1 前言

經(jīng)過(guò)多年的快速發(fā)展，我國(guó)的公路和城市道路建設(shè)取得了舉世矚目的成就，道路里程、道路等級(jí)都有了本質(zhì)性的提高。而隨著經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)和汽車(chē)保有量的提高，這些道路承擔(dān)著越來(lái)越重交通需求，病害發(fā)生較為普遍，而路面基層的破壞則是導(dǎo)致這些病害產(chǎn)生的主要原因之一。

由于基層病害層位較深，隱蔽性強(qiáng)，目前常規(guī)的維修一般采用開(kāi)挖修補(bǔ)的方式進(jìn)行，這類(lèi)方法工期長(zhǎng)，造價(jià)高，施工過(guò)程對(duì)周邊環(huán)境影響大，而且開(kāi)挖施工還易造成周邊路面結(jié)構(gòu)的二次破壞。路基開(kāi)挖式維修帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響都是不容忽視的。因此開(kāi)發(fā)快速、可靠的道路基層的非開(kāi)挖加固技術(shù)具有重要的意義。





由基層破壞導(dǎo)致的道路常見(jiàn)病害示例

2 道路基層非開(kāi)挖快速加固成套技術(shù)簡(jiǎn)介

與開(kāi)挖式維修相比，注漿加固技術(shù)具有施工周期短，減少機(jī)械、人工消耗，對(duì)交通、環(huán)境影響小，輿情壓力和社會(huì)影響小等優(yōu)點(diǎn)。

但長(zhǎng)期以來(lái)，在道路基層注漿中一直有幾個(gè)問(wèn)題沒(méi)有得到解決：一是病害檢測(cè)和識(shí)別準(zhǔn)確度低，導(dǎo)致對(duì)基層的注漿處治具有一定的盲目性；二是水泥基注漿材料本身的一些缺點(diǎn)，例如固化速度慢，早期強(qiáng)度低，后期收縮量較大，在終凝前受環(huán)境（水、振動(dòng)）影響大等，導(dǎo)致注漿施工需要進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的封閉交通養(yǎng)生；三是對(duì)注漿效果的評(píng)價(jià)方法具有一定的局限性，難以反映真實(shí)的注漿效果，導(dǎo)致注漿施工中偷工減料現(xiàn)場(chǎng)非常普遍，甚至導(dǎo)致對(duì)這種技術(shù)的否定。

對(duì)這三類(lèi)問(wèn)題，廣州展亞土木工程技術(shù)有限公司通過(guò)長(zhǎng)期的努力，研發(fā)并提出了相應(yīng)的解決方案，分別是雷達(dá)法和沖擊映像法相結(jié)合的道路基層（路基）病害檢測(cè)識(shí)別技術(shù)和注漿效果評(píng)定方法，環(huán)境友好型快硬早強(qiáng)無(wú)收縮地聚合物材料，以及快速化的注漿工藝。工程實(shí)踐表明，該技術(shù)對(duì)病害的判別準(zhǔn)確度高，施工速度快，處治效果穩(wěn)定，開(kāi)放交通時(shí)間早（3小時(shí)），對(duì)注漿效果的評(píng)價(jià)準(zhǔn)確直觀(guān)。另外，該方法還可用于道路沉陷抬升、混凝土路面錯(cuò)臺(tái)的調(diào)平等方面。

道路基層非開(kāi)挖快速維修成套技術(shù)構(gòu)成示意圖

3 道路基層（路基）病害檢測(cè)識(shí)別技術(shù)和注漿效果評(píng)定方法

常規(guī)的道路基層病害檢測(cè)方法有兩種，一種是雷達(dá)法，另一種是彎沉值法（FWD、貝克曼梁等）。其中彎沉法適用于整路段的性能評(píng)定，而不適用于病害具體位置的檢測(cè)；雷達(dá)法適用于病害具體位置的檢測(cè)，但檢測(cè)結(jié)果受環(huán)境影響大，所識(shí)別的物理參數(shù)是介電常數(shù)，與結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)并不完全相關(guān)，因此判別的準(zhǔn)確度較低。

 

  

 

                                                     地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)                                       FWD檢測(cè)

        沖擊映像法是在檢測(cè)對(duì)象表面施加微小瞬時(shí)沖擊，激發(fā)產(chǎn)生彈性波，當(dāng)彈性波在其內(nèi)部傳播過(guò)程中遇到介質(zhì)交界處和缺陷時(shí)，會(huì)發(fā)生反射并在對(duì)象表面產(chǎn)生位移響應(yīng)。在激發(fā)點(diǎn)附近可放置傳感器接收響應(yīng)波形，然后通過(guò)分析波形特征變化，判斷道路內(nèi)部有無(wú)缺陷。

 

