基于地聚合物注漿的路橋承臺(tái)與老路基病害治理研究

摘要 為有效處理路橋承臺(tái)回填與老路路基搭接處的病害，研究地聚合物注漿加固技術(shù)在橋承臺(tái)回填與老路路基搭接處病害處治中的應(yīng)用，文章選擇礦渣、粉煤灰和偏高嶺土及水玻璃原材料，制備地聚合物注漿材料，并測(cè)試了該材料的膨脹率和抗壓強(qiáng)度，確定其滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，將其用于實(shí)際工程中，以加固工程路橋承臺(tái)回填與老路路基搭接處的裂縫，并按照施工工藝標(biāo)準(zhǔn)完成地聚合物注漿的加固處理。測(cè)試結(jié)果顯示，通過(guò)研究的地聚合物注漿材料進(jìn)行工程路橋承臺(tái)回填與老路路基搭接處的開(kāi)裂加固，能夠顯著降低其彎沉值。

關(guān)鍵詞 地聚合物；注漿加固技術(shù)；路橋承臺(tái)回填；老路路基；搭接處；病害處治

中圖分類號(hào) U418 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）02-0132-03

0 引言

路橋承臺(tái)回填與老路路基搭接處的病害問(wèn)題不僅影響道路的通行能力和行車安全，還對(duì)城市形象和市民生活造成不良影響。因此，如何有效處治這些病害，提高道路的穩(wěn)定性和耐久性，成為當(dāng)前交通工程領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題[1]。地聚合物注漿加固技術(shù)采用適宜的壓力系統(tǒng)，將特制的地聚合物漿液經(jīng)由鉆孔注入基層與路基內(nèi)部。在此過(guò)程中，漿液通過(guò)擠壓、滲透、擴(kuò)散及劈裂效應(yīng)，有效置換出基層與路基中的水分與空氣，并緊密填充及黏合基層的空洞與松散區(qū)域，進(jìn)而密實(shí)路基土壤。同時(shí)，漿液中的堿性激發(fā)劑能夠激活基層或路基內(nèi)原本惰性的二氧化硅和三氧化二鋁，促使它們與礦物活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種結(jié)構(gòu)均勻、質(zhì)地緊密且黏結(jié)力強(qiáng)的結(jié)石體[2]。這一過(guò)程還伴隨著地聚合物漿脈網(wǎng)絡(luò)框架的形成，為整體結(jié)構(gòu)提供額外的加固效果。此外，聚合物注漿加固技術(shù)針對(duì)基層的松散、脫空現(xiàn)象及路基沉降問(wèn)題提供有效的解決方案。它不僅能夠顯著減少路基的彎沉現(xiàn)象，還可以通過(guò)修復(fù)和增強(qiáng)基層的回彈模量，優(yōu)化道路的整體剛度與水穩(wěn)定性。這一技術(shù)可以提升路面結(jié)構(gòu)的綜合承載能力，并增強(qiáng)其抵抗變形的能力，確保道路結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和性能[3]；可有效填補(bǔ)道路基層的裂縫，減少路面的反射裂縫，提升路面外觀，提高道路使用的耐久性[4]。地聚合物注漿加固技術(shù)適用于各級(jí)公路改擴(kuò)建工程中既有道路與承臺(tái)基坑、拼寬路基搭接處路基與基層的脫空、斷裂、沉陷等病害處治，對(duì)既有道路基層裂縫也有較好的防治效果。

該文為實(shí)現(xiàn)路橋承臺(tái)回填與老路路基搭接處的病害處治，通過(guò)分析病害產(chǎn)生的機(jī)理和地聚合物注漿加固技術(shù)的工作原理，結(jié)合具體工程實(shí)踐，探討該技術(shù)在提高道路穩(wěn)定性和耐久性方面的作用，以期為相關(guān)工程實(shí)踐提供參考和借鑒。

1 路橋承臺(tái)回填與老路路基搭接處病害處治

1.1 地聚合物注漿加固技術(shù)

1.1.1 地聚合物原材料

為研究地聚合物注漿加固技術(shù)在橋承臺(tái)回填與老路路基搭接處病害處治中的應(yīng)用效果，需制備地聚合物，其所需的原材料包含礦渣、粉煤灰、偏高嶺土及水玻璃，其中水玻璃的主要作用是實(shí)現(xiàn)堿激發(fā)。

