

目前，開挖法仍廣泛應用于道路病害處理和日常養護維修中。但市政道路往往伴隨著交通流量大，地下管線復雜，文明施工要求高，工期緊等困難，以往常用的開挖法存在諸多弊端，限制了開挖法的大規模應用。此外，對于大多數道路破損情況，僅對道路面層進行修補治標不治本，并沒有徹底解決道路病害問題，短時間內必然再次破損，必須對道路基層或者路基進行處理，以提高道路的整體承載能力[1]。

為了解決以上問題，在日常道路管養過程中引入新技術、新材料、新工藝，單位領導帶隊赴南通考察學習地聚合物注漿技術。該技術不僅具有非開挖式路基修復的優點，而且其采用的地聚合物注漿材料比水泥材料或有機高聚物材料具有更多的優點。地聚合物注漿技術能夠在對交通通行影響很小的情況下處理道路路基和基層病害，而且成本低、速度快、污染少、干擾小，可以有效解決道路路基和基層問題，提高道路承載力[2]。該技術已在南通市政道路養護維修中取得不錯的效果，值得推廣。

1 地聚合物注漿的材料特性及工藝流程

1.1 地聚合物材料

要了解地聚合物注漿技術，首先必須了解什么是地聚合物材料。地聚合物材料是由AlO4和SiO4四面體結構單元組成的具有三維立體網狀結構的無機聚合物。這一概念最早是由法國人Davidovits在1978年提出。地聚合物材料的生產工藝與陶瓷類似，是在較低的溫度條件下（50～180℃），以粘土、工業廢渣或礦渣為原料，采用適當的工藝處理，通過化學反應得到的一種性能也與陶瓷相似的新型材料，因此，地聚合物也被稱為電解陶瓷、低溫不燒陶瓷或化學鍵合陶瓷。地聚合物材料同時具備陶瓷、水泥和有機高聚物的特點，具備優良的機械性能和耐酸堿、耐火、耐高溫的性能，因此其在建筑材料、高強材料、固核固廢材料、密封材料和耐高溫材料等方面均有應用[3]。由于地聚合物可以利用礦物廢物和建筑垃圾作為原料，如果其生產成本能進一步降低，地聚合物有取代普通水泥的可能。

傳統的道路注漿加固材料主要有水泥漿液和有機高聚物漿液。水泥漿液存在強度增長緩慢、后期強度低、耐久性差等缺點;而有機高聚物漿液只能擠走地下空隙中的空氣和水分，只具有填充空洞的作用，無法提高基層的結構強度和道路的承載力。與水泥漿液和有機高聚物漿液相比，地聚合物漿液具有較好的流動性、保水性能和壓力下的體積穩定性，凝結后早期強度高，無收縮、微膨脹，是一種適用于市政道路結構加固的注漿材料。

1.2 道路注漿加固原理與工藝

注漿是通過注漿泵吸入漿液，流經高壓管，再注入道路路基和基層中，漿液在周圍的土體中以滲透、填充、壓密和擴張的方式擠走土體縫隙里的水分和空氣，形成漿脈。而地聚合物漿液通過注漿的方式注入土體后，漿液通過化學膠結、離子交換、惰性充填和擠密壓密作用把原來道路中的土壤及碎石膠結成一個整體，形成一個結構新、強度大、防水性能高和化學穩定性良好的“結石體”，從而達到提高結構層強度、降低彎沉值、增加路基及基層的穩定性、增強道路結構使用壽命、提高道路承載力的目的[4]。

地聚合物注漿的施工工藝與普通注漿工藝基本相同，此處不再贅述，相關施工工藝細節將在后文結合工程項目案例加以詳述。

2 地聚合物注漿技術在工程實例中的應用及注漿后效果評價

2.1 文昌路提升改造工程項目概況

文昌路是揚州市城市主路網中最重要的東西向干道，是揚州主城區主干路網中的重要橫向骨架，是城市的東西向交通大動脈。經過多年的建設，文昌路不斷拓寬延伸，形成東至廣陵大橋，西至揚溧高速，全長約 17 km，路幅達 34～60 m的城市主干路。因其年代久遠，致使整條道路路面結構復雜，道路基層存在泥結碎石、貫入式、二灰碎石、水泥穩定碎石、水泥混凝土等等多種結構形式，道路面層為瀝青材料主要為 AC 類，該次文昌路提升改造工程主要是對機動車道路基路面進行提升改造。

