地聚合物注浆技术在道路养护工程中的应用.pdf

第2期(总第152期)2011年4月中国彳丛z柱No．2(SerialNo．1521CHINAMUNICIPALENGINEERINGApr．2011DOI：10．3969／j．issn．1004-4655．2011．02．019地聚合物注浆技术在道路养护工程中的应用季晓丽1，陈荣1．钟世云2(1．上海力阳道路加固科技有限公司，上海201500；2．同济大学材料科学与工程学院，上海200092)摘要：研究了地聚合物注浆材料在道路养护工程中的应用，并采用弯沉测试、钻孔取芯法和复注法对注浆效果进行了评估。结果表明：采用地聚合物注浆材料注浆JJHI虱道路基层与路基，治理冈路基和基层强度不足、水稳定性不好导致的各种路面病害，能显著改善路基的水稳定性，提高道路承载力、改善道路弯沉值。关键词：道路养护；地聚合物；注浆加固；路基与基层；承载力中图分类号：0418文献标识码：B文章编号：1004—4655(2011)02—0052—03近年来，在对公路加同过程中，注浆法由于其施工方便、技术可行、社会效益好等优点，在公路工程中得到r广泛的应用⋯。就所用灌浆材料来说，主要有水泥‘2l、水泥+水玻璃‘3|、水泥+粉煤灰‘4’5|、地聚合物‘6】。地聚合物材料是近年发展起来的具有有机高分子、陶瓷、水泥的优良性能的新材料。它具有早期性能好、体积稳定性好、耐久性好等优良性能，是一种绿色环保的新型胶凝材料。近年来在道路工程中得到广泛应用，上海市公路管理处于2007年颁发了sz—G—B04--2007((公路路摹与基层地聚合物注浆加固技术规程》。本文就地聚合物注浆材料在道路路基和基层加固中的应用作探讨。1注浆技术在道路养护中的应用1．1应用工程概况新林路是上海市奉贤区东西走向的1条道路。经过多年的运营后，新林路(竹港桥一金海公路)路面损坏较为严重，主要表现为沥青路面出现大面积纵横向裂缝、龟裂、沉陷等，道路多处出现路面松散、波浪和拥包，严重影响了道路路面的外观及行车的安全性和舒适性。经过路况调查发现，新林路弯沉值较大，道路结构强度低，路基与基层薄弱，承载力不足。试注浆时串浆、冒浆严重。1．2路面病害检测及分析通过弯沉测试，新林路病害路段弯沉值较大，路收稿日期：2010一ll—09第一作者简介：季晓丽(1984一)，女，工学硕士，主要从事工程材料开发与应用研究。52段代表弯沉值高达138．38(0．01mm)。路表面在荷载作用下的弯沉值，可以反映路面结构的承载能力。路面的结构破坏可以是由于过量的竖向变形所造成，也可能是由于某一结构层的断裂破坏所造成。结合钻孔取芯分析，该路段损害严重的主要原因是：基层板结效果差、厚度明显偏低、强度严重不足，基层和路基含水量较大、稳定性差、强度不足。如果路面基层强度低，结构内部抗剪强度不足以抵抗行车荷载产生的剪切应力的作用时，往往造成路面沉陷，沉陷处两侧路面面层向上挤出隆起。此外，如基层含水量过大，停留在基层表面，则在行车的反复作用下，也会使路面面层推挤拥包。这样形成的拥包位置往往不固定，随行车的碾压而变化，因此也称为“活拥包”。只有处治好基层的病害，这类“拥包”才能根除。路面出现沉陷的根本原因是土路基或基层强度不足。由于病害路段土路基密实度不够、地下水位较高等造成土路基和基层的软弱，从而会导致路面出现沉陷，因此处置路面沉陷的关键在于增加路基或基层的强度和稳定性。1．3注浆技术解决道路病害的机理注浆足通过钻孔，利用注浆设备将浆液注入地层或缝隙内使其扩散、胶凝或同化，以达到加固或防渗堵漏的目的。注浆根据注浆压力可以分为高压喷射注浆和静压注浆。在道路加固工程中一般以静压注浆为主。