紅砂巖路基段路面裂縫高聚物注漿處治

羅崴瑜

(廣東省南粵交通韶贛高速公路管理處，廣東 廣州 510000)

0 引 言

紅砂巖主要呈粒狀碎屑結構和泥狀膠結結構兩種典型結構形式，因膠結物質和風化程度的差異，其強度變化較大，一般在4～11 MPa。大多數紅砂巖在挖掘或爆破出來后，受大氣環境的作用崩解破碎，甚至泥化，其巖塊的大小及顆粒級配將隨干濕循環的時間及過程而變化。實驗表明，隨著暴露時間和干濕循環次數的增加，巖塊不斷崩解碎化，經過50～60 d(干濕循環為8次)變化可達到較為穩定的狀態。崩解后的紅砂巖顆粒具有強度低、軟化系數小、干濕循環易碎裂等不良工程性質，因此一般不宜直接用于路基填筑；若直接用于路基填筑，施工過程中將會面臨壓實困難，壓實后孔隙率大，易透水等問題。路基成型后可能會繼續崩解，造成路基不均勻沉降等病害[1-3]。

韶贛高速公路(編號G6011)位于廣東省北部韶關市境內，起于南雄市梅嶺粵、贛兩省交界處，止于韶關市曲江區歐山，主線全長125.36 km，雙向六車道建設標準，設計速度100 km/h，設計荷載為公路-Ⅰ級，主線采用瀝青混凝土路面，于2011年1月1日建成通車。路面設計結構見表1。

韶贛高速K517+000～K541+000路段為紅砂巖，且高填深挖，借方和棄放量較大，若棄用紅砂巖，將會給沿線生態造成不良影響。設計單位本著技術可行、經濟合理的原則，經過優化分析，采用了利用紅砂巖進行路基修筑的方案。設計主要采用了包邊土的方案，以防止雨水浸入，保證填筑的紅砂巖在路基填筑原位不再發生崩解，從而保證了紅砂巖性質的穩定，避免了由于崩解對填筑路基的影響。

表1 主線瀝青混凝土路面結構

韶贛高速K517+000～K541+000路段通車后前四年(2011～2014年)基本未出現大的病害，說明設計方案基本可行。但隨著高速公路通車年限的增加，瀝青路面逐步出現不同程度的病害，其中裂縫發展尤為迅速，部分裂縫經灌縫及表面處治后重新開裂，雨水下滲后再次引發路面水損害，造成路基結構強度不足等問題。分析原因，一方面可能是由于建設期間施工工期緊，紅砂巖未完成崩解。填筑后，隨著側邊水流的滲入，崩解一直在持續，造成路基的不均勻沉降，導致路基開裂，裂縫反射逐漸上傳至路面；另一方面可能是由于崩解后的紅砂巖孔隙率大易透水，且遇水后強度急劇下降的原因，造成路基的不均勻沉降，導致路面開裂，裂縫反射至路面；其次可能是由于路面瀝青老化或半剛性基層開裂造成瀝青上面層開裂，形成自上而下的裂縫，水從表面裂縫下滲，導致紅砂巖遇水崩解，造成路基不均勻沉降，導致裂縫進一步擴大。

1 歷年維修效果情況

2015～2020年K517+000～K541+000紅砂巖路基修筑段路面縱、橫向裂縫、條狀修補病害發展較快，裂縫較為密集(一般間距5～15 m)，該路段長度占全線約20%，路面裂縫病害數量超過全線裂縫病害數量的50%。主要病害為路面嚴重縱橫縫連續，且裂縫位置路面彎沉值偏大，結構強度不足。地質雷達探測結果顯示：大多數裂縫病害開裂至底基層或土基內部，其中裂縫開裂至底基層(>44 cm)及以下的比例高達91.2%；路基內部裂縫存在尚未發展至路表的現象。經綜合檢測及診斷分析認為：該路段裂縫主要為路基不均勻沉降引起的路面裂縫，其次是水穩層開裂和瀝青老化引起的路面裂縫。

