高速公路半刚性基层预防性养护补强加固技术研究.pdf

总663期2023年第33期（11月 下）1 工程概况某 高 速 公 路 路 线 全 长 109.65km，行 车 速 度 为110km/h，采用双向四车道建设标准。高速公路通车15年，整体路况处于良好状态。近几年高速公路的交通量逐年加大，因公路路面结构采用半刚性基层，自带固有缺陷，导致路面病害较为严重。为提高公路路面服务质量，采用高聚物注浆技术对半刚性基层进行预防性养护，以达到基层补强加固的目的。2 高速公路半刚性基层预防性养护补强加固技术2.1 高聚物注浆材料试验2.1.1 材料研制1）材料固结机理。高聚物注浆材料采用白料SDFM（A组）、黑料 PAPI（B组），按照一定比例混合 A组和B组，采用催化剂促使两种组分发生剧烈反应，释放热量并升高温度，增加固结物的膨胀压力1。当高聚物注浆材料流入裂缝孔隙内能够快速填充密实孔隙，待A组分与B组分充分反应后停止发泡，形成固化物，起到补强加固基层的作用。2）配合比试验。黑白料的配比试验是关系高聚物注浆后固化效果的重要环节，通过确定黑白料的最佳配比，能够保证高聚物达到最佳的固化速度和力学性能。先设定黑白料配比为11，用量均为5 g，分别将催化剂DB和胺类催化剂加入混合料中，根据不同类型催化剂对固化速度影响的试验可知，催化剂DB/胺类催化剂=223 时，能够缩短黑白料混合物的凝胶时间。本次试验得出以下结果：当黑料与白料配比为11时，混合料固化速度为60 s，胶凝时间15 s，体积膨胀比为14.5，催化剂DB与胺类催化剂比为110。2.1.2 制作试件1）选择直径为 75 mm，高为 70 mm 的试件模具，圆柱形铁模容积为309 cm；对模具内壁涂抹机油，再用塑料袋贴紧模具底部和四周，以确保高聚物注浆材料在发泡膨胀固化后能够顺利脱模。2）按照 11 的配比混合黑料和白料，搅拌混合料，保证黑白料混合均匀；在混合料发泡前将其倒入模具中，快速盖上模具盖施加一定压力，待发泡膨胀结束后才能停止施压2。3）待试件冷却后从模具中取出试件，撕下外面的塑料袋，在试件上标注体积、编号等信息，以便后续对比分析试验结果。2.1.3 性能试验1）流动性试验。在室温15、28 的条件下用旋转式黏度计测定试件的黏度，每个试样测量3次，取平均值。试验检测结果如下：当试验温度为15 时，黑料黏度平均值为750 MPas；白料黏度平均值为1 953 MPas；催化剂黏度平均值为 1 077 MPas；当试验温度为28 时，黑料黏度平均值为101 MPas；白料黏度平均值为992 MPas；催化剂黏度平均值为525 MPas。根据试验结果可知，温度对原材料黏度的影响较为显著。2）吸水率试验。制备四种液体材料体积不同的试件，分别为20.6、23.8，25.8、30.9 ml，将试块浸泡到水中进行吸水率试验，浸泡时长24 h。试验检测结果如下：当试件体积为20.6 ml时，平均吸水率为8.18%，膨胀倍率为15；当试件体积为23.8 ml时，平均吸水率为5.11%，膨胀倍率为13；当试件体积为25.8 ml时，平均吸水率为3.40%，膨胀倍率为12；当试件体积为30.9 ml时，平均吸水率为2.42%，膨胀倍率为10。根据试验结收稿日期：2023-02-16作者简介：靳红翠（1984），女，高级工程师，从事高速公路养护工作。高速公路半刚性基层预防性养护补强加固技术研究靳红翠（河北高速公路集团有限公司大广分公司，河北 衡水 053020）摘要：为避免半刚性基层由于本身存在强度不足缺陷，从而导致公路路基路面早期病害问题。以某高速公路工程为例，分析半刚性基层预防性养护补强加固技术的应用。研究表明，在半刚性基层养护中，要根据路况调查情况采用高聚物注浆施工技术对基层进行补强加固，通过选定注浆路段、注浆前检测、布置注浆孔、钻孔注浆、施工质量检测等施工工艺流程，能够改善半刚性基层承载力，提高基层结构稳定性。关键词：高速公路；半刚性基层；预防性养护；高聚物注浆中图分类号：U418文献标识码：B52交通世界TRANSPOWORLD果可知，试件平均吸水率随着密度的增加而呈现递减趋势。从整体上来看，高聚物材料固化后的吸水率较小，具有良好的抗渗性和耐水侵蚀性。3）无侧限抗压强度试验。制备四种液体材料体积不同的试件，分别为20.6、23.8，25.8、30.9 ml，每种体积准备5个相同的试件，共计20个试件。