劉江波

（上海城西城建工程勘測設(shè)計院，上海市 201100）

1 概述

隨著我國交通建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，道路的通車里程也在飛速地增加。目前我國投入運營的道路路面中有相當(dāng)一部分接近或超過了設(shè)計年限，有的雖然未到設(shè)計年限，但在重交通荷載、自然環(huán)境等外部條件的作用下，有的道路出現(xiàn)了不同程度的破壞，特別是在交叉口附近及橋接坡段較為明顯，大批的道路急待改造修復(fù)。如果不及時進行養(yǎng)護維修，其使用性能迅速下降，影響車輛快速、舒適、安全行駛。但是，如果大規(guī)模地翻挖原有路面，則存在著保養(yǎng)周期長，資金投入多，也嚴重影響車輛的行車安全。處于城區(qū)的政治經(jīng)濟敏感地帶的城市道路，交通流量大，地下管線復(fù)雜，受各方觀注度高的特點，因此這就更要求在施工上必須做到快速有效，安全環(huán)保，經(jīng)濟適用，干擾小。為此我們需要積極探索一些切實可行的施工方法，采用道路非開挖快速搶修加固技術(shù)可謂是解決此類問題一種有效的方案。其中水泥壓漿技術(shù)在水泥混凝土路面修復(fù)中還在推廣使用，但尚存在較之明顯的不足之處，新材料地聚物壓密注漿技術(shù)在路面的修復(fù)中尚未廣泛應(yīng)用，該壓漿工藝環(huán)保低耗，經(jīng)濟高效，無障礙、全天候、并可迅速開放交通，能有效解決基礎(chǔ)和基層承載力不足的問題，這使得該項技術(shù)在路面養(yǎng)護維修中有著廣闊的運用前景，值得推廣。

地聚合物最早是由法國科學(xué)家Joseph Davidovits于1985年提出、并應(yīng)用。目前，世界上有許多專門研究機構(gòu)如法國的“Geopolymer Institute”和美國的“Waterways Experiment Station”等和許多科學(xué)家們正在致力于地聚合物材料的研究工作，有關(guān)地聚合物科學(xué)的理論和應(yīng)用科研成果正在快速增長。

我國在這方面研究較晚，上世紀八十年代有人開始用外加劑來改變超早強注漿水泥的工藝性能，并有了嘗試性的應(yīng)用。上世紀九十年代上海市政工程研究所研制出一種快速注漿材料在實際工程中得到了一定的試點應(yīng)用。

鑒于施工材料注漿技術(shù)廣闊的運用發(fā)展前景，分別從加固材料及加固工藝二方面進行了實驗和研究，改變傳統(tǒng)道路維修方法的缺點，達到滿足養(yǎng)護設(shè)計要求的路面強度。目前已投入生產(chǎn)的主要產(chǎn)品有：（1）LY-Ⅰ型路基及基層聚合物（普通型）。（2）LYⅡ型路基及基層地聚合物（早強型）。（3）LY-Ⅲ土路基地聚合物。在上海大葉公路、蘆五公路、新四平公路、環(huán)城西路、龍吳路、龍華西路等工程項目道路及橋梁養(yǎng)護維修中，取得了良好的使用及環(huán)保效果，并經(jīng)過一定的時間周期考驗，通過對路面的強度檢驗評價。

2 壓密注漿的原理和作用

地聚物壓密注漿材料是針對道路的基層缺損補強開發(fā)研制的，該材料自身強度高流動度大，滲透性好，具有粘結(jié)性。

地聚物壓密注漿技術(shù)是利用注漿管把漿液均勻的注入地層中，漿液在周圍的土體中，通過裂縫滲透、填充、壓密、擴張擠走基層結(jié)構(gòu)土體縫隙內(nèi)的積水和空氣，形成漿脈。由于壓漿材料本身穩(wěn)定性好，強度大，加上漿體的流動性能好，在壓力作用下，有較強的滲透力，經(jīng)采用LY型注漿材料使基層和路基的密實度和水穩(wěn)定性，使道路結(jié)構(gòu)致密，缺損得到彌補。從而增加路基及基層的穩(wěn)定性，增強道路結(jié)構(gòu)的使用壽命。承受力得到提高，該材料最大的特點是快凝早強，流動度大，滲透性好。因此在道路結(jié)構(gòu)層注漿加固后經(jīng)過短時間的養(yǎng)護后迅速開放交通具有良好的經(jīng)濟，技術(shù)和社會效益。