静压注浆根据注浆压力及作用机理又可以分为充填、渗透、压密和劈裂注浆4种。在实际施工过程中，充填、渗透、压密和劈裂作用 中围彳丛z农季晓丽，陈荣，钟世云：地聚合物注浆技术在道路养护工程中的应用20”年第2期既互相区分，又同时存在。劈裂土体的同时，注浆管出口的浆液对周围地层施加了附加压应力，使土体发生剪切裂缝，浆液则沿着裂缝裂面向土体渗透，劈入土体中的浆体便形成了加固土体的骨架或脉络。在劈裂注浆过程中产生超孔隙水压力，而孔隙水压力的消散又使土体固结，劈裂浆液的硬结和土体固结，提高了土体的强度和刚性。因此，注浆具有填充效应、挤压效应、扩散效应、骨架效应、离子交换效应、抗渗效应等特点。经过一段时间后，浆液通过化学胶结、离子交换、惰性充填和挤密压密作用把原来松散的土颗粒或裂隙胶结成一整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的“结石体”，从而达到加固路基、充填空洞、提高道路承载能力、预防病害的目的。对基层的注浆技术作用机理，同加固路基病害机理。2注浆加固施工工艺2．1注浆材料——LY—II型地聚合物注浆材料本次工程路基及基层注浆加固料的设计基于如下考虑：1)注浆材料能够较好地与三渣材料、砾石砂结构层粘合，能够将松散的基层材料重新胶结，从而提高结构层强度；注浆材料注入路基能够较好地与土壤融合，提高软土的承载能力。2)浆液流动性较好，注浆材料在压力下具有较好的保水性能及体积稳定性。3)由于道路基层及路基含水量较大，所以注浆材料须具有较好的耐水性能。4)浆液固化时，无收缩现象，固化后有一定的黏结性，能牢固地与土体、砾石及砂子等粘结。5)浆液结石率高，结石体有一定的抗压强度和抗拉强度，不龟裂，抗渗性好。本次注浆采用LY一Ⅱ型地聚合物注浆材料。它是由磨细矿渣粉、高钙粉煤灰、偏高岭土、碱性激发剂及多种外加剂以一定比例混合而成的碱激活胶凝材料。该材料是经过多项工程实践均取得成功的优质注浆材料，性能指标见表1。经采用这种注浆材料注浆加固后道路结构层致密，缺损得到了补强，承载能力得到了提高。该材料除了自身强度高、流动度大、可注性好之外，还具有良好的黏结性，特别是对于各类碱性材料其黏结性能更为突出。经与淤泥土、黏土、二灰土、水泥稳定碎石、三渣混合后的试验结果表明，均取得较为理想的工程物理学性能，因此对基层和路基加固是较为理想的材料。表1LY—lI型地聚合物注浆材料性能指标凝结时间／min泌水率／％抗压强度／MPal类型流动度／s膨胀率／％耐水性／％l初凝终凝3h24hld7d28dILY—II型17～20120～140180一205O00．0l9520～2530—3535—402．2注浆钻孔布置根据对新林路路面病害的检测分析，由于道路基层较薄弱，强度较低，所以注浆时先采取较低压力对基层注浆。通过注浆使薄弱基层得到补强形成较为完整的整体(硬壳层)，良好的硬壳层封闭对路基加固是极为重要的：一方面将减少路基注浆，避免缺陷路面冒浆及工作压力的损失；另一方面也为加固后及时开放交通打下良好的基础。注浆结束养护2d后，再进行路基注浆。基层及路基注浆孔设计按梅花桩布置。注浆孔距2．0m，排距2．0m，孔径4,50mm，其中，路基与基层注浆孑L交错分布。基层注浆结束后养护2d，钻孑L进行路基注浆，注浆钻孔布置见图1。按施工图要求进行布孑L时，如发现布孔位置不适宜，可作适当孑L位调整。孔位调整间距应<30cm。注浆孔布设后留有释放孑L，4个注浆孔设1个释放孔，必要时可利用相邻的注浆孔作为释放孔。注：图中1期孔为基层注浆孔，2期孑L为路基注浆孔。图1注浆孔位布置图(cm)2．3注浆深度及压力加固顺序先基层，养护2d后进行路基注浆。