摘要
鑒于傳統(tǒng)的瀝青路面裂縫病害維修方法的不足，本文結(jié)合高聚物注漿技術(shù)的優(yōu)點在南陽干線公路上的應(yīng)用介紹了采用非開挖高聚物注漿技術(shù)處治瀝青路面裂縫病害的一種新的路面養(yǎng)護方法。研究了高聚物注漿技術(shù)的技術(shù)原理、注漿施工方案、冷補料修補技術(shù)及竣工評價方法。實踐證明高聚物注漿技術(shù)在瀝青路面維修和養(yǎng)護中的應(yīng)用是切實可行的,為今后這種技術(shù)在全市公路范圍內(nèi)的推廣與應(yīng)用積累了很多經(jīng)驗和借鑒意義。
關(guān)鍵詞
瀝青路面；注漿技術(shù)；高分子聚合物；公路養(yǎng)護
前言
裂縫病害是瀝青路面早期損壞現(xiàn)象之一，裂縫的存在再加上外界環(huán)境和荷載的反復(fù)作用，加速了路面結(jié)構(gòu)的破壞，早期遏制裂縫的發(fā)展并對其進行修補可以延長道路的使用功能和壽命[1-2]。因此，研究人員非常關(guān)注裂縫修補技術(shù)并對其做了大量研究：例如裂縫貼、瀝青灌縫、灌縫膠修補裂縫、溶劑型改性瀝青材料灌縫、水泥壓漿、挖補、裂縫嚴重的直接銑刨瀝青面層等技術(shù)，但是使用效果不理想[3-6]。本文研究了高聚物注漿技術(shù)的技術(shù)原理、注漿施工方案、冷補料修補技術(shù)及竣工評價方法并在S103鄭新線新野宛城交界至龍背段公路進行實踐。本路段作為南陽市南北方向的主要干線通道及南陽城區(qū)的主要出入市口道路，是新野縣與南陽市的主要連通道路，由于近幾年交通量和超限車輛的日益增多，路面病害每年都呈上升趨勢，路面的強度已達不到要求，平整度、抗滑性極差，通行能力低。為此，盡快修復(fù)此段公路，使其正常發(fā)揮其所擔負的省道公路路網(wǎng)功能，對區(qū)域內(nèi)運輸效益的提高和當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，完善地方公路網(wǎng)有著十分重要的意義。
1.病害調(diào)查及歷史教訓(xùn)
1.1路面病害調(diào)查
近年由于交通量和超限車輛的日益增多，個別路段路基變形嚴重，路面裂縫、坑槽、翻漿挖補段隨處可見，見圖1所示。
圖1 路面病害
上述公路病害若不及時處治，路面表面的水經(jīng)過裂縫滲入到道路結(jié)構(gòu)層中，在源源不斷車流的輾壓下，路面出現(xiàn)泥漿，泥漿使路基土流失，導(dǎo)致道路底脫空，并小范圍沉陷。隨著脫空部的擴大，路面沉陷部位網(wǎng)裂，緊接著出現(xiàn)小坑槽，形成破壞，在病害路段出現(xiàn)連續(xù)小坑槽，造成道路破壞影響道路正常運營，并危及行車安全。
1.2歷史教訓(xùn)
S103線南陽市宛城區(qū)大修竣工段，又在短時間內(nèi)出現(xiàn)裂縫，原因是沒有徹底治理病因，導(dǎo)致病害的重復(fù)發(fā)生，見圖2所示。
圖2 重復(fù)發(fā)生的路面病害
1.3路面病害檢測方法
判斷公路的強度檢測路面彎沉值，用地質(zhì)雷達設(shè)備對路面厚度、路基空洞、缺損與路面含水量等指標進行檢測，觀測縱向裂縫變形發(fā)展狀況，判斷是否是由于新老路基不均沉陷造成的路面裂縫，對路基進行土工試驗，確認是否存在特殊土，諸如膨脹土等。
通過上述對病害的調(diào)查及檢測，可以準確地判斷病害的原因及地點，選用相應(yīng)的治理方案，防止病害治理不徹底或處理方法有誤而導(dǎo)致治理病害后又在短時間內(nèi)重新發(fā)生。
2.路面病害治理方案選擇