2.2 地聚合物注漿加固方案

根據對老路的結構類型及病害情況調查，結合鉆芯取樣結果和老路彎沉數據，針對文昌路路基路面結構設計了多種處理方式，該文僅對其中涉及地聚合物注漿處理的兩種方式進行詳細介紹。

方案（1）：對基層為水穩或二灰碎石路段，應先進行彎沉檢測，原瀝青路表回彈彎沉>27（0.01 mm）的路段先進行地聚合物注漿加固處理，注漿結束后，根據規程要求進行路面彎沉檢測，當瀝青路表回彈彎沉值≤27（0.01 mm）或彎沉值降低率達到30%后，銑刨原有瀝青面層，并回鋪 12 cm 瀝青面層（4 cm 瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13+8 cm 中粒式瀝青混凝土SUP-20）。

方案（2）：對基層為舊水泥板路段，應先采用探地雷達檢測板塊脫空情況，對脫空板塊進行地聚合物注漿加固處理，注漿結束后，銑刨原有瀝青面層，根據規程要求對原有水泥混凝土板角行彎沉檢測，當板角單點實測彎沉值≤14（0.01 mm）且板間彎沉差≤6（0.01 mm）時，視為處理合格，否則應進行二次注漿直至合格為止，板縫間切縫、清掃、灌縫，縱橫縫貼自粘式聚酯玻纖布，處理好的水泥板上鋪 1 cm 橡膠應力吸收層，最后回鋪 12 cm 瀝青面層（4 cm 瀝青瑪蹄脂碎石SMA-13+8 cm 中粒式瀝青混凝土SUP-20）。

地聚合物注漿材料主要技術性能指標應符合表1的要求，該項目因交通壓力較大且工期緊張，全線注漿材料均采用早強型。注漿工藝主要參數為：注漿深度約 80～

120 cm，注漿壓力水泥板塊面脫空處治一般為1.0～1.5 MPa，瀝青路面結構加固病害處治一般為0.4～0.8 MPa，注漿量70～120 kg/m2，孔距150 cm，孔徑50 mm，可結合試驗段的試驗結果適當調整。注漿孔的設置方式：a、瀝青混凝土路面注漿孔宜采用梅花形布置或矩形布置，并主要位于輪跡帶上，該項目建議采用梅花形布置;b、水泥混凝土板塊注漿孔宜采用梅花形式布孔，在四個板角處距相鄰接縫50 cm位置布設注漿孔，板塊中央布設排氣孔;c、道路橫縫處注漿孔宜采用梅花形布置或“之”字形布置，該項目建議采用“之”字形布置[5]。

2.3 地聚合物注漿施工注意事項

地聚合物注漿施工專業性技術性很強，應由專業的具有相應資質和施工經驗的施工隊伍進行施工，在施工過程中還需注意以下幾個施工要點：

（1）施工前應先查明地下管網、管線的分布情況，由各管線產權單位對施工方進行詳細交底，并在施工現場做好對接工作。如果盲目進行施工，一旦在鉆孔時對燃氣、供水、電力、國防光纜等地下管線造成破壞，必將釀成大禍。對于已查明的地下管線，應在路面上做好警示標識，施工時應予以避讓。

（2）改性地聚物注漿施工是在現有道路上臨時占道施工，施工段落的交通封閉應滿足《公路工程施工安全技術規范（JTG F90—2015）》的要求，以保證施工安全及交通安全。該項目因文昌路交通壓力較大，改性地聚物注漿施工均放在夜間（20：00—6：00）車流量較小時分車道分段進行施工，不中斷交通。施工現場應有專職安全員負責施工安全，專職交通安全員負責交通封閉區域的交通安全。

