高分子聚合物注浆处治高速公路病害施工工法

高分子聚合物注浆处治高速公路病害施工工法（工法编号GJYJGF058-2010）完成单位：郑州优特基础工程维修有限公司河南省路桥建设集团有限公司郑州大学河南交通投资集团有限公司主要完成人:王复明王辉张红春张建华李强钟燕辉目录1前言..............................................................................................................12工法特点......................................................................................................13适用范围......................................................................................................24工艺原理......................................................................................................25施工工艺流程及操作要点..........................................................................36材料与设备..................................................................................................97质量控制....................................................................................................108安全措施....................................................................................................119环保措施....................................................................................................1110效益分析..................................................................................................1211应用实例..................................................................................................121高分子聚合物注浆处治高速公路病害施工工法郑州优特基础工程维修有限公司河南省路桥建设集团有限公司郑州大学河南交通投资集团有限公司王复明王辉张红春张建华李强钟燕辉1前言郑州优特基础工程维修有限公司联合郑州大学等多个单位经过多年联合攻关，开发了“高速公路病害诊断与高聚物注浆快速处治技术”，2007年通过河南省科技厅鉴定。同时与河南省路桥建设集团有限公司、郑州大学、河南交通投资集团有限公司等单位密切合作，形成了高分子聚合物注浆处治高速公路病害施工工法。该工法关键技术经河南省住房和城乡建设厅组织鉴定为国际领先。依托的科研成果先后获得河南省科技进步一等奖和国家科技进步二等奖。京港澳高速公路(G4)安阳至新乡段，为国家高速公路主干线的重要组成部分，路线全长113.195公里，1997年建成通车。由于该段高速公路交通量大，重载车辆多，病害严重，传统维修方法对交通干扰大且难以根治病害。2007年，河南省交通厅和河南省科技厅以京港澳高速公路(G4)安阳至新乡段为依托，联合组织实施了高速公路快速检测修复示范工程，由郑州优特基础工程维修有限公司和河南省路桥建设集团有限公司联合施工，成功治愈了唧浆等病害。工法成果先后推广应用到郑州至漯河高速公路维修工程，连霍高速郑州段、洛阳段、商丘段养护专项工程，京珠高速驻马店段养护专项工程等60多条高速公路路段，有效治理了高速公路病害，延长了高速公路寿命，取得了良好的经济效益和社会效益。2工法特点2.1应用专门研制的非水反应类水不敏感型自膨胀闭孔高分子聚合物注浆材料，不污染环境，耐久性好，维修工期短。2.2采用了无损检测技术，实现了维修范围和维修工艺双精细，保证了工程维修质量。22.3针对不同的路面结构和病害类型，分别采用板底注浆技术、基底注浆技术、加载注浆技术和深部注浆技术，使得注浆维修更具有针对性，并可一次注浆，多层修复。2.4采用自行研发的集成化高聚物注浆装备，灵活机动性强，提高了注浆效率和注浆质量。2.5与传统维修技术相比，高分子聚合物注浆处治高速公路病害施工工法具有快速、耐久、经济、环保等优点，经济社会效益显著，具有广阔的推广应用前景。3适用范围本工法适用于高速公路、市政道路和机场道面脱空、沉陷、唧泥、强度不足等病害处治，包括：水泥混凝土路面脱空、唧浆、沉陷病害处治；半刚性基层路面开裂、唧浆、基层松散、强度不足病害处治；路基压实度不足、路面沉陷病害处治等。4工艺原理4.1本工法采用的高聚物注浆材料为新型非水反应类水不敏感型自膨胀闭孔高分子聚合物，原材料为两种预聚体液体。当这两种预聚体液体材料混合在一起时，预聚体即刻发生聚合反应，膨胀并形成泡沫状固体。4.2注浆前，采用落锤式弯沉仪（FWD）或探地雷达（GPR）快速诊断路面病害，分层、分段检测评价路面使用性能和病害情况，制定针对性的养护维修方案。注浆后再进行无损检测，评价注浆效果。