3 地聚物壓密注漿和傳統(tǒng)水泥注漿的異同點

3.1 性能異同點

傳統(tǒng)的水泥注漿是-水泥及水玻璃雙液注漿材料凝膠快，抗水分散性好，但不耐水溶性；雖然堿激發(fā)硅鋁質(zhì)膠材料早期有較好效果，但在長期地下水液下很難凝膠，造成抗水分散性差。故不宜作注漿材料。

水泥-水玻璃雙液水泥注漿材料通過了大量實驗，在360 d后強度損失很快。下表是一組試件的測試資料，在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護24 h拆模，然后放入標準養(yǎng)護室和有流動的水養(yǎng)護下至1 d、7 d、28 d、90 d、360 d 齡期，測定其抗壓強度;強度損失為流動水養(yǎng)護下和標準養(yǎng)護下強度損失值，見表1。

表1 水泥-水玻璃雙液水泥注漿材料強度測試表

由實驗可知水泥-水玻璃雙液注漿材料（C-S）在較短的時間內(nèi)就發(fā)生水化凝膠反應(yīng)，可以較好的抗水分散，但是在360 d齡期限、流水溶蝕條件下的強度損失達到93.9%水溶蝕較大，抗水溶性能較差，這是由于其本身性質(zhì)決定。在堿性條件下水里中富含的C3S和C2S迅速水化凝結(jié)，生成CSH凝膠，產(chǎn)生早期強度但在長期的水溶條件下Ca2+不斷溶出，強度不斷降低。水泥-水玻璃雙液水泥注漿能進入地基土體結(jié)構(gòu)受到破壞而形成的空洞或裂縫中，僅起到填充和包裹界面的物理黏結(jié)，起不到防滲灌漿的作用，難以提高地基的抗?jié)B性能，360 d強度已損失93.8%，故使用范圍受限（僅作用于臨時堵封）。

因此需研制一種膠凝材料漿體微結(jié)構(gòu)將能大幅度提高膠體的抗沖，抗磨性能材料。我院利用聚合物設(shè)計制備成高性能抗沖磨的材料漿體，該材料漿體既有耐磨的集料又有高強地聚合物膠凝體，較好的漿體抗沖磨性能表現(xiàn)優(yōu)異，水泥石的密度增加且具有微膨脹性，鈣礬石恒定，該安全機理是采用“有機-無機復(fù)合”的技術(shù)將實際增強抗裂區(qū)分于有機堿水保塑組合進行優(yōu)化復(fù)合材料，簡稱LF材料既能補償膠凝體的收縮，達到抗裂的目的，又能提高LF膠體工作性能和抗?jié)B性，能配置或抗裂防滲高性能材料。

地聚物壓密注漿流動度大、滲透性好，其最大的特點是能滲透到被加固土體及道路基層路基或具有一定活性礦物材料(如砂、石)的界面內(nèi)，并與界面內(nèi)的礦物活性進行化學(xué)反應(yīng)，生成一種新的無機有機膠凝體，從而達到牢固地與被加固體緊密連成一體的效果。因此，與普通水泥注漿水玻璃雙漿相比，其物理、力學(xué)性能和水穩(wěn)性更好、更穩(wěn)定。適用于各級公路與城市道路路基與基層加固工程,故使用范圍廣泛。

3.2 地聚合物注漿材料優(yōu)點

采用快凝早強型地聚物注漿，僅需要8 h封閉養(yǎng)生時間，而普通水泥注漿一般需要3 d養(yǎng)生；采用地聚物注漿后的抗壓強度也比普通水泥注漿高得多，可見采用地聚物壓密注漿可實現(xiàn)高效、無障礙、全天候、迅速開放交通并可達到快速、高效加固道路的目的?，F(xiàn)將地聚物注漿與水泥注漿二者效果比較見表2。

