【水泥注浆】水泥压浆技术在市政沥青路面中的应用

摘要：本文通过分析压浆技术的加固机理、注意事项、施工控制等方面评价了水泥压浆技术在沥青路面改造中应用的可行性。
关键词：水泥压浆、沥青路面、钻孔

一、引言
改革开放以来，城市建设得到了飞速的发展，特别是近年来中央提出了城乡统筹发展的战略目标，城市的扩展速度在逐步加大，市政道路的通车里程也出现急剧的递增。而城市道路的路面越来越多的采用沥青混凝土。随着城市的扩容城市道路的通车里程也在飞诉的增加。目前我国各大城市投入运营的沥青混凝土路面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，但在中交通荷载、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较为明显，大批的城市道路急待改造修复。而着类病害往往是由于道路承载力不足引起的，如不及时维修改造，其使用功能和寿命将迅速下降。由于城市道路多处于城区的政治经济敏感地带，交通流量大，底下管线复杂，受各方观注度高，因此这就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。而对沥青路面这一类病害常采用基础翻挖换填补强等技术，但这类方法对环境污染大，保养周期长，对交通干扰大，资金投入多，施工危险性高是无法满足上述要求的。为此我们需要积极探索一些切实可行的施工方法，采用水泥压浆技术处理此类问题可谓是一有效的方案。水泥压浆技术在水泥混凝土路面修复中已经常使用，并有明显的效果，但在沥青混凝土路面的修复中还不多见。但水泥压浆工艺环保低耗，经济高效，交通干扰小，能有效解决基础和基层承载力不足的问题，这也使得该项技术在沥青路面改造中有着广阔的运用前景，值得推广。

二、道路基础（基层）承载力不足的原因
1、地质条件的原因
 由于城市道路很多路段都在原路的基础上进行改造拓宽的，有的路段路基条件本身就很差，地质条件不好，虽然经过一定的年限，这类软基已部分固结，但在设计施工时常受到周围环境的限制，而道路周边建筑物已基本形成，成为了城市的交通要道，很多路段是在不中断交通的情况下施工的，加之过去建设资金较紧张，有时并不能大面积的换填，很难处理到位，有些道路根本就是带“病“运营，这也就大大缩短了使用寿命。
2、施工方面的原因
城市道路施工地处市区对城市的交通、环境影响很大，往往都要求在最短的时间内速战速决，施工时间紧，不中断交通，在这样的外部环境下施工过程中，存在着施工技术与质量管理多方面的缺陷，致使路基压实度不高，基层保护不到位，给道路的稳定性也带来了隐患。

3、管线施工方面的影响
施工管线多是市政道路施工的一大特点，城市道路地下埋设着大量的各类管线，有的是在道路新建是同步埋设，也有的是在通车以后再进行埋设的，但由于该部位不便碾压和造价的限制，对这些道路的薄弱环节很难处理到为位，经常出现压实度不足，强度低，导致路面破坏，特别是在后开挖埋设的沟槽，在开挖时对沟槽壁的土体产生了一定的扰动，在回填时常采用不同材料回填，这使得沟槽部位的路基不能形成一整体，出现不均匀沉降。
4、路基排水方面的原因
城市道路很多存在着地下水位高的现象，有的道路未未设置底下排水系统，也有的在长期运营中，经过多次局部的改造，有时采用的道路结构层厚度又各不一致，有的破坏了地下排水系统。在动荷载的作用下，产生了负压，一些毛隙水在土体的空隙中上下反复运动，扩大土体间的空隙，引起了路基的整体强度下降。
5、车辆荷载方面的原因
随着城市的大力开发，各地都有大批的新建工程，这也带来了大量的超载工程车辆，而城市道路早期的设计标准根本无法满足这样的轴载要求，有的道路一天甚至有通过上万车次的近百吨的车辆，交通流量很大，这也是造成路基（基层）损害的主要原因之一。
三、水泥压浆的原理
水泥压浆技术是利用注浆管把浆液均匀的注入地层中，水泥浆液在周围的体中，通过渗透、填充、压密、扩张赶走土体缝隙内的积水和空气，形成浆脉。由于地层中的不均匀，一方面通过钻孔，以一定水灰比的浆液高压快速强行记入弱透水土层在注浆点集中的形成近似球形的浆泡，挤压临近的土体，使土体被挤压密实，固结形成强度，承载力得到大大提高。另一方面，在透水性好的土层，随着压浆的进行，浆液通过裂缝和渗透，填充到个砂砾石间的空隙中，在层间形成方向各异的片状、带条状、块状的浆液体，浆液经一段时间的养生，凝结硬化后，松散的砂砾石胶结成一个整体良好，强度高，防水性能强的“结石体”。同时在钻孔内形成桩柱体，与周围的土体相互作用均匀受力，形成了复合地基，提高了承载力。