沖擊映像法檢測(cè)設(shè)備

沖擊映像法可檢測(cè)路面以下1-3m結(jié)構(gòu)層的缺陷情況，其檢測(cè)結(jié)果以二維圖像的形式給予顯示，具備系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化的特點(diǎn)，是一種高效率、高質(zhì)量的工程無(wú)損檢測(cè)方法，適用于道路隱形病害的檢測(cè)、城市塌陷區(qū)的檢測(cè)、地下管道的檢測(cè)、隧道透水區(qū)的檢測(cè)以及道路注漿施工效果的檢測(cè)等，具有非常廣闊的應(yīng)用空間和非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

A．注漿前

B．注漿后

注漿前后沖擊映像法檢測(cè)對(duì)比圖

目前，沖擊映像法的主要缺點(diǎn)是檢測(cè)速度較慢，檢測(cè)成本較高，難以滿(mǎn)足道路大面積檢測(cè)的需求。為此，我公司提出了地質(zhì)雷達(dá)法與沖擊映像法相結(jié)合的檢測(cè)方法，即先采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)被檢測(cè)路段進(jìn)行初篩，而后，對(duì)病害較為突出的路段，采用沖擊映像法進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，并形成病害云圖；在注漿后，在同位置進(jìn)行復(fù)檢，并對(duì)比注漿前后的雷達(dá)圖譜和沖擊映像法圖譜，對(duì)注漿效果進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)。

同時(shí)，公司針對(duì)沖擊映像法存在的問(wèn)題，正在開(kāi)發(fā)車(chē)載式快速檢測(cè)設(shè)備密集陣病害掃描系統(tǒng)（PRDSS）和配套檢測(cè)方法，該設(shè)備預(yù)期可系統(tǒng)解決道路基層病害的準(zhǔn)確判別及注漿效果的評(píng)價(jià)問(wèn)題。

 

在研的快速化檢測(cè)設(shè)備示意圖

4 環(huán)境友好型快硬早強(qiáng)地聚合物

與各種有機(jī)灌漿材料相比，無(wú)機(jī)灌漿料在強(qiáng)度、耐久性、造價(jià)方面都有著先天的優(yōu)勢(shì)。

地聚合物灌漿材料是一種無(wú)機(jī)高分子材料，具有優(yōu)良的機(jī)械性能和耐酸堿、耐火、耐高溫的性能，在建筑材料、高強(qiáng)材料、固核固廢材料、密封材料、和耐高溫材料等方面均有應(yīng)用。與水泥基的注漿材料相比，地聚合物材料具有凝固時(shí)間可調(diào)整空間大，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，體積穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性更好，凝固過(guò)程受動(dòng)環(huán)境影響小，很適合用于處理道路基層病害。

本公司開(kāi)發(fā)了的用于道路基層快速維修的環(huán)境友好型高強(qiáng)快硬注漿材料，該材料具有早強(qiáng)快硬，可實(shí)現(xiàn)4小時(shí)內(nèi)開(kāi)發(fā)交通；且無(wú)收縮，水穩(wěn)定性好，對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響等優(yōu)點(diǎn)。


  

       本公司開(kāi)發(fā)的基層加固用地聚合灌漿材料的主要技術(shù)參數(shù)如下表所列。其中快凝早強(qiáng)型材料由于工作實(shí)際過(guò)短，除一些特殊應(yīng)用場(chǎng)景（如應(yīng)急加固、隧道堵水等）不建議采用。而普通型I型適合大交通量道路的快速維修使用，可實(shí)現(xiàn)4小時(shí)內(nèi)通車(chē)的需求；普通型II型和III型適合允許較長(zhǎng)封閉時(shí)間的道路維修采用。

地聚物注漿技術(shù)參數(shù)

5 施工工藝

5.1 道路基層注漿快速化施工工藝和裝備

根據(jù)地聚合物注漿材料的特點(diǎn)，為滿(mǎn)足道路維修快速化、機(jī)械化的需求，我公司開(kāi)發(fā)了一套快速化施工工藝和施工組織方案，以及相配套的施工裝備和機(jī)具，如無(wú)塵型快速成孔鉆機(jī)、一體化注漿設(shè)備、高頻地震動(dòng)注漿促進(jìn)模塊、騎跨式注漿孔鎖口裝置、專(zhuān)用封口蓋等，大幅提高了施工速度和施工質(zhì)量保障。

5.2 深度步進(jìn)式加固頂升技術(shù)

    針對(duì)路面的沉陷、錯(cuò)臺(tái)等不均勻沉降類(lèi)病害，本公司在基礎(chǔ)注漿快速化施工工藝的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了深度步進(jìn)式加固頂升技術(shù)，該技術(shù)將滲透灌漿、壓密灌漿和劈裂灌漿有機(jī)結(jié)合，是一種技術(shù)難度大，但效果突出的復(fù)合灌漿技術(shù)。

其主要原理為，采用普通型地聚合物材料，在較小壓力下對(duì)基層和路基進(jìn)行滲透灌漿，完成對(duì)結(jié)構(gòu)層的初步加固。

而后采用快凝早強(qiáng)型地聚合物材料，將漿液在較高壓力下劈入深部地基中，漿液形成縱橫交錯(cuò)的劈裂線(xiàn)路，重構(gòu)土體骨架，將松散的土體固結(jié)成一個(gè)整體，并形成高強(qiáng)、穩(wěn)定的約束體。