傳統(tǒng)治理方案為：挖除路面結(jié)構(gòu)層，挖除7cm瀝青面層，挖除原18cm水泥穩(wěn)定砂礫上基層，再回填20cm水泥穩(wěn)定碎石基層+5cm中粒式改性瀝青混凝土；兩側(cè)老路局部病害嚴重的挖除7cm瀝青面層+18cm水泥穩(wěn)定砂礫上基層，再回填18cm水泥穩(wěn)定碎石基層+7cm粗粒式瀝青混凝土（AC-25C），最后全幅通鋪3cm細粒式瀝青混凝土（AC-10C）。
高分子聚合物注漿技術(shù)治理方案是采取注高聚物和微表處方法，既能加強路基土基，根除病害又能恢復(fù)公路功能。較傳統(tǒng)壓注水泥漿方法可節(jié)約維修費用45%左右。非開挖注漿技術(shù)較傳統(tǒng)的治理方法對路面損害小，操作簡單，施工速度快，經(jīng)濟性高。
通過以上分析，公路病害路面段路基采用非開挖高聚物注漿治理，路面采用瀝青混凝土罩面方案。
3.高分子聚合物注漿技術(shù)作用原理
高分子聚合物注漿技術(shù)是20世紀60年代起源于日本的一項基礎(chǔ)工程設(shè)施快速維修技術(shù)，經(jīng)過推廣于70年代普及到歐美，已經(jīng)在世界范圍內(nèi)的75,000多個工程中得到應(yīng)用，主要解決水泥混凝土路面和瀝青路面的抬升以及土基層的穩(wěn)定等問題。其技術(shù)原理如圖3、圖4所示。通過路面鉆孔至基層病害處，注入高分子聚合物原料，混合發(fā)生反應(yīng)后，體積迅速增大。反應(yīng)過程中材料在受阻力較小的方向膨脹更多，因此材料總是流向土基中最軟弱的地方，進行膨脹和壓密，以此達到解決公路病害問題。
圖3 道路病害概念圖
圖4 新技術(shù)維修原理圖
3.1高分子聚合物注漿技術(shù)特點
高分子聚合物反應(yīng)后形成的固體材料自重輕，其密度不到水泥漿或瀝青材料的10%。高分子聚合物材料的自由膨脹比可達20:1，可以填充脫空和裂縫，同時可以進一步壓密周圍介質(zhì)。高分子聚合物材料能夠迅速固化，可在15分鐘內(nèi)達到其最終強度的90%。材料具有良好的彈性，并具有較高的抗拉強度。高分子聚合物固化后材料具有良好的防水性能。高分子聚合物材料耐久性達30年以上。高分子聚合物對環(huán)境無污染。高分子聚合物注漿過程快捷，不需要養(yǎng)生，極大的縮短了施工時間。高分子聚合物注漿孔約16mm，對結(jié)構(gòu)基本無損壞。高分子聚合物注漿過程可以實時監(jiān)控。高分子聚合物還可用于建筑物地基加固、地板沉降修復(fù)、道路及機場道路維修等。
3.2高分子聚合物注漿技術(shù)施工方案
A及B兩類高聚物材料和沖擊鉆、吹風機、切割工具、注射槍、發(fā)電機、注漿機及運載卡車等設(shè)備準備到位。施工人員包括管理人員2人，技術(shù)人員2人，技工6人，普工10人等進場。高分子聚合物注漿技術(shù)施工工藝流程為：交通管制→注漿路段定位→注漿孔布置→鉆孔→下注漿管→安裝注射帽→注漿→封孔→清掃環(huán)境→質(zhì)量驗收→開放交通，見圖5～7所示。
1）交通管制：依照保通方案對注漿路段進行交通管制，交通管制期間，施工過程中作業(yè)人員必須統(tǒng)一穿著規(guī)定的醒目橘紅色服裝，現(xiàn)場負責人，技術(shù)員必須掛牌上崗、流動保通員在作業(yè)區(qū)內(nèi)來回巡視，對作業(yè)區(qū)內(nèi)標志、標牌及錐桶進行巡查，及時解除問題，發(fā)現(xiàn)車流量大時，要及時上報負責人，負責人應(yīng)及時安排開放交通，不得因施工造成堵車現(xiàn)象：遇到政治任務(wù)時，積極配合路政交警工作，立刻撤離施工現(xiàn)場。
