南通市泛华建设监理有限责任公司 江苏南通 226000
摘要：地聚合物注浆加固作为市政道路加固的新工艺，在国内运用不是很多，通过本工程实例详细研究该工艺运用的可行性。
关键词：地聚合物；注浆加固；效果
1引言
随着城镇化的的快速发展，市政道路里程也在快速增长。目前我国投入运营的市政道路中有相当一部分接近或超过了设计年限，产生了各种道路病害；同时由于市政工程工期紧，地下管线及构筑物众多的影响，一些道路在未达到设计年限也已产生各种病害。各种病害中集中突显的是路面下沉、开裂等问题，为了保证行车的安全舒适性，这些道路病害亟待修复改造。对于道路破损，仅采用面层修补无法根本改变道路状况，必须对其路基进行处理，提高路基的承载能力；如采用大规模地翻挖原有路面，其施工周期长，资金投入多，对交通干扰较大。同时根据相关的城市道路管理法中规定：新建、改建、扩建城市道路交付使用后5年内，大修道路竣工后3年内，不得开挖。能否找到一个新工艺进行快速加固道路，地聚物注浆加固技术应运而生。
2 地聚合物材料及注浆加固简介
2.1材料简介
地聚合物最早是由法国科学家 Joseph Davidovits于 1978 年提出并应用，目前，世界上有许多专门研究机构和科学家们正在致力于地聚合物材料的研究工作。地聚合物是一种由AlO4和SiO4四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物，化学式为Mn{-(SiO2)zAlO2}n·wH2O，属于非金属材料。是一类新型的高性能无机聚合物材料，是碱激活胶凝材料中最具前途的一类。（1）其特殊的无机缩聚三维氧化物网络结构，使得地聚合物材料具有比高分子材料、水泥、陶瓷和金属更佳的高温性能和机械性能。（2）地聚合物材料制造过程中的能耗和三废排放量非常低，材料对环境无污染，是一种可持续发展的“绿色环保材料”。
2.2注浆加固原理简介
通过注浆泵吸入浆液，流经高压管，再注入道路路基或基层中，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，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，承载力得到提高。
2.3性能特点
2.3.1结构补强
对于动态变形模量偏小的或弯沉值偏大的，通过对结构层注浆，使道路结构致密，增强道路结构的强度，提高承载力。
2.3.2轻质高强
浆液养护后形成的固体材料自重轻且强度高，其抗压强度远远大于相同龄期的水泥浆液固结体。
2.3.3凝结速度快
能够迅速固化，早期强度高，后期强度持续增长，养护周期短，可提早开放交通，在高速公路和城市道路等通行压力大的路段尤其适合。
2.3.4安全耐久
浆液与路基、基层矿物发生反应后固结体结构致密，抗冲刷能力强，理化性质稳定，对地表环境无污染，在地下可达百年以上。
3 工程案例
3.1工程简介
南通市外环西路路建于1999年，道路等级为城市主干路，道路全宽32m，其中车行道26m，人行道宽2*3m。该路段大量出现沥青层龟裂、路基下沉等病害。由于该道路为城市主干道，靠近汽车站，车流量大， 在临近的长江路未开通前重型过境车辆通行较多，该道路承担了大量的超荷载运行，且使用年限比较长，因此导致上述病害的发生。病害处虽经过多次小型维修，但由于道路基础遭到破坏导致强度严重不足，小型维修无法有效根治各种病害。建设单位决定对该段路采用地聚合物注浆加固工艺处理病害，第一作者有幸作为该工程总监全过程参与本工程的建设。
3.2工程设计控制标准
3.2.1配合比 --地聚合物：水=1:0.32
3.2.2注浆压力为 0.5MPa～ 1.5MPa
3.2.3地聚合物用量初定为70～120kg/m2
3.2.4注浆孔深为1.2m
3.2.5路面抬升不得大于3cm
3.2.6注浆加固后，单点弯沉值>25(1/100mm)的范围需二次注浆，注浆加固后全路段代表弯沉值应≤ 31(1/100mm)
3.2.7注浆加固后两年内，道路代表弯沉值不出现明显提高，注浆加固后两年内，道路代表弯沉值不出现明显提高（竣工验收半年内<5%,一年内<10%，两年内<18% ）
3.2.8地聚合物注浆材料性能指标要求及实测指标
3.3具体实施步骤如下：
3.4.1钻孔布置
注浆孔按梅花形布置，一个车道布置3排注浆孔，注浆孔距1.5m，排距1.5m，孔径Φ50mm，现场进行布孔时，如发现布孔位置不适宜，可作适当孔位调整，孔位调整间距应小于30cm。
