地聚合物道路注浆加固技术研究与应用

２０１３年１月第１期城市道桥与防洪１概述随着我国交通建设事业的快速发展，道路的通车里程也在飞速地增加。

目前我国投入运营的道路路面中有相当一部分接近或超过了设计年限，有的虽然未到设计年限，但在重交通荷载、自然环境等外部条件的作用下，有的道路出现了不同程度的破坏，特别是在交叉口附近及桥接坡段较为明显，大批的道路急待改造修复。

如果不及时进行养护维修，其使用性能迅速下降，影响车辆快速、舒适、安全行驶。

但是，如果大规模地翻挖原有路面，则存在着保养周期长，资金投入多，也严重影响车辆的行车安全。

处于城区的政治经济敏感地带的城市道路，交通流量大，地下管线复杂，受各方观注度高的特点，因此这就更要求在施工上必须做到快速有效，安全环保，经济适用，干扰小。

为此我们需要积极探索一些切实可行的施工方法，采用道路非开挖快速抢修加固技术可谓是解决此类问题一种有效的方案。

其中水泥压浆技术在水泥混凝土路面修复中还在推广使用，但尚存在较之明显的不足之处，新材料地聚物压密注浆技术在路面的修复中尚未广泛应用，该压浆工艺环保低耗，经济高效，无障碍、全天候、并可迅速开放交通，能有效解决基础和基层承载力不足的问题，这使得该项技术在路面养护维修中有着广阔的运用前景，值得推广。

地聚合物最早是由法国科学家ＪｏｓｅｐｈＤａｖｉｄｏｖｉｔｓ于１９８５年提出、并应用。

目前，世界上有许多专门研究机构如法国的“ＧｅｏｐｏｌｙｍｅｒＩｎｓｔｉｔｕｔｅ”和美国的“ＷａｔｅｒｗａｙｓＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＳｔａｔｉｏｎ”等和许多科学家们正在致力于地聚合物材料的研究工作，有关地聚合物科学的理论和应用科研成果正在快速增长。

我国在这方面研究较晚，上世纪八十年代有人开始用外加剂来改变超早强注浆水泥的工艺性能，并有了尝试性的应用。

上世纪九十年代上海市政工程研究所研制出一种快速注浆材料在实际工程中得到了一定的试点应用。

鉴于施工材料注浆技术广阔的运用发展前景，分别从加固材料及加固工艺二方面进行了实验和研究，改变传统道路维修方法的缺点，达到满足养护设计要求的路面强度。

目前已投入生产的主要产品有：（１）ＬＹ－Ⅰ型路基及基层聚合物（普通型）。

（２）ＬＹⅡ型路基及基层地聚合物（早强型）。

（３）ＬＹ－Ⅲ土路基地聚合物。

在上海大叶公路、芦五公路、新四平公路、环城西路、龙吴路、龙华西路等工程项目道路及桥梁养护维修中，取得了良好的使用及环保效果，并经过一定的时间周期考验，通过对路面的强度检验评价。

２压密注浆的原理和作用地聚物压密注浆材料是针对道路的基层缺损补强开发研制的，该材料自身强度高流动度大，渗透性好，具有粘结性。

地聚物压密注浆技术是利用注浆管把浆液均匀的注入地层中，浆液在周围的土体中，通过裂缝渗透、填充、压密、扩张挤走基层结构土体缝隙内的积水和空气，形成浆脉。

由于压浆材料本身稳定性好，强度大，加上浆体的流动性能好，在压力作用下，有较强的渗透力，经采用ＬＹ型注浆材料使基层和路基的密实度和水稳定性，使道路结构致密，缺损得到弥补。

从而增加路基及基层的稳定性，增强道路结构的使用寿命。

承受力得到提高，该材料最大的特点是快凝早强，流动度大，渗透性好。

因此在道路结构层注浆加固后经过短时间的养护后迅速开放交通具有良好的经济，技术和社会效益。

摘要：采用新材料新技术改变传统道路维修方法，达到满足养护设计要求的路面强度，通过工程实例，取得良好的使用及环保效果，并经过时间考验证明效果佳，成本低速度快，污染少，干扰少，达到预期的功效，大大提高了道路使用寿命，基本达到道路结构加固可采用非开挖全天候施工的目的。