根据原结构设计，基层加同深度在70—90cm，路基加固深度在1lO一130ertl(现场还参考基层损坏情况和钻53 中国寺丛王彳；季晓丽，陈荣，钟世云：地聚合物注浆技术在道路养护工程中的应用2011年第2期孑L取样时见湿土、见水或透水孑L来确定注浆深度)。基层注浆压力控制在0．3—1．0MPa。注浆最大压力>1．0MPa时。应立即暂停注浆，15rain后再次注浆，如果仍然压力>1．0MPa，则此次注浆结束。路基注浆压力控制在0．5一1．5MPa。注浆最大压力>1．5MPa时。应立即暂停注浆，15rain后再次注浆，如果仍然压力>1．5MPa，则此次注浆结束。2．4注浆施工流程具体施工工艺步骤如下：孔位布置一钻孔一清孔一埋注浆管一管口周围密封一浆料拌制一基层注浆一冒浆孔封堵一拔管一养护2d一路基注浆(步骤同上)一开放交通一弯沉测试(不合格点补浆)一交工验收。2．5施工技术要点采用的注浆材料及其注入到道路结构层中的方式是工程质量控制的关键。只有采取严格有效的控制措施，才能保证注浆的加固补强效果。1)本次工程注浆材料使用预混和预包装的干混料。这样做计量精确，避免现场拌和时往往无严格的计量、不能严格执行配合比、无法准确添加微量的外加剂、搅拌的均匀度难以控制、原材料的质量波动大等缺点，从而严格保证了注浆材料的质量，且扬尘极少，更环保。2)注浆现场严格控制浆液水灰比和搅拌时间，搅拌结束后进行流动度测试，合格后方可进行注浆，并不定期检测浆液各项性能，同室内试验结果对照进行控制。3)注浆时施工现场安排专门技术人员详细记录注浆压力、深度和注浆量。设专人严格监视道路路面，采用仪器监测。以注浆孑L为中心、半径1．0m的东南西北4点为监测点。当孔周边抬高1．5cm时停止注浆，路面抬高控制在3．0cm以内。3注浆效果分析采用回弹弯沉值来表示路基路面的承载能力。回弹弯沉值越大，承载能力越小，反之则越大。在路表测试的回弹弯沉值可以反映路基、路面的综合承载能力。对于地聚合物注浆加固道路路基与基层的效果检测，目前一般采用弯沉测试。为取得更全面的工程数据，本次工程还采取了钻孔取芯法和复注法一1检测注浆效果。3．1弯沉测试新林路注浆加同前后弯沉值对比见表2及图2、图3。可以看出，注浆加固前，道路弯沉值较大，代表弯沉值高达138．38(0．01mm)，注浆加固后，代表弯沉值为40．35(0．01mm)。点数合格率注浆前全部不合格，经过注浆加固点数合格率得到较大提升，高达95．34％。表2新林路注浆前后弯沉值对比弯沉平均值代表弯沉点数合格率对比分析／O．Olmm／o．Olmill／％注浆前80138．38O注浆后2440．3595．34注：注浆后验收单点弯沉值为0．41mm。250E2009150o囊1：静0200E180E160喜煳、lOO趔80懿0图2新林路右侧车道注浆加固前后弯沉对比图3新林路左侧车道注浆加固前后弯沉对比可以看出，采用LY一Ⅱ型地聚合物注浆材料注浆加固大大提高了道路承载能力，取得理想的加固补强效果。3．2钻子L取芯法钻孔取芯法就是通过钻孑L，从注浆填筑体中取出芯样，通过对芯样进行试验研究来判断注浆的效果。灌浆施工结束7d后，对路段进行了钻芯取样观察。发现：在多数裂缝处均能取出完整芯样，而在注浆前，同样程度裂缝处不能取得完整芯样；地聚合物注浆料充填在空隙中，芯样物理力学试验结果表明芯样经加固后已达到了加固设计要求。对浆脉网进行观察，浆脉呈纵向和水平分布。浆脉在整个孑L深范围内分布是不均匀的，这是由于路基及基层的密实度是不均匀的，密实度差的地方空隙率大，浆液就较多，反(下转第57页) 中国彳放z张韩勇强，张萍：轮胎压路机在sMA一13沥青混合料路面施工中的应用2011年第2期4．