2）注漿路段定位：按照病害分布平面圖及業(yè)主、監(jiān)理指示，確定病害處治路段，合理安排施工方案。
3）注漿孔布置：注漿孔布置沿裂縫方向，間距0.6m。如遇到路面翻漿、唧泥處，找出地下脫空部，多孔注漿填充滿地下貫通管，切斷滲流管涌。
4）鉆孔：把80cm長鉆頭安裝到?jīng)_擊鉆上，鉆孔至脫空或軟弱地基層，約50cm～70cm。
5）安裝注射帽：把注射帽凹型邊緣使用專用工具清理干凈，以便于與注射槍更好的結(jié)合，使用鐵錘把已清理注射帽固定在公路上。
6) 注漿：根據(jù)施工及高聚物注漿技術(shù)要求，使用夾具把注射槍與注射帽夾牢。通過輸料管道分別把A及B兩類高聚物材料輸送到注射槍口，兩種材料通過注射槍口輸送到路面病害處，并發(fā)生化學反應(yīng)，材料由液體變?yōu)楣腆w，體積迅速膨脹。
7) 封孔：為防止雨水侵蝕，破壞路面，并保持路面的整體形象，使用水泥漿對注漿孔封孔。
8) 清掃環(huán)境及開放交通：使用鐵刷對注漿孔及污染路面進行處理，并用笤帚對施工作業(yè)區(qū)進行清掃，清掃完畢后，施工作業(yè)區(qū)內(nèi)車輛要有序地快速撤離施工作業(yè)區(qū)。
圖5 注漿過程(鉆孔、安裝注射帽、注漿)
圖6排出路基、地基地下水
圖7 注漿前后，抬升沉降5cm
圖8 滲透進入路基層孔隙形成層狀防止雨水浸透及翻漿唧泥
4.冷補料修補技術(shù)
與高分子聚合物注漿技術(shù)配套的冷補料修補技術(shù)，是在注漿完成后針對表面不平整及坑槽區(qū)域，使用冷補料修補新技術(shù)。冷補料是一種高科技道路修補材料，可以全天候使用，適用于在任何天氣和環(huán)境下補修各種不同類型的道路面層，如瀝青混凝土道路、水泥混凝土道路、停車場、機場跑道等。
一般修補應(yīng)將帶修補的坑槽及四周的碎石、廢渣清理干凈，坑槽內(nèi)不得存有泥漿、冰塊等雜物。被修補的坑槽、溝槽應(yīng)有整齊的切邊，廢渣的清除要見到固體堅固面為止。把足夠的冷補材料添進坑槽，直到高出地面1.5cm 左右，高速公路和一般公路修補，其冷補料的投人量可增加10%左右。填滿后坑槽中央應(yīng)高于四周路面并呈弧形。如路面破損深度在5cm 以上時，填補工作應(yīng)以 4cm為一層，分層填補，逐層壓實，鋪設(shè)均勻后，根據(jù)實地修補環(huán)境、修補面積大小和深度，選擇適當?shù)膲簩嵐ぞ吆头椒ㄟM行壓實。壓實完成后可在表面均勻的撒上一層石粉或細砂，使用清掃工具來回清掃，以使細砂填滿表面空隙。修補玩的坑槽表面應(yīng)光潔、平整、無輪跡，坑槽四周和邊角一定要壓實、無松散等現(xiàn)象，普通修補壓實度要達到93%以上。高速公路修補壓實度要達到95%以上。冷補料修補技術(shù)施工過程見圖9所示。
冷補料修補技術(shù)具有如下的優(yōu)點：①低碳節(jié)能環(huán)保：在常溫下拌和，沒有或很少有二氧化碳排放。符合交通部建設(shè)低碳交通的要求。粉塵少、毒氣小，對環(huán)境無污染。②造價低：拌和成本低，拌和成本只有熱拌站的六分之一，施工結(jié)束時，多余材料可儲存，無浪費。③施工方便：施工不受時間、溫度條件的限制。它可以使用機械攤鋪，也可使用人工攤鋪，攤鋪技術(shù)簡單，一學就會，不需大型機械。④壽命長：即鋪即通，其溫穩(wěn)性、回彈性好，塑性高、粘附性強，不車轍、不推移、不擁包、不龜裂，是熱瀝青混凝土路面壽命的2-3倍。
圖9 冷補料修補坑槽
5.竣工評價方法
對工前、工后的彎沉值、地質(zhì)雷達檢測結(jié)果及錘擊式路基路面強度檢測儀進行比對，以此確定施工效果。特別是雨后是否出現(xiàn)翻漿、唧泥現(xiàn)象。
見圖6～8所示，工程實例表明：