表2 地聚物注漿及水泥注漿效果比較表

4 地聚物壓密注漿技術(shù)措施

4.1 注漿材料的選用

地聚合物注漿材料目前選用如下三種：

由多礦物組成的聚集體及超塑化劑等以一定比例混合而成。

以上根據(jù)道路的不同部分采用不同的配比推薦選用以下三種類型：

（1）LY-Ⅰ：路基及基層加固用（普通型）；

（2）LY-Ⅱ：路基及基層加固用（快凝早強型）；

（3）LY-Ⅲ上路基加固注漿料（橋臺接坡）。

4.2 主要技術(shù)措施

4.2.1 孔位布置

一般道路注漿加固分為兩層進行加固，即結(jié)構(gòu)層加固（一般在路面下1 m以內(nèi)）和路基加固（一般加固深度1.2～1.5 m,高速公路在1.5 m以內(nèi)）。布孔位置見圖1、圖2。

4.2.2 加固范圍

平面加固范圍：依據(jù)設(shè)計文件指定范圍,具體注漿部位先后順序根據(jù)設(shè)計要求。

圖1 孔位矩形布置法

圖2 孔位梅花布置法

4.2.3 技術(shù)要求

（1）道路基層加固

現(xiàn)有路面凹凸不平、沉降、龜裂、裂縫等缺陷表明了該路面道路基層可能已產(chǎn)生變形和位移，LY型地聚合物注漿材料必須滿足《公路路基與基層地聚合物注漿技術(shù)規(guī)程》即是針對道路的基層缺陷補強開發(fā)研制的，該材料除了自身強度高、流動度大、可注性好之外，還具有良好的黏結(jié)性，特別是對于各類堿性材料其黏結(jié)性能更為突出。經(jīng)與砂性、粘質(zhì)黏土、二灰土、水泥穩(wěn)定碎石、三渣結(jié)合后試驗結(jié)果表明，開挖樣洞及彎沉測試均為取得較為理想的工程物理力學(xué)性能，實施工程經(jīng)驗是對基層加固較為理想的材料，經(jīng)采用LY型地聚合物注漿材料注漿加固后結(jié)構(gòu)層致密，缺損得到了補強，承載能力得到提高。該材料的最明顯的特點是快凝早強、流動度大、滲透性好，因此在注漿加固后只要經(jīng)過短時間的養(yǎng)護后就能迅速開放交通，具有良好的經(jīng)濟、技術(shù)和社會效益。加固深度從現(xiàn)有的面層頂至基層層底之間約1 m范圍以內(nèi)（具體深度取決于道路的原始資料和現(xiàn)場取樣）。

（2）道路路基加固

根據(jù)現(xiàn)有道路結(jié)構(gòu)層缺陷相當(dāng)部分是由于土路基的承載能力低、壓縮變形大所致。路基注漿的目的就是通過高壓注漿使現(xiàn)有土路基內(nèi)的孔隙充滿漿液，土內(nèi)的多余水份被擠出并形成較為穩(wěn)定的土體固結(jié)層，從而達到土路基的穩(wěn)定。土路基加固可采用LY型地聚合物注漿材料，該材料與土體結(jié)合后能顯著提高土體的水穩(wěn)定性和承載能力。