4.3根据无损检测结果，将注浆管下到路面病害位置，向其中注入两种高聚物预聚体液体材料，材料迅速发生反应，膨胀固化，达到填充脱空、排除积水、挤密压实，治理病害的目的。35施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程高分子聚合物注浆处治高速公路病害施工工艺流程见图5.1。图5.1高聚物注浆施工工艺流程5.2操作要点5.2.1高聚物注浆材料配制设备进场前，配制高聚物注浆材料。首先根据工程要求配置出两种高聚物预聚体液体原材料，分别盛入不同的料桶中，装入高聚物注浆车，带到现场。注浆前检测诊断病害注浆方案设计钻孔下注浆管安装注射帽注射高聚物材料注浆后检测注浆效果封孔清扫环境板底注浆基底注浆加载注浆深部注浆水泥路面半刚性基层路面柔性基层路面路基高聚物注浆材料配制45.2.2注浆前检测诊断病害利用落锤式弯沉仪（FWD）或探地雷达（GPR）对需维修路段进行检测，对路面进行分层分段评价，判断病害情况，确定注浆路段和注浆区域。1、落锤式弯沉仪（FWD）检测采用FWD检测路面弯沉，根据弯沉检测结果分层分段评价路面结构层刚度以及脱空病害情况等。检测方法如下：1）荷载设置：落锤式弯沉仪检测时，设置施加荷载为5吨，压强700kPa。2）测点布置：①对于水泥混凝土路面，测点位置为板的右板角，距板边0.25m。参见图5.2.2-1。②对于半刚性基层路面，测点位置为沿车道右轮迹，纵向间距6.0ｍ。③裂缝处，测点距离裂缝0.25m。参见图5.2.2-2。2、探地雷达（GPR）检测采用GPR检测时，测线一般为车道右轮迹线，沿着轮迹线连续检测，根据检测结果反演分析结构层厚度，松散、脱空、沉陷等路面病害，确定病害深度和类型。5.2.2-1水泥混凝土路面FWD测点位置示意图行车道右板角FWD测点图5.2.2-2裂缝处FWD测点位置示意图车道轮迹FWD测点裂缝0.25m0.25m0.25m55.2.3注浆方案设计根据检测路面类型和注浆前检测结果设计高聚物注浆方案。对于水泥混凝土路面采用板底注浆技术；对于半刚性基层路面，采用基底注浆技术；对于基层松散半刚性基层和柔性基层路面，采用加载注浆技术；对于路基病害，采用深部注浆技术。1、板底注浆１）注浆孔布置注浆孔沿行车方向分布，注浆孔距离板缝0.25m。孔间距1.2～1.5m，横向及纵向平均分配；板中均匀加密两点，见图5.2.3-1。图5.2.3-1一般水泥板注浆孔布置如遇到板断裂，在裂缝处增加注浆孔，见图5.2.3-2。板缝注浆孔行车道右板角FWD测点0.25m图5.2.3-2断裂水泥板注浆孔布置示意图注浆孔裂缝62）注浆孔直径和深度注浆孔直径0.016m，钻孔深至路基顶。5.2.3-3钻孔直径和深度示意图2、基底注浆１）注浆孔布置①裂缝位置：注浆孔距离裂缝0.25m，沿缝间距1.00m，交叉布置。②局部唧泥点位置：以唧泥点为中心呈梅花形布置，纵横向距离唧泥点0.30m。水泥混凝土面层注浆孔路基0.016m基层1.00m1.00m1.00m0.25m0.25m行车道超车道纵缝1.00m1.00m1.00m注浆孔5.2.3-5纵缝注浆孔布置示意图1.00m0.375m1.00cm0.875m1.00m横缝行车道超车道紧急停车带注浆孔1.00m1.00m0.875m0.25cm0.25m0.375m标线5.2.3-4横缝注浆孔布置示意图75.2.3-6唧泥点注浆孔布置示意图③整车道预防性养护：注浆孔按纵横向间距1.2～1.5m均匀布置。5.2.3-7整车道注浆孔布置示意图2）注浆孔直径和深度注浆孔直径0.016m，钻孔深至路基顶面。注浆管置于基层中间。具体深度根据结构层情况确定。1.20~1.50m行车道紧急停车带注浆孔1.20~1.50m1.20~1.50m标线唧泥点0.30m注浆孔0.30m图5.2.3-8注浆孔深度及注浆效果示意图0.016m注浆孔沥青面层半刚性(刚性)基层石灰稳定土底基层1.5m1.5m1.5m1.5m路基注浆管83、加载注浆对于基层松散的半刚性基层路面或柔性基层路面，为防止高聚物膨胀力将路面顶起，需要采用加载注浆。在基底注浆工艺的基础上，在注浆孔上方路面施加附加的载荷。加载板尺寸1m×1m，中间有0.05m直径圆孔，荷载不小于2000kg。加载时，要求注浆孔露出加载板中间圆孔，以便能够注浆。4、深部注浆对于路基深部病害，需要采用深部注浆技术，即根据无损检测确定的路基病害位置，钻孔至病害位置深度，注浆孔间距1.0～1.5m。5.2.4钻孔按照设计的钻孔深度，利用冲击钻在标注的注浆孔位置钻孔至设计深度。要求钻孔垂直，孔位误差不大于0.05m，钻孔深度不能小于设计深度。5.2.5下注浆管使用切割工具按相应的长度截取注浆管，把注浆管下入到注浆孔中至设计深度。基底注浆，注浆管需下到基层中间；深部注浆，需要将注浆管下到病害位置。加载注浆时，注浆管不能使用PVC管，要求使用铜管或铁管。5.2.6安装注射帽把注射帽凹型边缘使用专用工具清理干净，以便于与注射枪更好的结合。将已清理注浆帽安装到注浆管上端口。要求注浆帽与注浆管紧密结合，不能松动，否则更换注浆管。5.2.7注射高聚物材料按照设计或现场确定的注浆量进行注浆。使用夹具把注射枪与注射帽夹牢，配比仪按照配比通过输料管道分别把两类高聚物预聚体材料输送到注射枪口，两种预聚体材料在注射枪口处混合，通过注浆管输送到病害处。两种材料迅速发生化学反应后，体积膨胀固化，达到填充脱空、排除积水，加固松散区或软弱区，抬升沉陷路面，快速处治路面病害的作用。注浆压力根据设计要求控制，一般可设置为7MPa。注浆到设计注浆量后，要求立即关闭注射枪保险，等待15秒钟以后才能分离注射枪和注射帽。95.2.8注浆后检测注浆效果注浆后使用专用工具把注浆帽去除，切除露出路面的注浆管，待15～20分钟后。利用FWD或GPR进行注浆后检测，分析注浆维修效果。如满足要求，则完成注浆；如不满足要求，则需进行补注，直到达到要求为止。检测方法和位置与注浆前保持一致。注浆前弯沉大于300微米的点，注浆后一定要复测。注浆后弯沉平均值要求降低30%以上，最大弯沉不能大