基于路面結(jié)構(gòu)層存在物理機(jī)理病害的注漿抬升技術(shù)

秦倫

摘要：高聚物注漿技術(shù)在公路維修領(lǐng)域具有舉足輕重的地位，作為一項(xiàng)非開挖技術(shù)，其對(duì)維護(hù)路面原狀結(jié)構(gòu)有重要的意義。工程實(shí)踐中，以多組分高聚物材料為主，將其以注射的方式送入待維修的公路結(jié)構(gòu)內(nèi)，材料膨脹后填充結(jié)構(gòu)空隙，提高結(jié)構(gòu)的密實(shí)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)路面的加固并且抬升修復(fù)處理。本文首先闡述高聚物注漿技術(shù)的原理，再結(jié)合工程實(shí)例，著重圍繞其在路面結(jié)構(gòu)存在裂縫、破損、分層等物理機(jī)理病害修復(fù)中的應(yīng)用展開探討，闡述關(guān)鍵的作業(yè)要點(diǎn)，最終取得了良好的效果，為高聚物注漿抬升技術(shù)在此類工程中的應(yīng)用提供技術(shù)。

關(guān)鍵詞：路面結(jié)構(gòu) ?路面病害 ?二次注漿 ?高聚物抬升

1 高聚物注漿材料的特點(diǎn)及相應(yīng)注漿技術(shù)的特征

1.1 高聚物注漿材料的特點(diǎn)

隨著行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，高聚物注漿技術(shù)的應(yīng)用水平逐步提高，在路面修復(fù)中有突出的優(yōu)勢(shì)，所用的高聚物注漿材料主要具備如下特點(diǎn)。

（1）難溶性，通常不溶于其他溶劑。

（2）膨脹性，在應(yīng)用高聚物注漿材料后，其在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生膨脹[1-2]，通常此類材料的膨脹比可達(dá)到20∶1。

（3）穩(wěn)定性，化學(xué)性質(zhì)呈中性，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)，不易招致昆蟲，同時(shí)日常使用中鮮有發(fā)霉問題，遇一般酸堿鹽溶液時(shí)也不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，性能可始終保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

（4）對(duì)光較為敏感，若將高聚物注漿材料長(zhǎng)期置于陽(yáng)光下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，將有發(fā)黃、變脆的問題，但對(duì)于路面修復(fù)工作而言，通常將材料注入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，由于結(jié)構(gòu)的遮擋，基本不存在遇光現(xiàn)象，光線對(duì)材料性能的影響微乎其微。

1.2高聚物注漿技術(shù)的特征

1.2.1 高效性

在傳統(tǒng)的路面修復(fù)施工中，需要確定待處理的部位，以開挖換填的方法加以修復(fù)，其存在施工作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)的局限性，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的正常交通秩序帶來不同程度的干擾，易引發(fā)交通擁堵。相比之下，高聚物注漿的方法經(jīng)濟(jì)高效，無須完全封閉路面，也無須安排養(yǎng)護(hù)，經(jīng)過修復(fù)后的公路結(jié)構(gòu)可在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常通行狀態(tài)[3-4]。

1.2.2適用性

高聚物注漿是一種無損修復(fù)技術(shù)，在判斷病害的發(fā)生部位、具體程度后，以注漿的方法加以修復(fù)，若操作得當(dāng)，注漿一次可修復(fù)多層，從實(shí)際應(yīng)用效果來看，其在層間松散、脫空等病害的處理中均具有可行性。即便局部的注漿量不足，也可及時(shí)安排補(bǔ)注，此時(shí)有助于保證修復(fù)質(zhì)量。

2 高聚物注漿抬升工藝特點(diǎn)