四、压浆工艺
沥青混凝土路面压浆工艺与水泥混凝土路面基本相同，主要工艺是：定区、布孔、钻孔、压浆、封口、养护。
1、定区：因沥青混凝土路面是柔性路面，不存在着混凝土路面的板块特征，在划定压浆区域时要考虑到处治效果和经济效果，主要针对大面积的沉陷和裂缝等病害路段，并根据弯沉值作为主要的决策依据，宽度建议以车道的整数倍来确定，长度不宜过短，以尽量减少设备的周转次数为参考。
2、布孔：一般采用梅花状布孔，不宜太过靠近路沿石，一般避免在沉陷区的最低点和裂缝上布孔，可考虑在周边布孔。孔距适中，过大浆液无法全面渗透，过小不经济，对面层破坏过大，一般1.5~3米。
3、钻孔：采用钻机钻孔，钻孔是要保证连续作业，孔要保持垂直，钻空顺序宜有内向外，先深后浅，由低向高的顺序钻孔，深度需结合土体特征，不要盲目追求深孔，但必须穿透弱透水性的基层。
4、压浆：制作浆液时应采用32.5级以上的硅酸盐水泥，浆液要有良好的可泵性、和易性、保水性。压注浆液时应缓慢均匀连续加压，当压力达到设计值时，应保持稳压2~3min以上，当观察到路面开始抬升或浆液流动线路内的压力迅速升高时，停止泵送。压浆顺序应有外向内，由低向高的顺序压浆。压浆时应注意高压管前不能站人，防止喷浆伤人。
5、封口：压浆结束应立即拔出灌浆栓塞，立即插上木塞，以便有足够的时间使浆液充分凝固。
6、养护：灌浆后的2小时内禁止机动车辆通过灌浆区，一般养生三天。

五、运用水泥压浆工艺注意事项
水泥压浆工艺是一项技术性很强的使用方法，如在施工中控制不当，可能又再次产生新的道路病害，因此在压浆中应注意以下几点：
1、施工地段的选择
水泥压浆的原理就是占据土体间的空隙，当遇到含水量基本饱和后已饱和的软土层时，土层间的空隙已被水份给占满，采用压浆工艺处理此类病害时效果就不很明显，通常采用其它方式处理。
2、地下资料的掌握
城市道路地下构筑物比较复杂，有各类管线、地下室、隧道等，如盲目的进行施工，必然会酿成大祸。施工前必须详细调查地下情况，应获得最新的地下综合管线图和周边地下建筑物的详细资料，在施工前对各地下情况在现场进行标识，施工中注意对压浆点周围的管线进行观察，特别是检查井部位，一旦发现有漏浆，需对渗漏处封堵后才能继续压浆。
3、压浆压力的控制
在压浆过程中，对压力的控制至关重要，压浆压力是该工艺的重要指标，控制不当将无法达到预期的效果，甚至会对道路产生新破坏。如压力过大会使沥青面层产生新的裂缝，对周围管线的安全运营也会是一种威胁。同时如路面抬高的过多后，也会使得道路的线形很难理顺，不利于路面排水；如压力过小，浆液无法充分的进入土体的孔隙中，填充不密实，达不到设计强度。因此在施工中可通过现场试压来确定压力要求，采取压力与路面抬升值双控的方式，或采用二次压浆的方式。
4、浆液材料的选用
浆液材料的选用关系到工程处理的效果和造价。浆液原材料必须符合规范要求，浆液强度要满足设计要求，并且应具有良好的流动性，一般水灰比可控制在0.4~0.5。为满足其他的相应技术要求，如流动性、早强等，可通过掺入适量粉煤灰、细砂、黏土、早强剂等满足性能要求，配合比需结合压浆段的土体情况经过实验后确定。
5、文明环保的施工
城市道路人流、车流量大，敏感度高，在施工中如不能做到文明环保施工，则会给工程施工带来很大的影响，很难使工艺能顺利连续的进行。在施工时必须严格做好对原材料饿管理，冒出的浆液要及时清理，杜绝出现粉尘和泥浆的污染。
六、工程实例
1、工程概况
某市中山南路出新改造工程北起新街口，南至长乐路口，长2.8公里，改造道路是连接主城区南北向的主干道，车流量大，全线共有7个大型交叉口。其中升州路~长乐段长540米，路基宽40米，道路为三块板形式，机动车道为沥青混凝土路面，宽15.5米，该段共有三个交叉口和两个公交站台。原老路代表弯沉值为65（1/100）mm，有大面积的裂缝、沉陷等病害，道路结构层从上至下是10cm沥青混凝土，10~50cm灰土，20~62cm的碎石垫层。本次设计的总体原则是在原路面整体加铺约10cm沥青混凝土，对升州路~长乐路段机动车道及三个交叉口采用压浆处理，压浆完成后铣刨一层或两层，再摊铺三层17cm的沥青混凝土，路面顶设计弯沉值是30（1/100）mm
2、工程地质与水文
根据该省地质工程勘察院提供报告，该路段分为2个地质层（5个亚层），主要地质特征如下表：

