注浆技术在公路养护中的应用研究
注浆技术在公路养护中的应用研究
摘要：由于膨胀土路基、降水量大、超重载交通量等原因造成我市部分道路路基与基层出现严重病害，而传统的“开膛破肚”式的养护方式虽能短时间满足路面功能恢复的要求，但过一段时间后这些路面病害又重新显现出来，这样既难以满足技术的要求，而且经济成本高，还不能从根本上解决问题。为实现公路路基非开挖快速加固处治，本文针对某运营中的道路路基注浆加固技术原理、适用条件、注浆材料、施工参数等关键技术展开了系统研究。
关键词：注浆技术；公路养护；应用研究
公路建成交付使用后，在行车荷载和自然因素的影响下，特别是交通量和轴载的不断增加，加上在设计施工中遗留的某些缺陷，公路的使用性能逐渐下降，产生各种破损。公路破坏的类型很多，主要有基层和地基的不稳定以及面层的破坏。如裂缝、沉降、脱空、地基软弱等。通常对于路基基层病害处治方法主要有以下几类：1）历青罩面，这种方法的成功与否在很大程度上依赖于路面下基础的状况。如果基础软弱、不稳定或者存在脱空，那么己经修复的路面还会出现重复性的破坏；2）路面挖补，这种方法完全完成维修通常需要花费数周甚至数月的时间，且在施工期和养护内间，车辆要绕过维修区，这对交通干扰非常大，施工成本较高，且是“开膛破肚”式的养护方式，难以满足技术经济性要求；3）注浆处治，注浆补强技术在公路建设及养护中的运用，一定条件下解决了公路营运期桥头跳车的通病，对营运期间路面沉陷进行修复，施工工艺较简单、实用，避免了大填大挖的不足，确保了高速公路安全、舒适、畅通，施工成本较低，方法有效。本文就用于道路养护工程中的注浆材料、注浆工艺及注浆结果检测进行研究。
1.注浆技术简介
注浆法亦称灌浆法，是指利用液压、气压或电化原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层，浆液以填充、渗透和挤压方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土颗粒与裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防渗性能高、土体化学稳定性良好的“结石体”，从而达到加固地基、充填空洞、治理病害的目的。注浆的分类较多，根据注浆压力分为静压注浆和高压喷射注浆。根据地质条件、注浆压力、浆液对土体的作用机理、浆液的运动形式和替代方式又可以将静压注浆分为：充填或裂隙注浆、渗透注聚、压密注浆、劈裂注浆等形式。
对于公路路基与基层之间的损坏，压密注浆法加固是一种非开挖式养护技术。这种技术将注浆材料通过高压注入到基层的空隙中，不破坏旧路面结构，通过注浆管道直接将注浆材料注入路基和基层，将原来松散或开裂的材料凝聚成板块，使开裂或破碎的水泥稳定碎石凝聚，提高基层的整体性，基层结构缺损得到弥补，因此可提高基层的承载能力，同时也采用这种技术对软弱土基进行加固，注浆材料可长期与土发生化学反应，可使土体固结，逐渐达到土基稳定的目的。压密注浆的主要控制因素是注浆压力，注浆压力的大小与注浆速率有直接的关系。大多数工程的起始注浆速率为20-30L/min，如果压力增加较慢，则注浆速率可缓慢提高，压力增加的最大速率为20-40kpa/min，当压力的增加呈平稳上升时，表明地基土是比较均匀的；当压力变化波动较大时，则表明地基土有很大的不均质性。
2.注浆材料
注浆材料是注桨技术中极其重要的一个组成部分，浆材的品种和性能的好坏，直接关系到注浆的质量和造价，其原材料包括主剂和助剂，助刹有固化刑、催化亦、速凝剂、缓凝别、悬浮别和膨胀别等。注浆材料从最早的石灰和粘土、水泥，发展到水泥-水玻璃聚液、各种化学柴液，有机高分子材料，品种较多且性能各异。总的来说注浆材料应具有枯结力强、自硬性好的性能，并应具有一定的流动性和良好的滲透性，以保证被注浆加固的道路强度得到恢复和提高。实际施工中，可根据具体情况和要求，选择最合适的一种或几种浆液配合使用，以达到预期的效果。本文采用的是水泥粉煤灰沙浆，配合比如下表1所示。
表1 水泥粉煤灰沙浆配合比
3.注浆工艺
