瀝青路面半剛性基層裂縫非開挖注漿修補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用研究

楊振海1， 蔡文龍 ， 許 歡 ， 周 文

(1.江蘇寧宿徐高速公路有限公司, 江蘇 宿遷 223800; 2.江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司, 江蘇 南京 210000)

我國高速公路大部分是半剛性基層瀝青路面，在長時間使用過程中，半剛性基層受干濕和凍融循環(huán)以及反復(fù)荷載等環(huán)境因素作用，其材料的強(qiáng)度、彈性模量因疲勞破壞而逐漸衰減。此外，重載車加劇了半剛性基層路面的破壞，產(chǎn)生大量裂縫，進(jìn)一步反射到路表，不僅使路面車輛行駛質(zhì)量下降，而且也破壞了路面結(jié)構(gòu)整體性和連續(xù)性，從而影響公路使用質(zhì)量和壽命。

為處治半剛性基層瀝青路面大量出現(xiàn)的反射裂縫，目前國內(nèi)外主要處治技術(shù)有貼縫帶處治法、灌縫法、挖補(bǔ)法、罩面法等。這些裂縫修補(bǔ)方法都是針對瀝青面層裂縫的處治，對于高速公路中修養(yǎng)護(hù)等工程，一般采取局部開挖修補(bǔ)、灌縫、貼抗裂貼相結(jié)合的處治方法，處治深度一般為瀝青路面的上面層，極少有處治至半剛性基層的。由于半剛性基層瀝青路面反射裂縫極多，如處理至基層，施工難度大，費(fèi)用多，對交通影響大，只能采取相應(yīng)措施延緩裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，無法對裂縫進(jìn)行根治，3～5 a后裂縫又會重新反射至瀝青面層。為此，本文基于有機(jī)注漿材料開展半剛性基層裂縫修補(bǔ)技術(shù)研究，并依托某高速公路開展試驗(yàn)段實(shí)施，對注漿修補(bǔ)施工工藝及參數(shù)進(jìn)行了分析，最終采用探地雷達(dá)和取芯對注漿修補(bǔ)效果進(jìn)行評價。

1 裂縫概況

首先通過人工步檢調(diào)研，選擇大約1 km范圍內(nèi)裂縫密集路段，進(jìn)一步采用探地雷達(dá)對裂縫發(fā)展層位進(jìn)行調(diào)研，調(diào)研結(jié)果如表1所示。注漿主要是修復(fù)基層開裂的反射裂縫，因此挑選裂縫開裂至基層的進(jìn)行處治。

表1 裂縫情況序號影響寬度/m裂縫發(fā)展層位層間不良位置裂縫嚴(yán)重程度10.71底基層上基層與下基層重度20.34上基層基層(松散)重度30.4上基層上基層中度40.5下基層上基層與下基層重度50.3上基層上基層中度60.34上基層上基層重度70.22上基層上基層重度80.6上基層上基層重度91.1上基層上基層重度 注: 基層裂縫寬度與面層的相當(dāng)為中度;基層裂縫寬度大于面層且存在松散的為重度。

2 注漿材料及設(shè)備

2.1 有機(jī)注漿材料

制漿配比：雙液注漿。A組分為主劑復(fù)合多元醇、催化劑、勻泡劑和增韌劑,多元醇配比為:m(多元醇1)∶m(多元醇2)=80∶20,催化劑用量選擇3.2%,增韌劑為8%;B組分為固化劑PAPI-2。A組分∶B組分=100∶85，注漿材料基本性能如表2所示。

表2 有機(jī)注漿材料基本性能及技術(shù)要求類別施工性能粘度(25 ℃)/(mPa·s)保持液態(tài)流動性的持續(xù)時間(可施工時間)/s強(qiáng)度達(dá)到90%以上時間(開放交通時間)/min測試結(jié)果8423650指標(biāo)要求<1 200>20<120(布氏粘度計)(玻璃棒、秒表)(人工觀察、秒表)體積穩(wěn)定性力學(xué)性能體積膨脹率/倍拉伸強(qiáng)度/MPa伸長率/%1.1829.422.71.1～1.5>20>15(量筒)(拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī))(拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)) 注: 括號內(nèi)為測試設(shè)備。