地下水为孔隙潜水，涌水量较大，稳定水位1.2~1.8米，地下水接受大气降水和管道渗漏水，居民生活用水入渗补给，运流缓慢，排泄方式以自然自发为主。
3、压浆设计
按设计要求压浆孔呈梅花状布置，孔间距为2米，孔深暂按10米考虑，灌浆材料采用普通硅酸盐水泥P.042.5级，平均水泥掺入量为50千克/米，水灰比为0.5：1，平均灌浆压力0.5~0.7mpa，孔深和灌浆压力大小由监理现场确定，原则上灌满为止。
4、压浆施工
4.1、施工前准备
正式开工前，对现场的管线进行了调查，并用金属探测器排查地下管线，管线主要集中在交叉口的人行斑马线下和非机动车道下，机动车道下有地铁通过，同时有两处地铁出口距地面4.5米，现场进行标识。机械设备进场后周做压浆试验和孔位的放样。
4.2、机械设备
本工程采用JHZ-2型油压钻孔机，孔径为9.1cm，制浆设备JW180L灰浆拌和机，压浆设备UB-3A型灰浆泵。
4.3、钻孔深度
因地下有地铁隧道，结合地质水文资料，基于杂填土孔隙率大，可灌性好，灌浆后整体性好；素填土通过灌浆，使得土体压密，提高整体性。所以孔深确定为4米。
4.4、工艺流程
桩位放样—报监理审核—布孔—钻孔—临时封孔—预埋法兰螺帽—清孔—压浆—封孔养生—灰浆配比—第二次压浆。
4.5、制备浆液
由于本次压浆主要对象为杂填土，均一性差，孔隙较大，为节约成本，有一定流动性保证压浆效果，经试验后确定水泥浆掺入细砂，采用配合比水：水泥：细砂为0.75：1：1。
4.6、压浆
钻孔后压浆设备锚固牢靠，待运转正常后开始连续的压送浆液，压力达到设计要求时，保持稳压状态2分钟以上，即可卸荷。但当压浆时出现路面微微抬升1mm左右时，或浆液流动线路内压力迅速上升时也可卸荷。在压注过程中遇到浆液从其它裂缝中冒出，而压力无法达到规定值，则采取先任浆液自由冒出，待浆液凝固后，再重新钻孔压浆，直到压力达到上述条件为止。当浆液从压孔后已压过的孔溢出时，应用木塞压紧10分钟左右，拔出后无须再压浆。
4.7、封孔与养生
压浆结束后，插上木楔，确保有足够的时间使浆液凝固，并用快凝水泥砂浆密封孔口。压浆后的2小时内禁止车辆通过压浆区，一般养生3天。
5、效果评价
压浆结束后在本路段上加铺了两层沥青混凝土，通车后对该路段进行了弯沉检测，共计试验了58个点，结果最大值为20（1/100）mm，平均值为11（1/100）mm小于设计弯沉指标。整个施工有时11天，施工期间基本未对交通产生大的影响，压浆处理面积达30055平方米，经测算比翻挖处理方案节省了1/3的费用。经过近两年的运营，未出现沉陷和开裂的现象，道路平整度高，行车较舒适。

七、结束语

实践证明，水泥压浆技术作为一种新型的加固技术，在沥青路面改造中效果佳、成本低、速度快、污染少、干扰小，达到了预期的功效，大大的提高了道路的使用寿命。相信只要通过正确的运用，科学严格的控制，水泥压浆技术在市政沥青路面改造中必将会有一片新的天地。