選擇的礦渣粒徑范圍在8～32 um之間，粉煤灰等級(jí)為Ⅱ級(jí)，粒徑不超過(guò)10 um；偏高嶺土細(xì)度為1 250目。根據(jù)前期試驗(yàn)成果，按照礦渣粉∶粉煤灰∶偏高嶺土=3∶5∶2的質(zhì)量比例將三者混合均勻待用。水玻璃固含量為34%，在配制地聚合物過(guò)程中，需要利用NaOH和去離子水對(duì)水玻璃模數(shù)進(jìn)行調(diào)配，獲取調(diào)配后的堿激發(fā)劑。

1.1.2 注漿材料配置

選擇原材料后，則進(jìn)行地聚合物注漿料的制備，在制備前需將礦渣、粉煤灰及偏高嶺土研磨成粉狀，將調(diào)配后的堿激發(fā)劑和研磨后的粉狀混合物進(jìn)行攪拌，以制備地聚合物注漿材料，整體制備流程圖如圖1所示：

按照上述流程進(jìn)行地聚合物注漿材料制備時(shí)，攪拌時(shí)間均為3 min，以保證材料的均勻、充分混合，制備完成的注漿材料備用。

1.2 注漿材料性能分析

地聚合物注漿材料制備完成后，依據(jù)《公路路基與基層地聚合物注漿加固技術(shù)規(guī)程》（SZ-G-B04—2007）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行該材料的性能試驗(yàn)分析，主要包含膨脹率分析、抗壓強(qiáng)度分析及黏結(jié)強(qiáng)度分析，將分析結(jié)果與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，判斷其是否滿足應(yīng)用需求[5]，其中膨脹率的標(biāo)準(zhǔn)在0%～1%之間，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)則依據(jù)加固時(shí)間進(jìn)行判斷，3 d標(biāo)準(zhǔn)為≥20 MPa；7 d標(biāo)準(zhǔn)為≥35 MPa；28 d標(biāo)準(zhǔn)為≥40 MPa。

（1）膨脹率試驗(yàn)

取上述制備好的地聚合物注漿材料100 mm，將其注入密封杯中，記錄其高度h1后將其密封保存；記錄密封后3 h和24 h后的漿液膨脹面高度h2（3 h）、h2（24 h），計(jì)算其對(duì)應(yīng)漿液膨脹率α：

（2）抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)，需借助抗壓強(qiáng)度測(cè)試設(shè)備完成。步驟如下：首先，將制備的地聚合物注漿材料注入特制模具內(nèi)；隨后，將模具置于振動(dòng)平臺(tái)上充分振搗并磨平其表面；之后，將處理好的試件放入水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并在試驗(yàn)前20 min內(nèi)取出模具；接著，把試件放置于抗壓強(qiáng)度測(cè)試設(shè)備中，以2 200～2 600 N/s的恒定速率進(jìn)行加載，直至試件破壞為止，加載過(guò)程中需保持勻速；最后根據(jù)試件破壞時(shí)的數(shù)據(jù)計(jì)算其抗壓強(qiáng)度Fo，其公式如下：

式中：go——破壞時(shí)的最大荷載（N）；A——受壓面積（m2）。

依據(jù)上述兩個(gè)試驗(yàn)分析地聚合物注漿材料的相關(guān)性能，其漿液膨脹率α為0.55%，試件的抗壓強(qiáng)度Fo結(jié)果如下：3 d為25.6 MPa，7 d為38.4 MPa，28 d為50.3 MPa，滿足相關(guān)技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 工程應(yīng)用

1.3.1 工程概況

依據(jù)上述小節(jié)的制備和分析后確定，該文制備的地聚合物注漿材料滿足性能指標(biāo)，并以某地區(qū)的道路橋梁工程為例，分析其在實(shí)際工程中的應(yīng)用效果。該工程的路橋承臺(tái)回填搭接處，由于路基材質(zhì)和結(jié)構(gòu)厚度差異，導(dǎo)致其強(qiáng)度不同，并且回填后沉降較大，搭接處的沉降差異明顯，因此在路橋承臺(tái)回填與老路路基搭接處發(fā)生了開(kāi)裂情況，影響路橋的整體性。使用上述制備的地聚合物注漿材料對(duì)開(kāi)裂處進(jìn)行注漿加固處理，實(shí)現(xiàn)開(kāi)裂處治。