注漿抬升是指施工人員注入適當(dāng)?shù)臐{液，從而提升軟弱松散地基的穩(wěn)定性，優(yōu)化土體，同時(shí)可以利用材料膨脹時(shí)形成的壓力促使被抬物高度得到提升，進(jìn)而有效解決路基沉降問題。待注入的漿液到達(dá)一定標(biāo)準(zhǔn)后，防滲帷幕內(nèi)的土體會(huì)被填滿漿液，此時(shí)繼續(xù)按照原先的壓力注入漿液，就會(huì)對(duì)土體造成抬升作用力，借助該作用力助推既有結(jié)構(gòu)，最終使得既有結(jié)構(gòu)得到抬升。

考慮到高聚物注漿材料不同于普通的水泥漿液材料，其在注入抬升的過程中，材料性能、注漿壓力、液囊形態(tài)、液囊內(nèi)壓力等指標(biāo)均較為特殊，因此使用該材料時(shí)同樣需要修改抬升注漿工藝，應(yīng)嚴(yán)格注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

（1）液囊形成機(jī)理較為特殊：高聚物注漿材料能形成液囊封閉空間主要是因?yàn)樽{材料注入后將自動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)，與接觸面形成一定的粘滯阻力。所以，施工人員在注入漿液的時(shí)候，應(yīng)參照抬升結(jié)構(gòu)物截面尺寸大小，為高聚物注漿材料預(yù)留適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)時(shí)間，防止出現(xiàn)漏漿、抬升失敗等問題。

（2）抬升力大小將隨注漿壓力出現(xiàn)變化：當(dāng)使用高聚物注漿材料進(jìn)行施工時(shí)，考慮到材料一旦進(jìn)入板底會(huì)立即出現(xiàn)反應(yīng)，液態(tài)性能難以維持，難以保證注漿壓力和液囊形成壓力之間的平衡。所以，項(xiàng)目單位在施工時(shí)應(yīng)參照抬升結(jié)構(gòu)特征，選擇最適宜的注漿壓力值，并根據(jù)施工進(jìn)展實(shí)時(shí)調(diào)整注漿壓力。

（3）單孔注入漿體后形成的結(jié)構(gòu)體必須和被抬升結(jié)構(gòu)體保持一定的距離。項(xiàng)目單位利用高聚物注漿材料進(jìn)行抬升施工時(shí)，嚴(yán)禁將高聚物注漿材料直接觸碰被抬升結(jié)構(gòu)體，但為了確保整體結(jié)構(gòu)受力均勻，必須嚴(yán)格參照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)安設(shè)注漿口，保證注入的漿液能夠均勻填充在結(jié)構(gòu)物下方的空隙中。

（4）安設(shè)專門的補(bǔ)漿孔進(jìn)行補(bǔ)漿。為了有效防止出現(xiàn)凸臺(tái)效應(yīng)，在進(jìn)行高聚物抬升注漿時(shí)，不僅需要安設(shè)專門的注漿孔，還應(yīng)提前準(zhǔn)備好專門的補(bǔ)漿孔，借助補(bǔ)漿孔向內(nèi)填充適量的高聚物材料，令其與抬升結(jié)構(gòu)充分接觸在一起，保證抬升效果。因此，項(xiàng)目單位必須選擇能夠完全塞滿孔隙的高聚物注漿材料進(jìn)行施工，且整個(gè)施工過程中應(yīng)嚴(yán)格把控抬升力，避免破壞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（5）項(xiàng)目單位應(yīng)嚴(yán)格依照提前設(shè)定的“注-停”的原則開展工作。考慮到高聚物注漿材料將使得結(jié)構(gòu)形成抬升作用，所以，為了避免材料一下子涌入、形成抬升作用，施工人員應(yīng)選擇分批注入的方式開展施工。不僅如此，每次的注入量同樣會(huì)對(duì)液囊大小造成影響，所以施工人員還應(yīng)嚴(yán)格把控每次的注入量。此外，相較于普通材料，高聚物反應(yīng)速度較快、強(qiáng)度提升速度也更快，若是前后兩次注漿時(shí)間超出設(shè)計(jì)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，出漿口極易被第一次注入的材料所堵塞，由此可見，合理把控兩次注漿間隔的時(shí)間同樣非常關(guān)鍵。