（3）橋接坡加固

橋接坡注漿分為兩層進行加固，即橋接坡結(jié)構(gòu)層加固和橋接坡土基加固。

a.結(jié)構(gòu)層注漿加固

結(jié)構(gòu)層加固就是針對缺陷部位進行加固。橋接坡結(jié)構(gòu)層注漿加固深度為0.8 m，通過注漿使該部位結(jié)構(gòu)層得到補強形成較為完整的整體（硬殼層），因此結(jié)構(gòu)層注漿是橋接坡加固中的一個重要環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)層注漿加固將采用LY-Ⅰ型地聚合物注漿材料。

b.土基注漿加固

土基注漿的目的就是通過高壓注漿使現(xiàn)有土路基內(nèi)的孔隙充滿漿液，土內(nèi)的多余水分被擠出并形成較為穩(wěn)定的土體固結(jié)層，從而達到土路基的穩(wěn)定。橋接坡基礎(chǔ)注漿加固分為2次注，深度分別為2.5 m、1.8 m，本基礎(chǔ)加固將采用LY-Ⅱ型地聚合物注漿材料，該材料與土體結(jié)合后能提高土體的水穩(wěn)定性和承載能力。

4.4.4 注漿加固工藝

（1）具體工序如下：

布孔—鉆孔—清孔—埋漿管—注漿—冒漿孔封堵（或補漿）—拔管—注漿孔封堵—養(yǎng)護—土基注漿（步驟同上）—1 d養(yǎng)護開放交通。

（2）布孔及孔徑

孔位布置見圖1、圖2，孔徑采用Φ50 mm。

（3）注漿泵的工作壓力

注漿泵的工作壓力控制不大于0.3 MPa(土基注漿不大于1.0 MPa)。當(dāng)壓力達0.3 MPa（或1.0 MPa）時，停止注漿靜壓3～5 min。若壓力下降則繼續(xù)注漿，直至鄰孔出漿為止。

5 工程實例

我院實施過的項目包括：大葉公路，蘆五公路，龍華西路，新四平公路、龍吳路（石龍路～龍漕路）、環(huán)城西路等道路，注漿后的彎沉值，均能符合設(shè)計要求。

5.1 大葉公路(松江區(qū)界～南匯區(qū)界)

大葉公路是奉賢區(qū)一條東西向的重要道路，第一段自金閘公路（K0-200～第二段里程K0+000）起，向西至望西路（K3+598），路段全長3.798 km；第二段西起金閘公路（K0+000），東至浦星公路（K1+400），路段全稱1.4 km；兩段總計長5.198 km。上述道路路面結(jié)構(gòu)由于建成年代較長，道路通行車型、車輛較多，故路面沉陷，網(wǎng)裂、碎裂較多，路況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，礫石砂和土路基比較潮濕。對道路損壞原因進行分析，提出了對該路段進行注漿處治。

由注漿前后彎沉值對比圖表可看出：注漿后的彎沉值均遠小于注漿前彎沉值且小于設(shè)計彎沉值，注漿后的彎沉值接近于一恒值，由注漿前后彎沉對比圖可看出：注漿后的路面強度提高幅度最小35%，最大值91%，且普遍提高幅度在50%～80%之間，見圖3～圖8和表3。