关键词：压浆技术；弯沉；地聚物注浆料中图分类号：Ｕ４１４文献标识码：Ａ文章编号：１００９－７７１６（２０１３）０１－０１４５－０５收稿日期：２０１２－０８－０７作者简介：刘江波（１９６５－），男，辽宁沈阳人，高级工程师，从事道路桥梁设计工作。

刘江波（上海城西城建工程勘测设计院，上海市２０１１００）地聚合物道路注浆加固技术研究与应用科技研究１４５城市道桥与防洪２０１３年１月第１期３地聚物压密注浆和传统水泥注浆的异同点3.1性能异同点传统的水泥注浆是－水泥及水玻璃双液注浆材料凝胶快，抗水分散性好，但不耐水溶性；虽然碱激发硅铝质胶材料早期有较好效果，但在长期地下水液下很难凝胶，造成抗水分散性差。

故不宜作注浆材料。

水泥－水玻璃双液水泥注浆材料通过了大量实验，在３６０ｄ后强度损失很快。

下表是一组试件的测试资料，在标准养护条件下养护２４ｈ拆模，然后放入标准养护室和有流动的水养护下至１ｄ、７ｄ、２８ｄ、９０ｄ、３６０ｄ龄期，测定其抗压强度；强度损失为流动水养护下和标准养护下强度损失值，见表１。

由实验可知水泥－水玻璃双液注浆材料（Ｃ－Ｓ）在较短的时间内就发生水化凝胶反应，可以较好的抗水分散，但是在３６０ｄ龄期限、流水溶蚀条件下的强度损失达到９３．９％水溶蚀较大，抗水溶性能较差，这是由于其本身性质决定。

在碱性条件下水里中富含的Ｃ３Ｓ和Ｃ２Ｓ迅速水化凝结，生成ＣＳＨ凝胶，产生早期强度但在长期的水溶条件下Ｃａ２＋不断溶出，强度不断降低。

水泥－水玻璃双液水泥注浆能进入地基土体结构受到破坏而形成的空洞或裂缝中，仅起到填充和包裹界面的物理黏结，起不到防渗灌浆的作用，难以提高地基的抗渗性能，３６０ｄ强度已损失９３．８％，故使用范围受限（仅作用于临时堵封）。

因此需研制一种胶凝材料浆体微结构将能大幅度提高胶体的抗冲，抗磨性能材料。

我院利用聚合物设计制备成高性能抗冲磨的材料浆体，该材料浆体既有耐磨的集料又有高强地聚合物胶凝体，较好的浆体抗冲磨性能表现优异，水泥石的密度增加且具有微膨胀性，钙矾石恒定，该安全机理是采用“有机－无机复合”的技术将实际增强抗裂区分于有机碱水保塑组合进行优化复合材料，简称ＬＦ材料既能补偿胶凝体的收缩，达到抗裂的目的，又能提高ＬＦ胶体工作性能和抗渗性，能配置或抗裂防渗高性能材料。

地聚物压密注浆流动度大、渗透性好，其最大的特点是能渗透到被加固土体及道路基层路基或具有一定活性矿物材料（如砂、石）的界面内，并与界面内的矿物活性进行化学反应，生成一种新的无机有机胶凝体，从而达到牢固地与被加固体紧密连成一体的效果。

因此，与普通水泥注浆水玻璃双浆相比，其物理、力学性能和水稳性更好、更稳定。

适用于各级公路与城市道路路基与基层加固工程，故使用范围广泛。

3.2地聚合物注浆材料优点采用快凝早强型地聚物注浆，仅需要８ｈ封闭养生时间，而普通水泥注浆一般需要３ｄ养生；采用地聚物注浆后的抗压强度也比普通水泥注浆高得多，可见采用地聚物压密注浆可实现高效、无障碍、全天候、迅速开放交通并可达到快速、高效加固道路的目的。

现将地聚物注浆与水泥注浆二者效果比较见表２。

４地聚物压密注浆技术措施4.1注浆材料的选用地聚合物注浆材料目前选用如下三种：由多矿物组成的聚集体及超塑化剂等以一定比例混合而成。

以上根据道路的不同部分采用不同的配比推荐选用以下三种类型：（１）ＬＹ－Ⅰ：路基及基层加固用（普通型）；（２）ＬＹ－Ⅱ：路基及基层加固用（快凝早强型）；（３）ＬＹ－Ⅲ上路基加固注浆料（桥台接坡）。

4.2主要技术措施4.2.1孔位布置一般道路注浆加固分为两层进行加固，即结构层加固（一般在路面下１ｍ以内）和路基加固（一般加固深度１．２￣１．５ｍ，高速公路在１．５ｍ以内）。