为促进处理效果，施工必须严格按照工艺流程进行，加强每个施工环节质量控制。具体来说，该基面层间处理过程中，主要严格遵循以下工艺流程，注浆工艺一般为：测量定位-成孔-安放注浆管及孔口封堵-搅浆-注浆-封孔。测量定位主要是为了确定注浆位置，根据地基条件和加固效果需要一般釆用矩形或梅花形布置，间距1-2m。成孔是为安放注浆管，釆用钻探方式进行。搅浆主要是为了保证浆液均匀、防止沉淀。注浆后及时对注浆孔进行封堵。注浆压力是注浆工艺的关键参数。太小的注浆压力不利于浆液充分分散路基土中，而太大的注浆压力会造成路面抬起和其他结构层次破坏。
注浆压力一般为1.0-1.5MPa，注浆顺序按照先边缘后中央，边缘的压力不宜过大，因为边缘容易渗透。注浆量主要受到注浆土体积、土孔隙率和填充系数的影响。注浆时若注浆系压力无明显增高或路基无明显的隆起，可尽量多注。注浆间距主要受到注浆半径的影响，可在现场进行注浆试验后确定注浆点不同距离土样的干密度，通过比较不同位置土样干密度的变化确定注浆影响半径。具体的施工工艺如图1所示。
图1 注浆工艺加固流程图
3.1施工准备
注浆设备主要包括液压注浆系、灰浆搅拌机、液压钻机、沉管设备、转孔设备、卡车、发电机等设备。在施工前对各种机具进行检测，保证出于正常工作状态。同时对注浆材料及配合比进行试验，保证注浆材料性能满足设计要求。然后试压浆并确定技术参数，测试后检验机械设备性能和工艺技术参数,确定最佳灰浆稠度、工作压力、压浆速度、提升速度、水泥掺入量等。
3.2钻机就位及布孔
安排搅拌机具进人施工现场,做好安装调试工作,保证转速、压力和计量正常,然后进行钻进就位。钻头对准桩位标识中心,双向调平钻杆，调整对中,最后精确调平，垂直度误差控制在1%以内，对中误差小于5cm。测量钻杆总长度，根据桩长和标高计算钻节数，标出下钻结束位置根据理论计算，同时结合实践经验，注浆布孔釆取基层孔和土基孔双层布孔法，单层布孔孔位间距2m；排距根据加固车道确定，单车道加固排距为1.1m，布3排孔，双车道同时加固排距为1.3m，交叉布置呈“品”字形。用白色喷漆在路面上进行标记。
3.3钻孔与清孔
釆用液压钻机进行钻孔。注浆孔全部为垂直孔；钻孔孔径为φ50，基层注浆钻孔深度为0.9m，土路基注浆钻孔深度1.2m。钻孔后，用电动钻对注浆孔进行清理。
3.4拌浆与注浆
按照设计配合比将注浆材料、水和细集料拌和，搅拌时间控制在3-5min，形成均匀的注浆混合料。将注浆管放入注将孔内，开始注浆。注浆顺序按照先边缘后中央。路面基层注浆压力宜为0.5-1.0 MPa，路基注浆压力控制在1.2-1.5MPa。注浆时，应注意观察注浆压力的变化，如果即使增加压力也很难进行注浆，则应停止注浆；如果压力变化不大，则尽可能增加注浆量。如发生路面被明显提高，注浆冒漏，则应停止注浆。
3.5封堵注浆孔
注浆结束后，对注浆孔进行封堵，防止临近注浆时注浆材料冒浆。当临近注浆孔发生冒浆时，应停止注浆并立即进行封堵。
4.注浆结果检测
无损检测评价注浆效果，弯沉是表征道路整体强度的重要参数。目前使用的弯沉测定系统主要有种：贝克曼梁弯沉仪；自动弯沉仪；稳态弯沉仪；脉冲弯沉仪。前两种为静态测定，得到路表的最大弯沉值，后两种为动态测定，可以得到最大弯沉值和弯沉盆。本文采用贝克曼梁检测弯沉。
注浆前后路面结构的路表弯沉、沥青层底拉应变和土基顶面压应变见表2所示。通过对比注浆前后路面结构力学响应，注浆后路表弯沉降低了18.8%，表明整个路面结构承载力提高了；同时沥青层拉应变减小，沥青层疲劳开裂的可能性降低了；土基顶面压应变与路表弯沉具有较好的相关性，路基土顶面压应变降低，路面结构强度提高。
表2 注浆前后路表弯沉、沥青层底拉应变和土基顶面压应变
5.结论
由注浆后的测试结果可以看出，路面弯沉值有所降低，地基承载能力和回弹模量也得到了提高，且均达到了设计要求，说明注浆加固处理技术是成功的。注浆加固技术不必对路面进行开挖，减少了施工时间，降低了路面养护对交通的影响，保证交通短时间恢复，对于大交通量的公路养护具有明显的社会意义，是一种行之有效的道路加固处理方法。
参考文献：
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