新型無機聚合物在路橋過渡段橋接坡加固中的應用

劉麗麗

（河北省公路事業發展中心，河北 石家莊 050000）

0 引言

在經濟快速發展背景下，我國基礎設施建設得到了前所未有的發展，公路工程的規模和數量都在不斷增加，但與此同時，人均汽車保有量、車輛出行頻次的增加也對交通行業提出了更高要求。部分道路橋梁工程在應用一段時間后，由于各種因素影響，逐漸出現道路病害問題，影響了公路的正常使用，而橋頭跳車[1]是工程實踐中常見且難以快速有效解決的問題。發生橋頭跳車的主要原因是交通荷載較大，以及工程自重導致臺背土體壓縮、道路基礎不均勻沉降，并最終對工程整體產生影響，降低了道路安全性及出行舒適度[2]。

地聚合物是一種新型無機聚合物，三維立體網狀結構，主要構成成分為AlO4和SiO4四面體結構，由于其分子中包含Al-O鍵和Si-O鍵，且結構獨特，使得該聚合物具有良好的耐久性，同時力學性能良好[3]。注漿[4]是使用專用的注漿設備和鉆孔設備將漿液壓入路面工程的受損結構當中，施工過程中漿液能夠擠出受損結構中存在的空氣和水分，進而提高工程整體強度。同時，地聚合物能夠通過化學反應與原有道路結構中的物質發生離子交換，并在此基礎上結合擠密作用、惰性充填原理，使漿液能夠和原有材料之間結成整體，進而解決病害問題并強化工程質量。

本文分析了我國東部地區某工程的橋頭跳車病害問題處治過程，介紹了應用注漿加工工藝的常見措施、技術要點，并結合工程案例評價了地聚合物的應用效果，結合沉降監控結果對其進行評價，最后還展望了橋接坡加固工程中地聚合物注漿加固技術的應用前景，以期為相關從業人員帶來啟發。

1 軟土地區橋頭跳車病害成因

公路軟土地基是當前較為常見的公路地基，該結構相對而言孔隙較大、含水量較高，同時穩定性和強度均相對較低，應用一段時間后易出現不均勻沉降問題。

在不均勻沉降的影響下，橋頭臺背回填位置一旦出現斷裂沉降，就會導致車輛通過這一路段時出現跳躍現象，進而會對路面產生更強的沖擊荷載，因此，跳車問題是公路工程中較為嚴重的問題。

導致橋頭跳車的主要因素有：道路的不均勻沉降和剛度突變、車輛的抗震性能和行車速度等。從道路工程的角度來看，原因主要在于橋臺結構為剛性而路面應用柔性材料，兩者連接部位出現不均勻沉降進而發生錯臺。通常而言，橋接坡的路面和橋梁主體之間所采用的材料特性具有很大差異，橋頭位置一旦出現強度較大的受力，就很容易形成集中應力，在工程結構自重和車輛荷載的多重作用下，道路和橋梁發生共同沉降，然而兩者沉降的速度有所不同，尤其是臺背回填土方還會受到水土流失和自身壓實度的影響，導致橋梁沉降遠遠不如路面沉降量，進而引起錯臺，造成跳車問題[5]。

2 地聚合物注漿加固工藝特點

和常規道路養護不同，地聚合物注漿加固技術能夠應用非開挖的方式有效加固道路基層、補強路基，具有良好的應用效果，其傳統工藝特點如下：

灌封：該措施能夠快速止水，同時避免結構層出現水損壞，通常應用于橫向、縱向裂縫或不規則裂縫，但使用該措施施工后道路美觀性較差，治標不治本，問題容易反復發生。

翻挖重建：該措施能夠在低成本條件下有效解決車轍、坑槽和局部沉陷等問題，但該措施依舊是臨時的局部補救措施，很容易造成拼接部位附近出現剛度差異，進而導致路面產生裂縫。

銑刨罩面：該措施能夠快速解決病害路面抗滑系數低、毛面和裂縫等問題，施工完成后路面的美觀效果也比較好，但該措施也治標不治本，很容易在修補后復發病害問題，維護費用居高不下。