布孔位置见图１、图２。

4.2.2加固范围平面加固范围：依据设计文件指定范围，具体注浆部位先后顺序根据设计要求。

表1水泥-水玻璃双液水泥注浆材料强度测试表水泥－水玻璃Ｐ０４２５标养／流水养抗压强度／ＭＰａ强度损失／（％）Ｃ－Ｓ１ｄ７ｄ２８ｄ９０ｄ３６０ｄ９０ｄ３６０ｄ９．９１５．３／１０．９２０．７／１２．８２４．２／１６．２２４．６／１．５３３．１％９３．９％表2地聚物注浆及水泥注浆效果比较表材料名称抗压强度／ＭＰａ１ｄ７ｄ２８ｄ普通水泥注浆０１．８３．６０≥２．４７≥４．２≥５．０≥２０≥３０≥２０≥２５≥３０地聚物注浆路基加固用基层加固用普通型早强型科技研究１４６２０１３年１月第１期城市道桥与防洪4.2.3技术要求（１）道路基层加固现有路面凹凸不平、沉降、龟裂、裂缝等缺陷表明了该路面道路基层可能已产生变形和位移，ＬＹ型地聚合物注浆材料必须满足《公路路基与基层地聚合物注浆技术规程》即是针对道路的基层缺陷补强开发研制的，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。

经与砂性、粘质黏土、二灰土、水泥稳定碎石、三渣结合后试验结果表明，开挖样洞及弯沉测试均为取得较为理想的工程物理力学性能，实施工程经验是对基层加固较为理想的材料，经采用ＬＹ型地聚合物注浆材料注浆加固后结构层致密，缺损得到了补强，承载能力得到提高。

该材料的最明显的特点是快凝早强、流动度大、渗透性好，因此在注浆加固后只要经过短时间的养护后就能迅速开放交通，具有良好的经济、技术和社会效益。

加固深度从现有的面层顶至基层层底之间约１ｍ范围以内（具体深度取决于道路的原始资料和现场取样）。

（２）道路路基加固根据现有道路结构层缺陷相当部分是由于土路基的承载能力低、压缩变形大所致。

路基注浆的目的就是通过高压注浆使现有土路基内的孔隙充满浆液，土内的多余水份被挤出并形成较为稳定的土体固结层，从而达到土路基的稳定。

土路基加固可采用ＬＹ型地聚合物注浆材料，该材料与土体结合后能显著提高土体的水稳定性和承载能力。

（３）桥接坡加固桥接坡注浆分为两层进行加固，即桥接坡结构层加固和桥接坡土基加固。

ａ．结构层注浆加固结构层加固就是针对缺陷部位进行加固。

桥接坡结构层注浆加固深度为０．８ｍ，通过注浆使该部位结构层得到补强形成较为完整的整体（硬壳层），因此结构层注浆是桥接坡加固中的一个重要环节。

结构层注浆加固将采用ＬＹ－Ⅰ型地聚合物注浆材料。

ｂ．土基注浆加固土基注浆的目的就是通过高压注浆使现有土路基内的孔隙充满浆液，土内的多余水分被挤出并形成较为稳定的土体固结层，从而达到土路基的稳定。

桥接坡基础注浆加固分为２次注，深度分别为２．５ｍ、１．８ｍ，本基础加固将采用ＬＹ－Ⅱ型地聚合物注浆材料，该材料与土体结合后能提高土体的水稳定性和承载能力。

4.4.4注浆加固工艺（１）具体工序如下：布孔—钻孔—清孔—埋浆管—注浆—冒浆孔封堵（或补浆）—拔管—注浆孔封堵—养护—土基注浆（步骤同上）—１ｄ养护开放交通。

（２）布孔及孔径孔位布置见图１、图２，孔径采用Φ５０ｍｍ。

（３）注浆泵的工作压力注浆泵的工作压力控制不大于０．３ＭＰａ（土基注浆不大于１．０ＭＰａ）。

当压力达０．３ＭＰａ（或１．０ＭＰａ）时，停止注浆静压３￣５ｍｉｎ。

若压力下降则继续注浆，直至邻孔出浆为止。

５工程实例我院实施过的项目包括：大叶公路，芦五公路，龙华西路，新四平公路、龙吴路（石龙路￣龙漕路）、环城西路等道路，注浆后的弯沉值，均能符合设计要求。