2.2 注漿機(jī)械

主要設(shè)備：鉆孔機(jī)1臺、壓漿機(jī)1臺、5 kW以上發(fā)電機(jī)組1臺、空壓機(jī)1臺、2～4 t卡車1輛、PVC管若干、保護(hù)管若干、扁咀大力鉗若干。

其他設(shè)備：風(fēng)鎬、鐵鍬、掃帚、卡尺等。

3 施工工藝

3.1 布孔

布孔的基本原則是使注漿孔在路面上均勻分布，每個孔所擔(dān)負(fù)的注漿面積合理。注漿孔的布置根據(jù)雷達(dá)檢測結(jié)果而定，由于都是橫向單一裂縫，因此沿著裂縫間隔50 cm間距布孔。

3.2 鉆孔

采用高強(qiáng)度金剛石鉆孔機(jī)鉆孔，鉆孔孔徑15～20 mm，鉆孔深度為40 cm，到上基層底部。

3.3 清孔

注漿前，先采用大功率吸塵器收集鉆孔產(chǎn)生的粉末顆粒，再使用帶特制長嘴槍頭的空壓機(jī)吹孔，使瀝青路面結(jié)構(gòu)層與水穩(wěn)路面結(jié)構(gòu)層之間形成暢通空間。

3.4 預(yù)埋注漿導(dǎo)管

注漿導(dǎo)管由PVC管和金屬保護(hù)管組成，首先往鉆好的孔里面插入約10 cm PVC管，其作用主要是防止注漿過程中從路面裂縫處冒漿，起引流效果；接著埋入金屬保護(hù)管，套上防砸管，用鐵錘將保護(hù)管夯實(shí)，確保與路面連接緊密，起密封效果。

3.5 注漿

注漿壓力采用1.0～1.5 MPa(根據(jù)制備材料性能而定)，注漿時間為保持注漿壓力2 min。同時觀測注漿孔是否溢漿，采用溢漿控制作為停止注漿的條件(待注漿材料從鉆孔周圍溢出，則停止注漿)。注漿完畢后，待注漿壓力回零后，再拆除連接卡頭，以避免發(fā)生安全事故。

3.6 穩(wěn)壓封孔

為確保漿液能夠充分滲入到基層裂縫，防止?jié){液從注漿孔上方溢出，采用扁咀大力鉗夾住金屬保護(hù)管，穩(wěn)壓1～2 min后即可移除金屬保護(hù)管等，然后采用木塞封孔5～7 min后拔出。

3.7 養(yǎng)生及恢復(fù)交通

封孔結(jié)束后待木塞拔出，及時清除路表溢出的注漿材料，采用冷補(bǔ)料對路面鉆孔進(jìn)行修補(bǔ)，并在裂縫表面刷涂1層改性乳化瀝青，將路面恢復(fù)原貌，待乳化瀝青破乳后即可恢復(fù)交通。注漿完成后要嚴(yán)格實(shí)行交通管制，養(yǎng)生2 h后即可開放交通。

3.8 驗(yàn)收項(xiàng)目及要求

1) 現(xiàn)場鉆孔過程中，必須對現(xiàn)場鉆孔數(shù)量，以及深度進(jìn)行檢查，若不滿足要求，需進(jìn)行二次鉆孔。

2) 嚴(yán)格報告程序，實(shí)施監(jiān)理旁站制度，施工過程中監(jiān)理全程跟蹤監(jiān)督。

3) 注漿過程中，應(yīng)對現(xiàn)場注漿導(dǎo)管夯實(shí)以及穩(wěn)壓封孔時間進(jìn)行控制，確保壓漿整體質(zhì)量滿足技術(shù)要求。