3高聚物注漿抬升技術(shù)在工程中的應(yīng)用

3.1工程概述

德州至商丘高速公路夏津至聊城段，主線起訖樁號(hào)K80+900～K143+100，全長(zhǎng)62.128km，沿線建設(shè)大中橋梁36座。經(jīng)過多年的使用，德商高速公路總體性能較佳，各項(xiàng)關(guān)鍵的性能指標(biāo)仍維持在合理的區(qū)間內(nèi)，但有少部分路段路面有異常，例如，橋頭跳車病害會(huì)直接對(duì)車輛通行時(shí)的平順性造成影響，嚴(yán)重時(shí)存在車輛通行安全隱患。

3.2病害的關(guān)鍵成因

橋頭部位的路面結(jié)構(gòu)存在裂縫或是有不同程度的受損，路面的完整性不足，給雨水的下滲提供了通道，可見此時(shí)的臺(tái)背部位存在空洞問題，其影響則是搭板顯現(xiàn)出下沉的跡象，車輛通行時(shí)會(huì)在橋頭出現(xiàn)跳車現(xiàn)象。此外，臺(tái)背回填料的沉降也是路基沉降重要的原因，具體體現(xiàn)在自然沉降和荷載沉降兩個(gè)方面，其會(huì)影響搭板的穩(wěn)定性，導(dǎo)致其下沉。6A5495B5-E340-44B6-88A8-5316746722C2

3.3病害處治難點(diǎn)

在針對(duì)橋頭跳車病害的處治中，常規(guī)的銑刨攤鋪和壓密注漿的綜合方案缺乏足夠的可行性，其僅能夠處治面層病害及臺(tái)背空洞，難以從根本上解決基層等部位破損的問題。對(duì)于注漿抬升技術(shù)，可應(yīng)用于橋頭沉降的處治中，但若對(duì)于路面結(jié)構(gòu)存在裂縫、破損等物理機(jī)理病害的工程，施工期間將存在鼓包、跑漿等異常狀況，將直接對(duì)抬升效果造成影響。具體至本工程中，如何在短時(shí)間內(nèi)有效處治病害是本工程主要的難點(diǎn)，需要切實(shí)保證病害處治效果，給車輛的通行提供良好的環(huán)境，并要盡可能縮短施工時(shí)間，以免影響現(xiàn)場(chǎng)的正常交通秩序。

3.4病害處治方案

通過無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，在不破壞現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)的前提下掌握具體的病害類型、發(fā)生部位及程度;配套落錘式彎沉儀，通過該儀器的應(yīng)用來檢測(cè)路面彎沉量，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)判斷結(jié)構(gòu)的承載性能;針對(duì)路基路面病害的檢測(cè)，還采用探地雷達(dá)的方法，再次明確病害的類型。經(jīng)過全方位的檢測(cè)后，確定公路存在的質(zhì)量問題，以特定的材料注漿填充封閉，使路面受損部位恢復(fù)至完整、穩(wěn)定的狀態(tài)，達(dá)到注漿抬升的最佳準(zhǔn)備，再實(shí)施高聚物注漿抬升作業(yè)，達(dá)到路面平整度要求。

3.5具體的技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

3.5.1 原材料的準(zhǔn)備

根據(jù)公路病害修復(fù)要求，準(zhǔn)備兩種滿足質(zhì)量達(dá)標(biāo)的高聚物預(yù)聚體液體原材料，分別將其裝至特定的料桶內(nèi)，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)以便使用。

3.5.2 病害的診斷

為準(zhǔn)確掌握公路的病害，可采用落錘彎沉儀或探地雷達(dá)等相關(guān)方法，分段有序進(jìn)行，確定各段病害的類型、發(fā)生部位及具體程度。

3.5.3 注漿前的檢測(cè)