3.4.2钻孔
（1）钻孔保持垂直，达到设计规定的深度和孔径，发现异常应采取相应措施。
（2）钻孔过程中对异常情况进行观察，做好记录，并及时与业主单位和设计单位联系，采取相应措施。
（3）注浆孔位或注浆深度应视地下管线位置及埋深情况予以避让，不得对原有地下管线造成不利影响。
3.4.3清孔、埋管及封堵
（1）钻孔完毕后，清理钻孔以防下管时堵塞。
（2）检查注浆管是否通畅，再将注浆管插入注浆孔至要求深度。
（3）关闭孔口夹具，保证灌浆口的密封性能良好。
3.4.4制浆
（1）物料通过检验进场，并按设计配比进行物料准备。
（2）搅拌机中先加水搅拌，然后加入地聚合物搅拌。
（3）物料搅拌后放入料桶，浆料应在1h内使用完毕。
3.4.5注浆过程控制
（1）注浆孔的注浆量不大于设计值，如出现相隔2～3只周边孔冒浆情况应立即停止送浆并将注浆管移入下一注浆孔。
（2）注浆过程中道路路面漏浆应立即停止注浆，待稳定后采用快凝早强型地聚合物注浆材料继续注浆，防止浆液大量流失。
（3）注浆过程中采用慢速注浆，注浆过程中按照设计要求控制压力，试验段注浆压力控制在0.5MPa～1.5MPa。
（4）注浆过程中监理和施工方派专人对注浆区域周边范围的道路设施进行监测，防止路面抬升起拱或浆液流失，路面抬升控制在3㎝以下。
3.4注浆效果分析
注浆结束后进行弯沉检测，检测频率为每车道每5米一点，检测结果对比分析如下：
可以看出通过地聚合物注浆，一幅车道的弯沉值提升在40%以上，说明注浆提高了道路基层的整体性，道路承载力明显提升。
注浆加固整治后，路面单点弯沉值达到设计要求，各车道代表弯沉值均小于0.31mm。
通过地聚合物加固，各车道代表弯沉值较注浆加固前在短期内提升了40％以上。
总体来看，采用地聚合物注浆材料对道路进行注浆加固后，病害路段弯沉值得到大幅度改善，注浆加固大大提高了道路承载能力，注浆取得理想的加固补强效果。
各项参数的控制都在合理的范围之内，包括孔深、孔间距、路面抬升、注浆压力、注浆量等。
4 结束语
该工程开工时间为2015年9月1日，2015年10月30日竣工验收，运行大半年以来路况良好。地聚合物注浆加固工艺相比传统大开挖翻修方案有如下优势：
4.1对交通影响小
采用传统工艺至少需封闭半幅道路施工，施工作业面较大，施工工期长，需要大面积材料堆放场地，施工使用的大型机械较多，进出施工场地时对周边交通干扰较大。总体而言，传统工艺对交通影响较大，许多路段因此不具备施工条件，无法施工。采用注浆加固工艺，仅需单个车道封闭施工，施工作业面较小，施工工期短，注浆结束后3天即可开放交通，该工艺用材为成品砂浆，无需大面积材料堆放场地，施工所需机械较少仅需一辆施工作业车辆即可，市区交通繁忙绝大部分路段均具备施工条件。
4.2环保
采用传统工艺施工时，会产生大量扬尘及噪音，工程废料外运后的不合法倾倒也会污染环境，传统工艺所需材料较多，材料生产过程中会对环境造成污染。采用注浆加固工艺施工时，扬尘及噪音较小，施工时几乎不产生废料，注浆工艺所需材料较少，地聚合物对土体不造成污染。响应了国家“节能、绿色、环保”的理念，具有良好的社会效益，符合可持续发展目标。
4.3工期短
传统工艺以36cm水稳+8cmAC-20+5cm SMA为例，工序较多，同时由于水稳层养护周期比较长且受天气条件制约，总工期需4个月。用注浆加固工艺，工序简单、养生期短且受天气干扰较小，注浆加固3天后即可进行后续工作，总工期仅需2个月，能节省一半工期。
4.4造价低
传统工艺以36cm水稳+8cmAC-20+5cm SMA为例，其造价约为400元/m2。采用注浆加固技术，注浆结束后铣刨5cm沥青面层加铺SMA,其造价约为240元/m2。但是在耐久性和普遍适用性上还需要经时间和多个工程来实践检验。
参考文献：
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[4]张书政,龚克成.地聚合物[J].材料科学与工程学报.2003(03)
论文作者:刘克建,章勋
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第15期
论文发表时间:2018/1/9
标签：注浆论文; 聚合物论文; 道路论文; 材料论文; 病害论文; 浆液论文; 路基论文; 《建筑科技》2017年第15期论文;