（3）改性地聚物注漿順序應由外向內，邊緣注漿時的壓力不宜過大，并且宜分序進行注漿，隔孔跳注。當道路面層和基層存在裂縫、松散、破損等情況時，宜采用先上部基層低壓后下部路基較高壓注漿，下部注漿應在上部注漿材料同條件養護試塊強度達 5 MPa 以后進行。

（4）注漿時若注漿泵壓力無明顯增高或路基無明顯的隆起，可盡量多注。當注入大量漿液壓力沒有增高時要考慮漿液有可能沿著地下空洞、泉眼、井壁縫隙等滲出，此時應立即停止注漿，查明原因，然后采取相應措施。

（5）注漿時應對路表隆起進行監測，對于注漿過程中的竄漿、冒漿和路面抬起等現象應當密切監控，隨時調整注漿相關參數。

（6）根據環保及文明施工要求，當天施工結束后開放交通前，應將路面殘留的漿液及時清理，防止出現粉塵和泥漿污染。

2.4 地聚合物注漿施工效果及評價

文昌路地聚合物注漿處治完成后，根據加固方案中的彎沉控制標準對注漿路段進行彎沉檢測，對基層為水泥混凝土板塊的路段輔以雷達檢測，根據檢測結果對注漿效果進行評價。

2.4.1 注漿后彎沉檢測

文昌路地聚合物注漿處治完成后，采用貝克曼梁彎沉檢測儀對路面進行彎沉檢測，將彎沉檢測結果與注漿前彎沉檢測結果進行對比（見表2），注漿后彎沉值符合彎沉控制標準，達到預期要求。

2.4.2 探地雷達檢測

對基層為舊水泥板路段，注漿前先采用探地雷達對道路進行檢測，找出脫空板塊，對脫空板塊注漿后在同一部位進行復測，復測的雷達圖像顯示該處道路結構層層位明顯，波形平順且連續，說明注入的漿液已將地下空隙完全填充，且與周圍土體形成整體，達到預期加固效果。

2.4.3 效果評價

彎沉檢測和雷達檢測結果表明，采用地聚合物注漿材料對道路進行注漿加固后，病害路段彎沉值有了明顯下降，基層結構得到了明顯加強，道路承載能力大幅度提高，達到了預期效果。從工程施工工期和工程造價的方面分析，若采用開挖法處治道路病害，該工程工期需6～8個月，每平方造價經測算約197元，而采用地聚合物注漿技術后，該工程僅用3個月時間就施工完成，招標控制價中地聚合物注漿（早強型）施工每平方僅需106元，遠低于開挖修復法，對于交通壓力較小的道路，若采用普通型注漿材料還能進一步降低施工造價。從道路運營狀況分析，該工程竣工通車兩年多以來，路面未再出現沉陷、坑槽、裂縫等病害，使用狀況良好[6-7]。

3 結語

地聚合物注漿技術通過對路面進行非開挖式結構補強與病害處治，能夠提高道路基層結構強度，較為徹底地處治道路病害問題，且病害處治后的路面性能達到同一道路完好路面的技術標準。該注漿處治技術對城市道路病害處治針對性強、修復時間短、交通影響小、維修費用較傳統工藝顯著降低，對于市政道路管養具有明顯的社會意義和經濟效益。通過該注漿處治技術在文昌路實體工程中的應用，發現地聚合物注漿技術能在對市政道路交通影響很小的情況下經濟快速有效地解決城市道路病害，提高道路結構強度和使用年限，是適合市政道路管養維修的新技術、新材料、新工藝，值得推廣應用。

參考文獻

[1]瞿志軍.地聚合物注漿技術在南通市政道路加固中的應用[J].中國市政工程，2016（3）：8-10.

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

[3]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.

[4]徐建軍，吳開勝，趙大軍.用于道路修復加固的地聚合物注漿材料的研制[J].新型建筑材料，2016（3）：26-28.

[5]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，2016（3）：93-96.

[6]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.

[7]吳超凡，方德銘，林曉威.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[J].福建交通科技，2017（4）：1-4.