圖3 大葉公路（金閘公路-望園路K0+019～K3+473）代表彎沉值對比（右1車道）

圖4 大葉公路（金閘公路-望西路K0+004～K3+464）代表彎沉值對比（右2車道）

圖5 大葉公路（金閘公路-望園路K0+010～K3+470）注漿前后彎沉值對比（左1車道）

圖6 大葉公路（金閘公路-望西路K0+009～K3+465）代表彎沉值對比（左2車道）

圖7 右幅車道（金閘公路-浦星公路K0+000～K1+400）注漿前后彎沉值對比

圖8 大葉公路注漿加固前后強度分析

表3 大葉公路（松江區(qū)界～南匯區(qū)界）注漿加固效果分析

由圖9可以看出，經(jīng)過灌漿加固以后，代表彎沉值降低約56%～62%，路面強度評級由中提高到優(yōu)，路面強度系數(shù)增大為注漿前2倍多。

圖9 彎沉測試點數(shù)合格率分析

5.2 蘆五公路

蘆五公路全長2.97 km，大量重車通過，路面損壞較重，路面結(jié)構(gòu)厚度0.45 m，工程量21 000 m2。

設(shè)計彎沉值70（0.01mm），經(jīng)注漿加固后，其強度提高見圖10、圖11及表4。

圖10 蘆五公路前后百米彎沉對比（K0-K3）左車道

圖11 蘆五公路前后百米彎沉對比（K0-K3）右車道

表4 蘆五公路注漿加固效果分析

鑒于施工材料注漿技術(shù)廣闊的運用發(fā)展前景，地聚物壓漿工藝是一種道路非開挖補強技術(shù)，分別從加固材料及加固工藝二方面進行實驗和研究，改變傳統(tǒng)道路維修方法的缺點，達到滿足養(yǎng)護設(shè)計要求的路面強度。目前已投入生產(chǎn)的主要產(chǎn)品有：（1）LYⅠ型路基及基層聚合物（普通型）。（2）LYⅡ型路基及基層地聚合物（早強型）。（3）LY-Ⅲ地聚合物。道路梁接坡，這些產(chǎn)品在大葉公路、蘆五公路、新四平公路、環(huán)城西路等工程項目道路及橋梁養(yǎng)護維修中，取得了良好的使用及環(huán)保效果，并經(jīng)過一定的時間周期考驗，通過對路面的強度檢驗評價，其路面結(jié)構(gòu)強度顯著增加，滿足了道路養(yǎng)護路面結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計要求。并得到了用戶的好評。該材料是針對道路的基層缺損補強開發(fā)研制的。

6 壓漿技術(shù)應(yīng)用注意事項

地聚物壓漿工藝是一項技術(shù)性很強的使用方法，如在施工中控制不當(dāng)，可能又再次產(chǎn)生新的道路病害，在壓漿技術(shù)中應(yīng)注意掌握以下兩個方面的施工要點：

6.1 地下資料的掌握

本工程路面下有各類地下管線，如盲目的進行施工，必然會釀成大禍。施工前必須詳細調(diào)查地下情況，應(yīng)獲得最新的地下綜合管線圖和周邊地下建筑物的詳細資料，在施工前對各地下情況在現(xiàn)場進行標識，施工中注意對壓漿點周圍的管線進行觀察，特別是檢查井部位，一旦發(fā)現(xiàn)有漏漿，需對滲漏處封堵后才能繼續(xù)壓漿。

6.2 施工質(zhì)量控制

由于地聚物注漿為一項新工藝，國內(nèi)尚無一套成熟的施工規(guī)范，因此，建立一套嚴格確保工程施工質(zhì)量的控制程序，是地聚物注漿實施成敗的關(guān)鍵，根據(jù)本工程施工后的實際效果，總結(jié)如下質(zhì)量控制程序：

6.2.1 質(zhì)量事前控制

（1）科學(xué)合理地選用漿液材料

漿液材料的選用關(guān)系到工程處理的效果和造價。漿液原材料必須符合規(guī)程要求，漿液強度要滿足設(shè)計要求，并且應(yīng)具有良好的流動性，一般水灰比可控制在0.4～0.5。本工程水灰比采0.4（根據(jù)氣候）。

（2）施工人員必須按技術(shù)交底及作業(yè)技術(shù)指導(dǎo)書組織施工。

（3）地聚物所用原材料及固結(jié)體必須滿足設(shè)計及規(guī)程要求。

6.2.2 質(zhì)量事中控制

（1）施工過程中每一道關(guān)鍵工序必須有施工記錄（如孔深、孔間距、等），并由監(jiān)理簽字認可，才能進行下一道工序的施工。

（2）施工過程中必須進行質(zhì)量跟蹤，并通過現(xiàn)場試驗，對注漿壓力、布孔、孔深根據(jù)注漿效果作合適調(diào)整，以有針對性地科學(xué)合理地確定注漿壓力、孔距和孔深。

6.2.3 質(zhì)量事后控制

（1）對注漿后的效果做彎沉檢測評價。

（2）文明環(huán)保的施工。

市區(qū)城市道路人流、車流量大，敏感度高，在施工中如不能做到文明環(huán)保施工，則會給工程施工帶來很大的影響，很難使工藝能順利連續(xù)的進行。在施工時對冒出的漿液要及時清理，杜絕出現(xiàn)粉塵和泥漿污染。