對(duì)于待注漿的路段，用落錘式彎沉儀測(cè)定其彎沉值;在行車道右輪跡處布置測(cè)點(diǎn)，距離裂縫約25cm;荷載設(shè)為50kN。

3.5.4 注漿方案的設(shè)計(jì)

綜合考慮病害類型、發(fā)生程度等已經(jīng)探明的基礎(chǔ)信息，遵循因地制宜的原則，有針對(duì)性地組織高聚物注漿技術(shù)應(yīng)用方案的設(shè)計(jì)工作。路面的類型也是重點(diǎn)考慮對(duì)象，若為半剛性基層，較為適宜的是基底注漿技術(shù);若為水泥混凝土，則應(yīng)用板底注漿技術(shù);若為柔性基層，可采用加載注漿技術(shù)。路面的病害類型為確定本技術(shù)方案的主要參考對(duì)象，如路面結(jié)構(gòu)存在裂縫、破損至外露部分或接近外露或分層等現(xiàn)象，則需進(jìn)行兩次注漿，第一次注漿主要針對(duì)路面結(jié)構(gòu)層病害進(jìn)行填充封閉并加固，第二次注漿則主要為填充路面結(jié)構(gòu)層以下的空洞、松散部位及路面的抬升。

3.5.5 一次鉆孔

根據(jù)路面病害的檢測(cè)報(bào)告，來確定鉆孔位置及鉆進(jìn)深度，用沖擊鉆在指定部位鉆孔，加強(qiáng)檢查與控制，要求成型孔洞的孔位誤差不超過0.05m，鉆孔應(yīng)保持垂直，孔深不小于設(shè)計(jì)值。

3.5.6 注漿管的下放

以注漿作業(yè)長(zhǎng)度為參考，確定注漿管的合適長(zhǎng)度，用切割工具裁切，然后將管道下放到位。

3.5.7 注射帽的安裝

全面清理殘留在注射帽上的各類雜物，待其保持潔凈后安裝至注漿管的上端口，必須保證兩者穩(wěn)定結(jié)合，不可在后續(xù)的注漿施工中發(fā)生松動(dòng)。

3.5.8 一次注漿

用配套夾具將注射帽和注射槍夾牢，將提前準(zhǔn)備好的兩類特定材料經(jīng)由輸料管送至注射槍口，于該處發(fā)生混合，此時(shí)繼續(xù)推送，直至到達(dá)待處理的病害部位為止。兩類預(yù)聚體材料結(jié)合后快速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，于短時(shí)間內(nèi)明顯膨脹并固化，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫處、軟弱區(qū)和松散區(qū)的有效加固處理。

3.5.9 二次檢測(cè)

運(yùn)用無損檢測(cè)技術(shù)，再次對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，確定路面結(jié)構(gòu)不存在裂縫、破損等影響注漿抬升的病害，整個(gè)路面恢復(fù)至一個(gè)完整、穩(wěn)定的狀態(tài)，此時(shí)再進(jìn)行注漿抬升，將有效避免跑漿、鼓包等現(xiàn)象。

3.5.10 二次鉆孔，注漿管的下放，注漿帽的安裝

二次鉆孔、注漿管的下放、注漿帽的安裝流程基本與前面一致，但需注意以下幾點(diǎn)：若采取深部注漿的方法，需將管材伸入路面結(jié)構(gòu)層以下病害部位;若采取基底注漿的方法，將管材下放至基層底部區(qū)域。簡(jiǎn)言之，注漿管的下放部位主要根據(jù)注漿方法而定。

3.5.11 正式注射

用配套夾具將注射帽和注射槍夾牢，將提前準(zhǔn)備好的兩類高聚物原材料經(jīng)由輸料管送至注射槍口，于該處發(fā)生混合，此時(shí)繼續(xù)推送，直至到達(dá)待處理的病害部位為止。兩類預(yù)聚體材料結(jié)合后快速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，于短時(shí)間內(nèi)明顯膨脹并固化，促進(jìn)沉陷路面的正常抬升。注漿壓力以7MPa較為合適，待實(shí)測(cè)結(jié)果顯示注漿量達(dá)到要求后隨即關(guān)閉注射槍，并保持15s，此后方可分離注射帽和注射槍。