采用微机控制电液伺服万能材料试验机检测试件的无浸水抗压强度，检测结果如下：液体体积为30.9 ml的试件固化物平均密度为0.111 g/cm，平均抗压强度为1.97 MPa，膨胀倍率为10；液体体积为25.8 ml的试件固化物平均密度为0.093 g/cm，平均抗压强度为1.98 MPa，膨胀倍率为12；液体体积为23.8 ml的试件固化物平均密度为0.089 g/cm，平均抗压强度为1.98 MPa，膨胀倍率为13；液体体积为20.6 ml的试件固化物平均密度为 0.078 g/cm，平均抗压强度为2.00 MPa，膨胀倍率为15。根据试验检测结果可知，高聚物注浆材料的膨胀倍率、抗压强度受固化物密度影响程度较小，说明将高聚物注浆材料作为基层补强材料，能够增强基层结构的稳定性，提高基层承载力。4）pH值试验。在试件浸泡25 h后取出一部分水进行酸碱度试验，采用精密pH试纸测试水体酸碱度。试验结果如下：浸泡试件的水体pH值与未浸泡试件的水体pH值相差不大，均在7.07.2的范围内。由此表明，采用高聚物注浆材料进行基层补强加固，不会对地下水、土壤造成污染，具备一定的环保性。2.2 高聚物注浆补强加固施工技术本工程在半刚性基层预防性养护补强加固中采用高聚物注浆技术，具体施工流程为：施工准备路况调查选定注浆路段注浆前检测布置注浆孔钻孔下放注浆管注浆封孔施工质量检测开放交通3。2.2.1 施工准备1）施工人员准备。施工现场配备1名现场管理负责人，1名机械工，1名电工，4名钻孔人员，2名注浆人员，4名质量检测人员，若干名养护维修常规施工人员。2）施工机械准备。配备全套注浆设备，包括空压机、发电机、注浆枪、空气干燥机、钻杆、注浆嘴、大力钳、注浆盆、PVC管等；配置装运注浆设备的运输车，钻孔取芯机、吹风机、锯缝机等；准备落锤式弯沉仪、探地雷达、钢卷尺、摄像机等4。3）材料准备。本工程采用A组分高聚物注浆材料和 B 组分高聚物注浆材料，将两组材料混合静置 15min，材料体积发生膨胀，膨胀比为110以上。注浆材料属于惰性材料，具备良好的弹性、强度、韧性和耐久性，不会对环境造成污染。4）技术准备。在补强加固施工前对施工人员进行培训，要求施工人员掌握注浆施工方法，熟练操作施工机械完成注浆施工任务。5）封闭交通。本工程采用1/4封闭交通施工方案，最大程度降低预防性养护施工对正常交通带来的影响；在施工区域出入口设置警示标志，配备保通人员，对道路通行车辆进行疏导；预防性养护作业区域封闭长度最大值为2 000 m，在封闭施工中与交警部门、路政部门进行协同管理，确保车辆安全通行。2.2.2 路况调查本工程在路况调查时结合采用目测法、三米直尺、探地雷达、落锤式自动弯沉仪进行检测。1）目测法。派检测小组到养护工程现场观测路面表观质量，标记病害位置，记录病害所处的桩号、病害特征、病害严重程度等信息。2）三米直尺法。检测人员用三米直尺检测路面平整度和路面损坏程度，测量三米直尺与路面的最大间隙，记录裂缝基本情况，包括自上而下裂缝、自下而上裂缝、上下贯通裂缝5。3）探地雷达。检测人员使用LID-2100型号探地雷达检测路面结构内部是否存在脱空、松散病害。4）落锤式自动弯沉仪。检测人员在行车道右轮迹带位置，距离边缘线0.625 m处进行测试，每20 m设1个检测点；在超车道左轮迹带位置，距离边缘线0.625m处进行测试，每20 m设1个检测点。5）钻孔取芯法。对局部病害较为严重的路段采用钻孔取芯法检测，检查路面结构和内部病害情况。2.2.3 选定注浆路段1）在调查本工程半刚性基层病害情况的基础上，结合预防性补强的路况标准，确定需要采用注浆补强加固的路段，路段满足以下条件：已经发生轻微或中度唧浆病害的路段；已经发生自下而上裂缝的路段；已经发生局部沉陷的路段；基层存在轻微病害的路段。2）本工程确定 K889+300K889+500 路段的下行方向为注浆段，此路段出现裂缝、唧浆、沉陷等病害，采用高聚物注浆技术进行养护补强。注浆位置分别位于 K889+465、K889+457、K889+442、K889+407 桩号位置。3）K889+465注浆处为一条已经修补过一次的横向裂缝，裂缝延伸出细小裂缝，出现轻微唧浆、沉陷病害。在靠近裂缝的位置设置弯沉检测点，并在距离裂缝2 m外无病害的位置设置弯沉检测对比点，沿裂缝走向布置注浆孔。4）K889+457注浆处分布横向裂缝和纵向裂缝，未发生沉陷病害，在横缝右侧设弯沉检测点，左侧无病害处设弯沉检测对比点。5）K889+442 注浆处有一条已经修补过的横向裂缝，此裂缝发展出多处未修补的斜缝，已经发生中度沉陷病害。弯沉检测点和对比点的设置与前面两个注53总663期2023年第33期（11月 下）浆处的设置相同。