1.3.2 注漿加固施工

（1）注漿孔布置

使用地聚合物注漿材料進(jìn)行開(kāi)裂注漿加固時(shí)，需先布設(shè)注漿孔，注漿孔的布局及其加固的層位需依據(jù)待補(bǔ)強(qiáng)路段的特定狀況進(jìn)行規(guī)劃，關(guān)鍵考量因素涵蓋原道路病害的嚴(yán)重程度、路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度級(jí)別、半剛性基層所采用的筑路材料特性，以及注漿材料在這些材料中實(shí)際發(fā)揮效能的覆蓋半徑等。針對(duì)半剛性基層的補(bǔ)強(qiáng)工作，注漿孔的設(shè)置可采取以下幾種主要布局策略：全面均勻布局、梅花狀分散布局、條帶狀連續(xù)布局及環(huán)繞重點(diǎn)區(qū)域的布局方式[6]。該文結(jié)合工程實(shí)際情況，選擇梅花狀分散布局進(jìn)行該工程的注漿孔布置，布置結(jié)果如圖2所示：

依據(jù)設(shè)計(jì)方案，注漿孔呈梅花狀排列，其間距設(shè)定為1.5 m（橫向）與1.2 m（縱向），孔徑大小為5 cm。注漿孔分為兩類：針對(duì)深層路基的加固孔和針對(duì)淺層路基的加固孔，它們交替排列于不同排中，旨在通過(guò)漿液的交叉滲透與重疊，在注漿區(qū)域內(nèi)構(gòu)建一個(gè)連續(xù)的加固整體。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，若現(xiàn)場(chǎng)條件受到限制，可對(duì)孔位進(jìn)行微調(diào)，但調(diào)整幅度需保持在20 cm以內(nèi)。

（2）鉆孔和清孔

該文采用直徑為50 mm的鉆頭裝配于鉆孔機(jī)，作業(yè)時(shí)需確保鉆桿垂直于路面，且鉆孔的實(shí)際有效深度需與設(shè)計(jì)規(guī)格相符。在鉆孔作業(yè)期間，產(chǎn)生的粉塵需即時(shí)清除[7]，并在工程竣工后統(tǒng)一進(jìn)行適當(dāng)處理。對(duì)于已完成的鉆孔，應(yīng)立即開(kāi)展注漿工作；若無(wú)法在同一天內(nèi)完成注漿，則應(yīng)對(duì)這些孔進(jìn)行臨時(shí)性封閉，防止路面雜質(zhì)侵入或雨水通過(guò)孔道滲入基層。同時(shí)，鉆孔作業(yè)區(qū)域需實(shí)施嚴(yán)格的交通管理，禁止車輛通行，以免注漿孔因受壓而變形，從而確保注漿孔的密封性能不受影響。

（3）注漿施工

在進(jìn)行注漿作業(yè)前，需在路面上明確標(biāo)記出每個(gè)注漿孔的注漿次序。對(duì)于單條裂縫的病害處理，其注漿順序應(yīng)采取兩側(cè)注漿孔交替作業(yè)的方式；而對(duì)于矩形區(qū)域的病害，注漿應(yīng)從四周逐漸向內(nèi)推進(jìn)，若原路面存在縱向坡度，注漿作業(yè)應(yīng)從地勢(shì)較低的一端向較高的一端進(jìn)行。

該文采用ZJ-150型智能注漿車進(jìn)行注漿施工，將包含水泥或其他材料的漿液注入路基或基層內(nèi)部。在施加一定壓力的作用下，漿液會(huì)均勻滲透并擴(kuò)散至松散顆粒間的空隙中，以有效排除其中的空氣與水分。待漿液凝固后，將填滿所有空隙，并將原本松散的物質(zhì)黏結(jié)成一個(gè)整體，從而實(shí)現(xiàn)修復(fù)道路結(jié)構(gòu)中的損傷、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的目標(biāo)。