采用漿液初凝時(shí)間短的普通型I型地聚合物進(jìn)行壓密灌漿，將漿液迅速灌進(jìn)土體的裂隙中，填充空洞、擠壓土體，不待漿液與土體充分混合，土體就被擠密壓實(shí)。由于深部注漿已經(jīng)形成封漿區(qū)域，淺層注漿的漿液將在擴(kuò)散半徑內(nèi)不斷聚集，已初凝的漿液將擠壓道路基層和面板，根據(jù)達(dá)西定律，持續(xù)灌入的漿液將產(chǎn)生向上的上抬力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土面板的注漿調(diào)平。

Maag擴(kuò)散模型	注漿頂升效果圖

6 經(jīng)典案例

6.1 廣州市機(jī)場(chǎng)高速基層快速加固

廣州機(jī)場(chǎng)高速公路連通廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)和廣州市區(qū)，是一條非常重要的交通要道。在運(yùn)營(yíng)多年以后，部分路段出現(xiàn)了裂縫、唧泥、唧漿等結(jié)構(gòu)性病害。由于該路段交通量巨大，對(duì)病害的維修過(guò)程要盡量降低對(duì)交通的影響，在經(jīng)過(guò)詳細(xì)研究后，提出了利用夜間低交通量窗口期對(duì)基層進(jìn)行非開(kāi)挖加固施工，灌漿后3小時(shí)開(kāi)發(fā)交通的技術(shù)要求。

為了適應(yīng)工程需求，本公司對(duì)普通I型地聚合物進(jìn)行了改進(jìn)，進(jìn)一步提高其早期強(qiáng)度；同時(shí)，為了保證施工效果，在注漿前分別采用沖擊映像法、地質(zhì)雷達(dá)法和彎沉法，進(jìn)行注漿前檢測(cè)，明確道路基層、地基土存在的疏松、脫空等區(qū)域，以及現(xiàn)狀道路承載能力，作為注漿區(qū)域的依據(jù)。

該工程采用增強(qiáng)型普通I型地聚合物，采用道路基層注漿快速化施工工藝對(duì)地基土加固，填充空洞、擠密土體、封閉漿液通道，并形成新的土體骨架，提高道路承載能力。在施工過(guò)程中實(shí)時(shí)調(diào)整注漿壓力、漿液水灰比、漿液流速等參數(shù)，保證漿液凝結(jié)時(shí)間、擴(kuò)散半徑、早期強(qiáng)度，避免加固不充分或過(guò)度注漿。

施工現(xiàn)場(chǎng)

施工后，采用沖擊映像法、地質(zhì)雷達(dá)法和彎沉法對(duì)施工效果進(jìn)行了對(duì)比檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示，道路基層的均勻性得到了明顯的提升（沖擊映像法），雷達(dá)圖譜中拱形突變大量消失（雷達(dá)法）；彎沉值也有了較為顯著的下降（彎沉法），說(shuō)明該工藝效果良好。對(duì)比檢測(cè)結(jié)果如下所示。

A．注漿前

B．注漿后

注漿前后沖擊映像法檢測(cè)對(duì)比圖

 

 

注漿前后路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)比

6.2 南通市星湖大道混凝土路面板加固頂升工程

南通市星湖大道是南通市經(jīng)開(kāi)區(qū)的一條主干道，路面結(jié)構(gòu)為混凝土路面，主要病害為了路面板的沉陷、錯(cuò)臺(tái)等。受業(yè)主委托，我司對(duì)星湖大道—中央路路口（北半幅西側(cè)）路段面板錯(cuò)臺(tái)較嚴(yán)重的區(qū)域，進(jìn)行注漿加固、頂升。

在注漿作業(yè)之前，我司對(duì)面板的錯(cuò)臺(tái)量進(jìn)行**測(cè)定，并采用沖擊映像法、地質(zhì)雷達(dá)法，對(duì)面板下部，以及地基土的疏松、脫空和空洞等病害進(jìn)行掃描，確定現(xiàn)狀道路的狀態(tài)。

注漿前檢測(cè)

在細(xì)致檢測(cè)的基礎(chǔ)上，按照深度步進(jìn)式加固頂升技術(shù)的工藝設(shè)計(jì)，遵循多次注漿、穩(wěn)步抬升、精準(zhǔn)調(diào)平的原則對(duì)沉陷和錯(cuò)臺(tái)區(qū)域進(jìn)行了處治。注漿后，施工區(qū)域混凝土面板抬升效果顯著，*大抬升高度為15mm，錯(cuò)臺(tái)量大幅減少，基層均勻性和路面強(qiáng)度也得到較大幅度提高。施工效果如下所示。

注漿后錯(cuò)臺(tái)量量測(cè)結(jié)果
注漿前雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果	注漿后雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果