6）K889+407注浆处有两条纵向裂缝，未修补过，已经发生严重的沉陷病害。在此处设置弯沉检测点 4个，选择距离此处5 m以外的部位设弯沉检测对比点2处，沿纵向裂缝布置注浆孔。2.2.4 注浆前检测使用探地雷达检测注浆位置的弯沉值，采用连续检测的方式提高检测精度，准确识别基层病害6。1）布置测线。在检测路段设置下行测线，布置在下行行车道右轮迹线处，采用探地雷达沿轮迹线连续检测；在检测过程中无需封闭交通，积极配合有关部门对检测现场布置警示灯，控制车辆通行速度。2）检测参数设置。探地雷达天线主频为400 MHz；采样点数共512个；扫描速度为128 Scan/s；采用灰度显示、伪彩图显示方式；上调波形，将第一最大波形上调至上数第2格子；零偏设置为2 034；滤波设置在倒数第三档；介电常数设置为8.0。3）检测判断方法。采用探地雷达扫描路面，判断路面内部病害程度。当雷达图像层状结构较为清晰时，表明基层状况良好；当雷达图像出现较弱的反射信号时，表明基层出现破碎松散层；当雷达图像显示呈连续状态的高亮带时，表明基层中含有水分。4）检测结果。根据探地雷达检测结果表明：K889+404K889+411路段存在破碎带；K889+377K889+390路段存在松散带；K889+404K889+411路段存在破碎含水带；K889+440K889+470路段存在破碎现象。5）弯沉检测。采用落锤式自动弯沉仪检测注浆位置的弯沉值，沿着车道右轨迹布设测点，纵向间距 6m，测点与裂缝相距0.25 m；向检测点施加荷载，压强参数为700 kPa，荷载为5 t。根据实测弯沉值表明，注浆位置的弯沉值明显大于弯沉对比点的测量值。注浆位置的基层结构面临失稳风险，需采用高聚物注浆材料进行补强加固7。2.2.5 布置注浆孔本工程在布设注浆孔时采用沿裂缝布置的方式，在裂缝两边布设注浆孔，每个注浆孔均保持与裂缝相距0.25 m，在裂缝两侧交叉布置注浆点。2.2.6 钻孔注浆1）使用钻机进行钻孔，注浆孔直径为1.6 cm，孔深为0.8 m；先用短钻杆钻进，再用长钻杆钻进，要求钻杆垂直钻入，检查钻杆轴心偏差是否在设计要求范围内；上下抽拔钻杆，避免钻渣堵塞钻孔，控制清孔力度，防止因过度清孔造成孔径增大8。2）截取40 cm的PVC管作为注浆管，将注浆管的一端紧密连接到注浆帽上，用锤头将注浆管敲入注浆孔内，使注浆管下放到路面基层中间处，清理干净注浆帽边缘位置。3）用夹具夹牢固注射枪和注射帽，注浆过程中控制好时间，当注浆出现轻微反压作用力时，停止注浆，保持注浆压力15 s，再对注浆枪和注浆孔进行分离。4）使用热沥青封堵注浆孔，为保持路面整洁，在注浆后用吹风机清理掉路面上的杂物。2.2.7 施工质量检测1）在高聚物注浆完毕30 min后检测补强加固路段的弯沉值，检测结果表明：行车道弯沉平均下降38.41%，注浆前后的弯沉比在1.51.9，注浆后弯沉值明显减小，表明注浆后的半刚性基层结构强度和承载力明显提高。2）在施工后检测施工路段的基层补强加固效果，共检测3次，观测1次。第1次第3次检测时间分别在注浆施工后第1 d，注浆施工后第2周，注浆施工后第 1个月。在注浆后检测路面动态弯沉值，实测值偏小，观测路面平整情况，略有轻微抬起，但不会影响交通安全，说明此次预防性养护的补强加固效果良好。3 结束语高速公路半刚性基层要加强养护维修管理，针对早期病害采取预防性养护措施，及早补强加固基层，避免病害继续发展。在预防性养护中，要在路况调查的基础上判断高聚物注浆施工技术的可行性，合理确定注浆点，规范注浆施工工艺流程，保证高聚物材料填充密实基层，起到良好的加固补强效果。参考文献：1 徐强.高速公路沥青路面预防性养护评价体系研究J.中外公路，2009（3）：64-68.2 张朝旭，王旭，尹志勇.高速公路半刚性基层沥青路面主要早期病害及防治措施J.北方交通，2008（2）：39-41.3 黄勇.浅谈高速公路半刚性基层沥青路面养护检测与养护维修技术J.低碳世界，2014（12）：289-290.4 张增伟.高速公路半刚性基层修筑技术研究J.交通世界，2018（16）：20-21，25.5 王磊，岳燕华.济邵高速公路半刚性基层裂缝处理及防治J.科技信息，2008（28）：94，67.6 马松.高速公路半刚性基层沥青路面养护检测与养护维修技术J.黑龙江交通科技，2018（7）：66-67.7 温建通.沈海高速公路半刚性基层唧浆病害与处理J.福建交通科技，2016（2）：23-25.8 徐惠明.高速公路半刚性基层沥青路面维修整治技术探讨J.低碳世界，2015（10）：243-244.54