高聚物注漿技術在復合式路面養護中的應用

摘要：文章針對運營期CC+AC復合式路面常規養護方法的不足，依托某內環快速路路面專項工程，開展了高聚物注漿加固補強路基技術應用研究，分析了高聚物注漿技術在復合式路面養護應用中的處治效果和經濟效益。結果表明：高聚物注漿能有效提升復合式路面結構承載性能，并可預防反射裂縫；采用高聚物注漿加固基層與面層重鋪相結合的方法，能有效根治病害、節省造價、縮短工期，減少交通中斷時間，經濟社會效益顯著。

關鍵詞：高聚物；注漿；復合式路面；反射裂縫；經濟效益

中圖分類號：U418.6 A 17 063 2

0 引言

復合式路面是指由不同類型和力學性質的結構層復合而成的路面，是除剛性路面、柔性路面之外的第三種應用較為廣泛的路面結構形式。復合式路面在運營期容易出現反射裂縫［1］，且路面產生裂縫之后在水的侵蝕作用下繼而引發唧泥、脫空、沉陷、網裂等病害，降低路面結構壽命和使用性能。對于在原水泥混凝土板上加鋪瀝青混凝土形成的復合路面，更容易出現此類病害，主要原因有加鋪前對原水泥混凝土板及板下基層處治不到位、層間結合設計不合理等［2-3］。為解決混凝土板及板下基層強度不夠的問題，防止或延緩反射裂縫的出現和擴展，養護部門通常采取開挖重鋪或注漿加固的修復技術。其中開挖重鋪法因需長時間中斷交通、需要大型施工設備、污染環境、浪費資源等缺點在部分地區被限制使用，而注漿加固技術具有非開挖、低成本、易操作、快速開放交通等優點，在道路維護中的應用日益廣泛［4-5］。

注漿技術根據所注材料不同分為水泥注漿和化學注漿。水泥注漿因水泥漿液穩定性差、凝結時間長、硬化后具有干縮性，不能及早開放交通等特點，使其使用范圍受限［6］；高聚物注漿快速、微損、耐久、環保的特性，很好地彌補了水泥注漿的不足，在國內外得到了廣泛應用［7］。因此，本文基于某內環CC+AC復合式路面維護項目，采用高聚物注漿技術對基層進行加固補強，然后對面層進行銑刨重鋪，并使用落錘式彎沉儀對高聚物注漿效果進行評價，綜合分析了高聚物注漿技術在復合式路面維護應用中的經濟效益。

1 高聚物注漿技術簡介

1.1 高聚物注漿加固路基原理

高聚物注漿加固補強基層的基本原理是，向路基中注射一定配比的雙組分高聚物材料，兩種材料混合后發生化學反應，體積迅速膨脹形成泡沫狀凝固體，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，使周圍松軟結構或基礎得到擠密、壓實，增強結構的整體性，達到填充脫空、加固地基、防止滲漏及抬升沉降等目的（如圖1所示）。

1.2 高聚物注漿材料特性

本文采用膨脹型非水反應高聚物注漿材料，其由多元醇和異氰酸酯兩種組分按一定比例混合反應生成，具有環保、早強、輕質、抗滲（滲透系數為10-8 m/s，防水性能優良）、耐久、不受水的影響等優良工程特性［8］，因而廣泛應用于道路加固、地下結構防滲漏等領域。

1.3 高聚物注漿技術特征

基于非水反應類聚氨酯材料優良的工程特性，高聚物注漿相較于水泥注漿具有如下特點：

（1）檢修配套，診治融合。注漿前綜合采用落錘式彎沉儀（FWD）和探地雷達（GPR）無損檢測技術對路面進行檢測，根據檢測結果確定病害位置和范圍，根據病害位置和范圍“對癥下藥”進行注漿修復，注漿后采用FWD和GPR復測以評價維修效果。

（2）施工速度快，不需要養護，對交通干擾小。漿液發生反應后體積迅速膨脹，形成高聚物凝固體，凝固體的強度在15 min內可達到最終強度的90%。

（3）防水密封效果好。凝固后的高聚物注漿體具有良好的防水性能，且反應過程中的材料具有自膨脹特性，能自由充填周圍巖土體裂縫（隙）并膠結周圍松散巖土體，從而能對道路內部裂縫有良好的密封作用。

（4）輕質微損。高聚物注漿體自重輕，其密度不到水泥漿或瀝青材料的10%，且注漿孔直徑不到2 cm，對路面結構基本無損傷。

2 工程應用

2.1 工程概況

某內環快速路原路面結構形式為水泥混凝土路面，運行近十年后加鋪瀝青層成為復合式路面。在環境和車輛荷載作用下，裂縫、唧泥、沉陷、坑洞等病害不斷出現。由于日交通量大，養護部門限于保通壓力只能采用封層罩面、面層銑刨重鋪等對交通干擾小的維護方法來改善行車條件，然而這些措施并不能有效根治病害，部分路段在修補后不到半年即出現新的裂縫，究其原因是面層重鋪并不能從根本上解決基層的反射裂縫問題。為此，養護部門決定采用高聚物注漿技術先行對基層進行加固補強，然后再對面層銑刨重鋪，以期根治基層病害，從而減少維護次數，延長道路使用壽命。