大中修：該措施能夠保持結構層處理的整體性，有效解決網裂、強度不足和大面積沉陷等問題，但應用時會對交通產生較大影響，費用較高且資源利用率低。

相較于上述傳統道路養護維修工藝而言，地聚合物注漿加固技術在材料方面和工藝特點方面都具有顯著優勢。

2.1 材料方面

傳統注漿加固工藝施工所用的材料穩定較差、體積收縮較大，材料泌水較多且耐久性不足，相對而言，地聚合物注漿材料具有更強的穩定性和耐久性，強度較高且可注性良好，同時還具有良好的黏結性。相應試驗結果表明，地聚合物能夠與三渣、水泥穩定碎石等道路常見材料取得良好的混合效果，并具備良好的理化性能。

2.2 工藝特點

地聚合物注漿加固技術能夠從根本上解決傳統施工工藝對道路病害治標不治本的問題。

地聚合物注漿加固技術應用時，施工時間較短，不需要開挖施工，對于交通工程的影響相對較小，有利于緩解交通壓力。此外，地聚合物注漿加固技術應用條件限制少，對周圍環境產生的影響也相對較小。

地聚合物注漿加固技術應用時能夠有效補強道路基層和路基結構，在非開挖條件下解決路面病害問題，同時也能夠一定程度抑制路面結構層的病害發展，這是傳統養護技術難以實現的。除此之外，地聚合物注漿加固技術應用時還能夠充分利用既有路面結構材料減輕資源浪費問題，降低施工成本。

3 工程案例

3.1 工程概況

本文選用我國東部某沿海城市的橋梁橋接坡養護工程作為案例進行分析，該工程最初建造于90年代，并在2006年進行改建，新老橋面上重新澆筑了10cm的C40鋼筋混凝土和5cm瀝青混凝土，在完成改建拼寬后，橋梁的寬度基本和路基相同。該工程建設時間較早，經過20多年運營，交通荷載不斷增加，如今橋接坡位置的路面已出現明顯坑洞、橫向裂縫和擁包等問題，導致跳車現象十分嚴重。其中，橋接坡路段采用AC-16和AC-25的瀝青混凝土、二灰穩定碎石，以及級配碎石等層次的厚度分別為4cm、6cm，30cm和5cm，并覆以水泥混凝土破碎層，同時臺背回填土深3cm。

結合該工程歷年的定檢報告，分析橋臺部位運行效果。2012年的工程定檢報告顯示，橋梁已出現臺身砌石沉降開裂問題，同時這一沉降還導致了組成橋梁臺身的混凝土出現了3m長度的裂縫；2015年的工程定檢顯示，舊橋梁部分的橋接板位置已經出現了較為嚴重的“跳橋”問題；2016的工程定檢顯示，橋頭跳車問題已經十分嚴重，同時臺身砌石位置出現了貫穿裂縫，臺身混凝土上也出現了貫穿裂縫，裂縫長度和寬度分別為4.8m和3.5mm。

3.2 加固治理方案

加固路橋過渡段的橋接坡時，擬選用地聚合物注漿加固技術，并通過地聚合物注漿來加固臺背填土以提升其密實度和強度。同時，通過充填修復橋接板下方脫空區域的方式解決跳車問題，延緩臺背病害發展，盡量避免施工對周邊交通產生負面影響。

3.2.1 材料的選擇

注漿材料選購自某科技公司的地聚合物注漿材料，該材料的滲透效果良好、流動性較大，在完成施工后，只須經過1d養護即可直接投入交通運行當中，經濟效益、社會效益良好。該材料各種關鍵參數如表1所示。

表1 地聚合物注漿材料關鍵參數

3.2.2 注漿加固工藝要點

加固施工過程中，應首先處理路基，再處理基層，具體的施工步驟為：首先設置鉆孔位置，鉆孔并做好清理后埋設注漿管，同時，制作注漿漿料，而后分別加固深層路基、淺層基層，注漿結束養護1d后即可開放交通，最終驗收并開展重建瀝青層等后續工藝。