4路面检测对路面的压实度采用马歇尔密度指标控制。压实度采取双指标控制：相对于试验室标准密度而言，压实度I>98％，相对于理论最大密度而言，压实度应控制在94％～97％。路面渗水系数≤50mL／min，构造深度基本保持在I>0．55ml／l，摩擦因数摆值(BPN>．45)，完全满足路面使用性能要求。检测得到的各项性能指标见表8。表8路面检测各性能指标压实度渗水系数构造深度摩擦闪数桩号检测数据摆值BPN相对标准密度相对理论最大检测数据(t>98％)密度(94％一97％)(要求≤50mL／min)(要求>／0．55mm)(要求／>45)K8+870(右)98，394．4330．8151K8+900(右)98．194．2K8+920(右)38O．8654K8+950I(右)99．095．1O．83K9+000(右)52K9+020(右)26O．8556K9+050(右)3l57K9+264(右)98．194．2K9+900(右)O．89从检测结果看，通过轮胎压路机的碾压，渗水系数得到了明显的提高，经检测渗水系数达到了技术设计要求。压实度、构造深度和摩擦因数等指标均达到设计指标和规范要求。5结语优质的粗集料是沥青混合料具有足够的结构强度和耐久性能的重要保证。通过控制轮胎压路机碾(上接第54页)之则较少。3．3复注法复注法就是在注浆完成的地段，在注浆压力不变的情况下，重新钻孔注浆，通过前后两次注浆量的比较来判定注浆效果。复注法的理论依据是凡是注浆达到设计要求的土体可认为是密实的，其空隙已全部被浆液充填。同一土体第2次注浆量与第1次的比值叫做复注率，参照相关项目旧1的一些经验做法，评判标准取为复注率≤30％。复注法在注浆完成后7d进行，在两侧车道中部各选取5处进行复注，计算得出左右两侧平均复注率分别为5．8％和6．6％，远小于标准30％。这说明本次注浆明显提高了路基及基层的密实度。4结语采用地聚合物注浆材料，对路基及基层强度不足引起的各种道路病害的加固处理，能显著改善路基及基层的密实度，提高承载力。该工艺工期短、见效快，施工不必挖除旧路的路面结构，施工操作面和影响范围较小，基本上不影响车辆通行，由此带来的经济效压来指导施工的方法是合理的，但施工中必须注重温度和碾压遍数的控制。增加混合料和路面的检测频率，出现质量波动及时查找原因予以解决。通过对渗水系数、压实度、构造深度和摩擦因数等指标的检测，验证了摊铺方法、碾压组合方式是可行的。轮胎压路机在SMS一13沥青混合料的应用是可行的。益和社会效益非常显著。特别是注浆材料采用预混和预包装的干混料，从而严格保证了注浆材料的质量，且扬尘极少，更环保。参考文献：[1]王顺兴，张雷，钟纯耀．注浆法在公路基层加周中的应用[J]．交通标准化，2007(11)：104—106．[2]贡强，郝秀芬，张伟．注浆加固在新原高速公路路基工程中的应用[J]．山两交通科技，2003(增刊1)：30—31．[3]隋永芹，顾晓东，陈筵，等．灌浆加固处理二灰碎石基层裂缝的实践研究[J]．中外公路，2005，25(5)：14．一16．[4]贺茉莉．高速公路路基注浆加固施工技术[J]．探矿工程(岩土钻掘工程)，2001(3)：9—10．[5]张涵，黎晓林．注浆法在路基加固处理中的应用[J]．中国市政工程，l004(3)：22，24．[6]裴连日，孙家瑛．采用地聚合物注浆材料提高道路土路基承载能力[J]．中国市政工程，2004(6)：10一11．[7]华锋，孙文州，张耀明，等．上海及周边地区高速公路桥头跳车现象的调研[J]．中国市政1=程。2008(2)：16一18．[8]李博．注浆加固技术在桥头跳车病害防治的应用[D]．西安：西南交通大学，2005．57