2.2 實施方案

2.2.1 注漿前FWD檢測

首先對擬注漿路段進行FWD彎沉數據采集，便于和注漿后的彎沉數據進行對比，從而評價注漿加固實施效果。FWD檢測實施方案：沿擬注漿區域右輪跡帶每隔5 m設一測點，測點應避開裂縫。

2.2.2 注漿方案

對于坑槽、網裂、沉陷嚴重路段，采用車道全寬范圍注漿，注漿孔縱橫向間距為120 cm；對于僅出現單條橫縫或縱縫路段，在裂縫兩側注漿，注漿孔距裂縫距離為25 cm，單側注漿孔間距為100 cm，裂縫兩側注漿孔交錯布置；對于縱、橫縫交錯出現的路段，采用車道全寬注漿并在裂縫處加密注漿孔。注漿孔布置示意圖如圖2所示。

2.3 注漿效果分析

為評價注漿修復效果，使用FWD對注漿區域進行復測，注漿前后彎沉檢測結果如表1所示。從表1可以看出，實施高聚物注漿后，彎沉值明顯降低，平均降幅為46%，個別位置下降幅度＞70%，說明試驗路段承載能力得到了不同程度的提升，注漿修復效果明顯。為直觀表現試驗路段注漿前后強度變化情況，繪制彎沉變化曲線如圖3所示。

（1）從圖3中可以看出，注漿前后同一工點的彎沉值均有所下降，表明高聚物注漿對提升復合式路面結構強度具有良好的效果。

（2）工點4、5、6即樁號K8+355～K8+365路段彎沉值下降最為明顯，最大彎沉下降值出現在工點5，由注漿前的580.2 μm降為140.8 μm，下降最為顯著，降幅達75.73%；該路段彎沉值平均下降達58.54%，注漿加固效果最為明顯。實際上，該路段在注漿過程中，出現了漿液將存在于路基結構層中的水分擠出的現象，因而基層強度得以大幅度提升。

（3）工點7、8、9彎沉下降幅度不大，分析認為該路段水泥板結構完好，未出現裂縫等破損，且板下未出現脫空，基層狀況良好，瀝青面層出現的坑槽、裂縫為瀝青材料性能老化所致。

3 經濟效益分析

為分析高聚物注漿方法在復合式路面維護應用中的技術經濟性，將高聚物注漿技術與傳統的“基層換板+面層重鋪”方法的維護成本進行對比。在直接成本方面，高聚物注漿技術每平方米維修價格約為傳統方法的1/3［9］，價格優勢明顯；間接成本方面，主要對比兩種維護方法的工期長短，由采用高聚物注漿技術縮短的工期ΔT乘以每天因封路導致道路使用者的成本增加ΔC，可得到采用新技術后節約的間接成本。

以長寬為50 m×3.75 m的標準單車道復合式路面維修為例，傳統維護方法的工期約為10 d。采用高聚物注漿加固基層+面層重鋪的方法后，工期縮短為3 d，并且兩道工序都可以在夜間施工，較傳統維修方法節約工期7 d，即ΔT=7。

因封閉交通導致汽車運輸成本、時間成本、交通事故損失、貨物損失的成本增加按0.5元/（km·d）計［10］，某市內環快速路日平均交通量為60萬輛，若采用傳統維護方法，則每天導致道路使用者的間接成本增加ΔC=0.5×600 000=30萬元。

由此，可得出采用高聚物注漿工期縮短而節省的間接成本C=ΔT×ΔC=7×30萬=210萬元。所以，采用高聚物注漿技術具有顯著的經濟效益。

4 結語

（1）高聚物注漿技術能有效根治基層病害，并提升路基結構強度。在高聚物注漿過程中能排出路基中積存的水分，并擠密填充松軟路基，進而提高路基的強度；注漿后，部分路段彎沉值下降不明顯，原因是該路段水泥板結構完好，未出現裂縫等破損，且板下未出現脫空，基層狀況良好，瀝青面層出現的坑槽、裂縫為瀝青材料性能老化所致，對此類病害可采取功能性維修措施。

（2）采用高聚物注漿加固路基與重鋪面層相結合的標本兼治養護方法，能大幅縮短維修工期，減少占道施工，減少中斷交通時間，節約社會成本，經濟效益顯著。同時，該方法避免了交叉作業，便于維護部門施工組織管理，減少安全管理壓力。

參考文獻

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收稿日期：2022-11-10