式中：λ——注漿點(diǎn)以上土體的平均重度（N/m3）；h——路面到注漿點(diǎn)的深度（m）；Fa——路基的抗拉強(qiáng)度（N/m2）。

結(jié)合上述公式，確定該工程注漿時(shí)的壓力需維持在0.5～1.5 MPa的范圍內(nèi)；確定注漿壓力后，為確保注漿過(guò)程不會(huì)對(duì)路面造成不良影響，必須精確控制該注漿壓力，防止路面隆起超過(guò)安全范圍，即隆起高度應(yīng)被限制在1 cm以內(nèi)；一旦監(jiān)測(cè)到隆起超出此限值，應(yīng)立即終止注漿作業(yè)。若路面隆起顯著，可通過(guò)施加重物反壓的方式恢復(fù)其原有標(biāo)高。

（4）封孔和養(yǎng)生

依據(jù)上述內(nèi)容完成注漿施工后，將注漿管拔出；完成拔管操作后，應(yīng)迅速采用封孔塞對(duì)注漿孔實(shí)施封堵，保證孔內(nèi)填充緊密無(wú)遺漏。待漿液完全凝固后，方可移除封孔塞，并對(duì)已完成注漿的孔洞再次進(jìn)行妥善封閉。若后續(xù)計(jì)劃對(duì)注漿后的瀝青路面實(shí)施就地?zé)嵩偕鳂I(yè)，則路面以下約4 cm深度的注漿孔口可無(wú)須額外密封；否則，應(yīng)確保密封處理延伸至路面表層。密封作業(yè)完成后，需實(shí)施交通封閉并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。施工單位應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，確定并掌握恢復(fù)交通所需的最短安全時(shí)長(zhǎng)。

2 結(jié)果分析

完成工程開(kāi)裂處治后，需使用地聚合物注漿材料進(jìn)行開(kāi)裂注漿的加固處理，而后進(jìn)行加固效果的分析，以判斷其在實(shí)際工程中的應(yīng)用情況。

該文主要針對(duì)加固后的路橋承臺(tái)回填與老路路基搭接處的彎沉值進(jìn)行分析[路面彎沉值是指路基、路面在標(biāo)準(zhǔn)軸載（一般為B22-100或等效車輛，如后軸6t或10t的車輛）作用下，其表面輪隙位置產(chǎn)生的垂直回彈變形值，用0.01 mm（1/100 mm）作為計(jì)算單位，它反映了荷載對(duì)路基/路面作用前后，路基/路面發(fā)生變形的大小]，該文采用落錘式彎沉儀對(duì)路面進(jìn)行彎沉檢測(cè)，具體設(shè)計(jì)要求如下：機(jī)動(dòng)車道彎沉值需保持在31（0.01 mm）以內(nèi)；非機(jī)動(dòng)車道彎沉值不應(yīng)超過(guò)42（0.01 mm）；機(jī)非混行車道彎沉檢測(cè)值則應(yīng)滿足不大于42（0.01 mm）的標(biāo)準(zhǔn)。

通過(guò)上述方法對(duì)工程加固區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，隨機(jī)獲取10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的彎沉值監(jiān)測(cè)結(jié)果，如表1所示：

根據(jù)表1的監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，通過(guò)研究的地聚合物注漿材料進(jìn)行工程路橋承臺(tái)回填與老路路基搭接處的開(kāi)裂加固后，能夠顯著降低其彎沉值；路面彎沉值較小，意味著在相同荷載作用下，路面產(chǎn)生的變形較小，表明路面結(jié)構(gòu)具有較高的整體剛度和強(qiáng)度，能夠承受更大的荷載而不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變形，從而延長(zhǎng)路面的使用壽命。

3 結(jié)論

路橋承臺(tái)回填與老路路基搭接處的病害會(huì)降低道路橋梁的結(jié)構(gòu)安全性，加速道路橋梁的老化過(guò)程，縮短其使用壽命，可能導(dǎo)致道路橋梁的坍塌，對(duì)交通安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為有效處理該位置的病害，該文研究地聚合物的注漿加固技術(shù)，通過(guò)制備地聚合物注漿加固材料進(jìn)行加固；并結(jié)合實(shí)際工程驗(yàn)證該加固技術(shù)的應(yīng)用效果，為提升路橋承臺(tái)回填與老路路基搭接處的整體性提供可靠保障。

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