3.5.12 注漿抬升效果的檢查

注漿后，去除無需使用的注漿帽，確定外露的注漿管并將該部分切除干凈;約15～20min后開始組織質(zhì)量檢查，具體可采用水準(zhǔn)儀、落錘彎沉儀或探地雷達(dá)的方式完成，若實(shí)測(cè)結(jié)果顯示注漿抬升效果達(dá)標(biāo)，則結(jié)束注漿作業(yè)，否則安排補(bǔ)注漿，直至各項(xiàng)指標(biāo)完全滿足要求為止。需注意的是，注漿效果的檢測(cè)方法及具體檢測(cè)部位均要與注漿前相同。針對(duì)注漿前實(shí)測(cè)結(jié)果顯示彎沉值在300μm以上的點(diǎn)，注漿后有必要安排復(fù)測(cè)。基于測(cè)量數(shù)據(jù)做回歸分析。

3.5.13 封孔處理

經(jīng)過全方位的封孔施工后，可以有效隔絕雨水，以免出現(xiàn)雨水侵蝕路面結(jié)構(gòu)的問題[5-6]。封孔時(shí)，材料可選用專用密封膠，在使用時(shí)對(duì)該部分材料做加熱處理，溫度控制在160～200℃，相比于路面標(biāo)高，灌注密封膠的高度略微降低，若超出則將多余部分清理干凈，使其恢復(fù)平整狀態(tài)。

3.5.14 現(xiàn)場(chǎng)清理

經(jīng)過一系列的施工后，用笤帚和鐵刷清理作業(yè)區(qū)，然后進(jìn)一步用吹風(fēng)機(jī)做精細(xì)化的處理，殘留的泥水則用水槍或濕抹布擦拭干凈。

3.6病害修復(fù)效果分析

施工實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，該高速公路的病害主要有底基層松散、面層裂縫、路面結(jié)構(gòu)層分層、土基空洞、密實(shí)度不足等，在采用高聚物兩次注漿抬升的處理方案后，現(xiàn)場(chǎng)無跑漿、鼓包等現(xiàn)象的發(fā)生，并應(yīng)用水準(zhǔn)儀、彎沉儀、地質(zhì)雷達(dá)多種方法做全面的檢測(cè)，各類病害均得到有效的處理，路面平整度達(dá)到要求，避免了跳車現(xiàn)象，原本的松散材料在高聚物的作用下固結(jié)為完整的、穩(wěn)定的整體，路基整體強(qiáng)度提高，較之于注漿前，測(cè)點(diǎn)彎沉的平均值下降54%，表明高聚物兩次注漿技術(shù)在路面結(jié)構(gòu)層存在裂縫、破損、分層等病害的橋頭跳車抬升處理中切實(shí)可行。從后續(xù)2個(gè)月的跟蹤觀察結(jié)果看，處理部位無明顯沉降現(xiàn)象，能夠滿足車輛的安全通行要求。注漿抬升施工歷時(shí)1 d，相比于開挖換填、壓密注漿等傳統(tǒng)方法，節(jié)省工期70%以上，節(jié)省投資30%以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)階段的公路病害修復(fù)工作中，高聚物兩次注漿快速抬升技術(shù)在處治路面結(jié)構(gòu)層存在裂縫、破損、分層等病害的橋頭跳車抬升處理中有著效率高、效果好、操作便捷等優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過處理后的公路可恢復(fù)正常狀態(tài)。作為工程技術(shù)人員，應(yīng)高度重視高聚物兩次注漿快速抬升修復(fù)技術(shù)，根據(jù)實(shí)際條件合理應(yīng)用，發(fā)揮出其在公路修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。

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