1.1 銑刨重鋪

典型路段一：韶關方向K524+000～K524+600段慢車道

2015年針對該段裂縫錯臺病害進行上面層銑刨重鋪；2016～2018年期間路況良好，路表未出現明顯裂縫類病害；2019年開始出現反射裂縫，并針對K524+234～K524+384.5段嚴重縱裂病害進行上中面層銑刨重鋪；2020年該段PCI均值為81.0，其中：K524+234～K524+384.5段PCI值為100，無裂縫類病害，其兩側路段縱向裂縫已由2019年輕微開裂發展為嚴重開裂，并伴隨輕微錯臺、二次開裂及支縫等，有持續發育趨勢。

典型路段二：韶關向K519+300～K519+800段慢車道

2015年針對該段破損病害進行上面層銑刨重鋪；2015～2019年期間路況良好，未進行過其他養護措施；2020年該段PCI均值為84.5，病害主要表現為密集橫縫，連續長縱裂縫，且部分路段橫、縱裂縫垂直交錯。

根據典型路段一、二歷年路表病害情況判斷，銑刨重鋪上面層可有效延緩反射裂縫的發生，有效作用周期大約3年，之后路面內部裂縫逐漸反射至路表，并成持續發展趨勢；銑刨重鋪上中面層，路表出現破損病害時間周期約為5年，5年之后路用性能呈下降趨勢。

1.2 加鋪罩面

典型路段一：韶關向K530+351～K530+851段半幅4 cm GAC-13瀝青混合料罩面

2018年針對該段破損病害進行半幅整體罩面加鋪，路面無明顯橫、縱裂縫，2021年該段快、主、慢車道路面PCI指標依次為99.4、100、98.6。其前后相鄰慢車道PCI依次為73.7、84.8。

典型路段二：江西向K517+694～K518+251段半幅4 cm GAC-13瀝青混合料罩面

2018年針對該段破損病害進行半幅整體罩面加鋪，路面無明顯橫、縱裂縫，2021年該路段快、主、慢車道PCI指標依次為98.6、100、99.3。該段大樁號方向快慢車道PCI依次為89.4、86.47。

1.3 CAP表面處治

2020年針對韶關方向K530+851～K537+960主車道裂縫采用了CAP表面處治，共實施約7 km，2021年裂縫平均反射率約54.5%。

1.4 裂縫高聚物注漿

2019～2020年間，對韶關方向K524+220～K524+600、江西方向K530+433～K530+280路段長縱裂縫進行了高聚物注漿實驗，經過1年的跟蹤觀測，效果良好，裂縫未重新開裂。

1.5 效果分析

根據各典型路段歷年路表病害情況跟蹤分析，2018年采用4 cmGAC-13瀝青混合料罩面對路面結構補強后，可有效延緩反射裂縫的發生，有效作用周期至少為4年(2018～2021年)，效果良好。依據裂縫原因專項診斷分析報告，結合裂縫位置路面彎沉值偏大，結構強度不足的實際情況，2020年對路面裂縫進行了高聚物注漿試驗，效果良好，裂縫未重新開裂。2021年對高聚物注漿路段加鋪了4 cm GAC-13瀝青混合料，至今罩面路段未出現裂縫病害。經比對分析，紅砂巖路基填筑路段瀝青路面密集裂縫病害采用高聚物注漿+4 cm GAC-13瀝青混合料罩面的處治方案，可有效處治路面裂縫病害問題。

2 紅砂巖路段高聚物注漿裂縫密集路段處治

2.1 高聚物注漿概況

高聚物注漿基本原理是按照一定配比，向路面結構中注射雙組份高聚物材料，材料發生化學反應后體積迅速膨脹并形成固體。材料在膨脹固化過程中，可以快速填充空隙，并向周圍介質施加膨脹壓力，使周圍松軟結構或路基得到擠密，增強結構的整體性，達到填充空隙、加固結構、排水防滲等目的。固化后的材料具有很好的韌性，不易發生脆裂引發二次病害；另外材料穩定性強，耐久性好。高聚物注漿施工只需要鉆直徑1.6 cm的注漿孔，對原路表美觀基本無影響，并且施工快速，無需養生，可以顯著節省交通管制時間，減少對行車的干擾[4,5]。