結合前期施工設計，選擇深層注漿和淺層注漿的兩次注漿工藝，注漿孔以矩形方式原則設置，相鄰注漿孔之間的孔距和排距均為2m，孔徑設置為50mm，第一排注漿孔布置在搭接板邊緣，以確保注漿過程中漿液能夠充分滲透周圍區域，進而形成整體。

橋接坡各路段注漿深度如圖1所示，其中，深層注漿過程中采用分層注漿的施工方式，原則為由深到淺，注漿過程中每次提管的高度都應當控制在0.5m以內，以確保漿液能夠均勻滲透，注漿壓力也將隨著施工的開展不斷降低，注漿壓力在地面下1m左右降低至大于0.3MPa。

圖1 不同注漿深度的橋接坡各路段縱剖面

3.3 監測評估方案

為確保監測準確性、科學評價注漿效果，對橋梁采用銑刨加罩處理的北側（未注漿處理）和注漿加固的南側，使用精度為0.1mm的高精度水準儀分別監測橋接坡沉降，對比兩者數據，檢測過程中將標準偏差控制在0.7mm以內。

3.3.1 監測點布置

使用沉降標記鋼釘沿橋接坡進行標記，分別在橋頭搭板邊緣距離橋頭25m、15m和5m的位置設置監測點，為保證數據準確，各水平高度處均設立兩個監測點。

3.3.2 定期記錄

選擇基礎穩定、無沉降且距離橋接坡坡底30m左右的位置，作為固定觀測位置，編號標記每個檢測位置并定期檢測，對一條水平線上多個監測點監測所得沉降數據取均值處理。

每個季度監測一次，測算標高并獲取該位置的道路沉降情況，并對比觀測點設置于橋梁北側未經過注漿加固的橋接坡處。

3.4 沉降監測結果

由于篇幅限制，本文僅分析了距橋頭25m處的監測數據，對于同樣處于橋接坡路段的監測點而言，經注漿加固的南側與未采取注漿工藝的北側，兩者的沉降幅度對比如圖2所示。

圖2 距橋頭25m處橋接坡的沉降發展曲線

4 結束語

4.1 注漿加固效果

案例工程中應用了地聚合物作為材料，使用注漿加固方式來補強加固橋接坡的臺背填土方，有效提高了路基強度和道路承載力，解決了結構層破碎問題，改善了臺背軟弱地基穩定性，并填充了臺背土基的沉降孔隙。

結合定期檢測結果來看，應用地聚合物注漿加固技術的南側橋梁相較于北側只采用傳統工藝處理的橋接坡而言，在施工后3個月、6個月、12個月和18個月，沉降幅度均明顯降低，這說明該技術的應用能夠有效緩解軟土路基沉降，避免道路工程出現跳車問題。

4.2 社會價值與意義

在橋接坡沉降治理工程中，地聚合物注漿加固技術的應用具有鮮明的實踐價值。

地聚合物具備良好的物理化學性能，在具有良好滲透性和流動性的同時，還具有良好的耐腐蝕性和耐久性，制備過程能耗較低、排放較少，符合綠色施工的理念。該技術應用時無須開挖施工，對周圍交通環境產生的影響相對較小，因施工導致的交通中斷持續時間較短，通常在完成施工后只須養護1d即可直接開放交通。該技術應用時所使用的各種設備體積都相對較小，方便運輸，同時加固的深度也可以通過管道深度靈活把控，有利于精細化施工管理的開展。注漿技術應用已較為成熟，施工過程中資源消耗較少，造價較低，同時其施工有效性顯著，能夠有效降低后續工程養護頻率，進而降低工程養護成本。

當前行業尚沒有根治橋頭跳車問題的方法，本文結合案例分析了橋接坡注漿加固技術在解決橋頭跳車問題方面的應用。結果表明，應用地聚合物的注漿加固技術能夠有效處治道路橋梁工程中常見的跳車問題，提高行車安全性和穩定度，改善公眾的出行體驗。