4 工后檢測與評定

注漿施工結(jié)束后2 h內(nèi)，采用探地雷達(dá)和跨縫取芯的方式，對注漿效果進(jìn)行分析。

4.1 雷達(dá)探測

注漿結(jié)束后，采用探地雷達(dá)對注漿裂縫進(jìn)行分析，注漿前、后路面裂縫圖譜如圖1所示。豎向短框標(biāo)注的是裂縫情況，注漿前裂縫里有空氣，空氣和路面材料介電常數(shù)差異很大，這就導(dǎo)致了雷達(dá)信號的加強(qiáng)，在圖像上表現(xiàn)出來的就是顏色變深了;注漿后由于漿料進(jìn)入裂縫，兩者之間的介電常數(shù)差異變小了，雷達(dá)信號就沒有注漿前那么強(qiáng)。此外，對于注漿前基層空隙偏多(橫向長框圈出來的雷達(dá)反射信號較強(qiáng)且雜亂呈點(diǎn)狀)，注漿后雷達(dá)反射信號減弱，說明相鄰材料之間介電常數(shù)差異較小，意味著有漿料進(jìn)入了基層的孔隙里。

圖1 注漿前、后雷達(dá)圖譜對比

4.2 取芯及室內(nèi)評價

注漿完成1～2 h后，即可對注漿孔附近進(jìn)行取芯，驗(yàn)證注漿材料滲透修補(bǔ)效果。選擇在注漿孔附近1～2 cm處取芯，跨縫取芯，取芯直徑為150 mm，取芯深度為40 cm，到達(dá)上基層底部。從取芯效果來看(圖2)，注漿材料將開裂的基層和面層膠結(jié)完整，從基層底部可以看出，注漿材料將破損松散的碎石膠結(jié)起來。

圖2 現(xiàn)場芯樣圖片

進(jìn)一步將芯樣切割成高度為15 cm的試件，采用室內(nèi)劈裂試驗(yàn)對注漿修補(bǔ)的芯樣進(jìn)行劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如圖3和表3所示。

a) 基層開裂

b) 面層開裂

表3 芯樣劈裂試驗(yàn)結(jié)果類型劈裂強(qiáng)度/MPa開裂位置面層1.30裂縫處(修補(bǔ)部位)基層1.13水穩(wěn)碎石完好處(非修補(bǔ)部位)

基層修補(bǔ)后的芯樣劈裂強(qiáng)度為1.13 MPa，開裂位置為基層完好位置，并不是修補(bǔ)位置，可見采用有機(jī)材料注漿具有較好的修補(bǔ)效果(其修補(bǔ)后的強(qiáng)度大于水穩(wěn)本身的劈裂強(qiáng)度)；而面層芯樣劈裂強(qiáng)度為1.30 MPa，開裂位置為修補(bǔ)位置，這主要是因?yàn)槊鎸訛r青混合料本身劈裂強(qiáng)度較高。綜合可知，采用注漿修補(bǔ)半剛性基層反射裂縫效果較好，能夠?qū)㈤_裂的基層和面層膠結(jié)起來，且修補(bǔ)裂縫處的劈裂強(qiáng)度高于水穩(wěn)碎石本身的強(qiáng)度。

5 結(jié)論

1) 根據(jù)裂縫現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，選擇了開裂至基層的裂縫作為非開挖注漿處治對象。

2) 經(jīng)過試驗(yàn)段注漿實(shí)施，明確了注漿材料技術(shù)指標(biāo)和設(shè)備要求，進(jìn)一步形成了基于有機(jī)材料的非開挖注漿施工工藝。

3) 采用探地雷達(dá)和取芯對注漿效果進(jìn)行評價，雷達(dá)探測結(jié)果表明，注漿材料在壓力的推動下,通過注漿孔和裂縫間隙滲透填充了基層縫隙；取芯結(jié)果表明，注漿材料能夠很好地膠結(jié)開裂的水穩(wěn)碎石基層，且室內(nèi)芯樣劈裂強(qiáng)度大于1 MPa，具有較好的修補(bǔ)反射裂縫效果。