2.2 高聚物注漿材料

聚氨酯注漿材料分A、B組份。A、B組份混合后約15秒鐘開始膨脹，體積膨脹比在1～20之間，15分鐘左右強度達到90%。注漿材料固化物是一種惰性材料，呈中性，不污染土壤和水源，安全環保、耐久性好。雙組分材料的A、B組分及合成后形成的聚合物的技術要求符合表2～表5。

表2 UTK樹脂A組份參數

表3 UTK樹脂B組份參數

表4 聚合物參數

表5 聚合物其他參數

2.3 高聚物注漿施工工藝[6]

(1)交通管制

高聚物注漿施工前，先按照交通管制方案對注漿路段實施交通管制，然后按照施工流程施工。

(2)鉆孔

高聚物注漿要求鉆孔直徑為1.6 cm，注漿孔位縱向間距為15 cm，橫向距離裂縫5～6 cm；鉆孔深度易在第一層水穩層與第二層水穩層之間，鉆孔深度約為47 cm；結合探地雷達檢測情況，如土基表層不密實可加深鉆孔深度。

(3)注漿

測量孔深，安裝注漿管，按照設計或現場確定的注漿量進行注漿，若發現路面有開裂、抬升或相鄰的孔中有漿液冒出時，應停止注漿。

(4)注漿后檢測

注漿后使用專用工具把注漿帽去除，待15～20 min后，利用探地雷達進行注漿后檢測，分析注漿效果。如滿足要求，則完成注漿；如不滿足要求，則需進行補注，直至滿足要求為止。

(5)封孔

為防止雨水侵蝕，影響路面耐久性，并保持路面整潔，應使用材料性能良好的修補料將注漿孔封閉。

2.4 高聚物注漿驗收標準

采用探地雷達設備進行現場掃描檢測，保證基層脫空、不密實區域注漿填充密實。

(1)檢測設備

采用中國電波傳播研究所生產的探地雷達，型號為LTD-2600。

(2)檢測布線

本項目主要處理長縱裂縫，檢測按裂縫兩邊布線，進行連續檢測。

(3)注漿檢測結果

用探地雷達對處治的路段進行注漿前、后的檢測，檢測指標為脫空或不密實。從檢測結果來看效果良好，注漿后路基路面體內的脫空和不密實性大為改善，達到預期的目的。

3 罩面

罩面采用了加鋪4 cm GAC-13瀝青混合料。

4 彎沉檢測結果

選取2個注漿路段進行檢測，共分為9個評定單元，各評定單元均滿足設計要求。對比工前檢測結果，注漿路段各評定單元彎沉代表值提升12～53.3/(0.01 mm)。結果見表6。

表6 路面結構強度結果匯總

5 結論與建議

(1)工程實踐表明，采用紅砂巖填筑路基，應使紅砂巖經過50～60 d(干濕循環為8次)變化達到穩定狀態方可。同時設置包邊土阻止側邊水滲入路基主體，防止紅砂巖巖塊進一步崩解碎化，避免遇水崩解和軟化。

(2)針對紅砂巖路基填筑部分路面裂縫密集路段，對比觀察銑刨重鋪、加鋪罩面、CAP表面處治和高聚物注漿+加鋪4 cm GAC-13等處治方式效果，實驗顯示高聚物注漿+加鋪4 cm GAC-13罩面的處治方案效果良好。

(3)韶贛高速紅砂巖路基填筑路段，裂縫密集路段處置選用了高聚物注漿+加鋪4 cm GAC-13罩面方案。截止目前，處治路段未出現反射裂縫，效果良好，基本達到了預期的效果，后續將持續跟蹤觀察。