1）高聚物的膨脹性和防水性可以排開積水并填充脫空，同時強化土基以阻止脫空的延伸以及新的裂縫的形成。即能排出路基底部積水，填充脫空部。
2）高聚物注漿方法可以起到穩(wěn)定作用，阻止唧泥進一步的沉降發(fā)生，還可以壓密和穩(wěn)定數(shù)米深的土基層。即能加固地基，提高道路承載力。
3）高聚物膨脹性不僅填充脫空，向上的膨脹力可以將凹陷的路面抬升，提升精度可以控制在毫米為單位，保證了精確性。即能修復(fù)路面平整度。
4）公路的破壞往往和水有著關(guān)系，如何防止水進入基層是防止路面破損的根本問題。注漿后材料會膨脹，搜尋并填充表面下的裂縫、漏洞、脫空和接縫，形成堅固、穩(wěn)定和持久的防水層。即能防止水浸透，使膨脹土與水隔離。
6.結(jié)論
（1）應(yīng)用高聚物注漿處治南陽干線公路瀝青路面唧漿、脫空、裂縫等病害，效果良好，表明該技術(shù)能有效排導(dǎo)路面內(nèi)部泥漿，填充脫空與裂隙，并擠密周圍松散基層，提高路面結(jié)構(gòu)強度，是處治路面深層病害的較好方法。
（2）高聚物注漿技術(shù)是一種快速高效的道路無損維修技術(shù)，其注漿孔直徑小,注漿后采用瀝青封孔，對道路組成結(jié)構(gòu)影響十分微小，與此同時具有施工迅速，對交通影響小等優(yōu)點。
（3）高分子聚合物注漿技術(shù)作為一種新型的加固技術(shù)，在填充脫空、提高路面強度、排出下層積水等方面有良好的效果并且對路面破壞小，精確可控，維修過程方便快捷，對交通運營影響很小。
（4）從現(xiàn)場施工情況和后期的發(fā)展來看,高聚物注漿技術(shù)在填充材料之間的空隙的同時,能夠排出路面以下的積水，并由于高聚物材料滲透系數(shù)較小的特點使其起到防滲的功能.較為有效地解決了瀝青路面的滲水問題。
（5）高聚物注漿技術(shù)是一種方便快捷和高效的方法,其有著許多傳統(tǒng)方法所不具備的優(yōu)點，在舊路改擴建及其他基礎(chǔ)工程設(shè)施的維修領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻
[1]高翠蘭等.瀝青路面反射裂縫產(chǎn)生機理及瀝青性能評價[J].山東建筑大學學報2010,25(3)
[2]李楠楠.提高瀝青路面抗裂性能的關(guān)鍵技術(shù)措施研究[J].廣東建材，2010,(8)
[3]季曉麗.地聚合物注漿技術(shù)在道路養(yǎng)護工程中的應(yīng)用[J].中國市政工程，2011,(2)
[4]郭成超等.水泥混凝土路面脫空高聚物注漿技術(shù)研究[J].公路，2008,10
[5]Costas A. Anagnostopoulos. Laboratory study of an
injected granular soil with polymer grouts [J]. Tunnelling and Underground
Space Technology，2005,7: 523-533
[6]Rimantas Mackevicius. Possibility for Stabilization of Grounds and Foundations of Two Valuable Ancient Cathedrals on Weak Soils in Baltic Sea Region with Grouting [J]. Procedia Engineering, 2013,(57):730 -738
注：本文發(fā)表在《公路》雜志2015年第4期。
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