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半剛性基層瀝青路面是目前我國公路建設中路面基層的基本結構類型，被廣泛應用于我國高等級公路的建設中。但多年的應用情況表明，半剛性基層材料固有的干縮、溫縮特性容易導致裂縫產(chǎn)生，且針對半剛性基層裂縫的修復，并沒有行之有效的處治措施，而廣泛采用的灌縫、局部挖補、連續(xù)銑刨等處治方法并不能根治路面結構內(nèi)部裂縫，病害容易復發(fā)。因此,如何有效處治半剛性基層瀝青路面開裂問題正成為工程研究領域的重要課題之一。

裂縫非開挖注漿技術是一項為解決瀝青路面裂縫發(fā)展速度快、常規(guī)處治技術效果欠佳問題而研發(fā)出的非開挖注漿修補技術，其通過高滲透、高強度、耐水型、早強型化學擴張凝膠注漿材料，利用專業(yè)化配套施工裝備和標準化施工工藝，采用壓力注漿形式，對松散、裂縫部位進行黏結修復，可提升路面結構的板體性并有效修復路面隱性病害。依托鹽城至靖江高速公路和江海高速公路瀝青路面養(yǎng)護維修工程，江蘇寧靖鹽高速公路有限公司（以下簡稱“寧靖鹽公司”）通過開展“雷達檢測+非開挖注漿修復”專項設計，先使用探地雷達設備檢測裂縫發(fā)展程度及深度，在利用配套的注漿壓力設備將滲透性好、強度高、黏性強的雙組分耐水型高聚物注漿材料注入路面裂縫與缺陷中，最終對裂縫與缺陷進行充分填充與強度修復，上述兩條高速公路經(jīng)過應用裂縫非開挖注漿至今已通車一年半時間，現(xiàn)場無裂縫復發(fā)，注漿處治效果耐久性良好。

非開挖注漿原理

(資料圖片)

非開挖注漿技術作為一項綜合性處治技術，首先需要明確裂縫成因，再根據(jù)裂縫規(guī)律及特征建立科學合理的檢測方法，進一步細化裂縫診斷精度，最終為處治對象開發(fā)針對性較強的修復材料并建立一套標準化處治工藝及質(zhì)量驗評標準。

注漿技術適用性

據(jù)研究得知，瀝青路面裂縫類型主要包括不均勻沉降型裂縫、溫度型裂縫及荷載型裂縫。通過綜合分析瀝青路面不同類型裂縫形成機理，確定以溫度型及荷載型的自下而上發(fā)展的基層橫向裂縫為非開挖注漿處治對象。

溫度型裂縫 在較高溫度條件下，瀝青材料具有良好的應力松馳性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過大的溫度應力，但當氣溫大幅度下降時，瀝青材料會逐漸發(fā)硬并開始收縮。此時，半剛性基層底部會產(chǎn)生拉應力，當拉應力瀝青混合料的應力松馳趕不上溫度應力增長時，混合料勁度急劇增大。由于瀝青面層在路面中受到約束，其所產(chǎn)生的收縮拉應力或拉應變一旦超過瀝青混合料的抗拉強度，則會導致瀝青面層開裂。當該情況在瀝青面層與基層附著力不夠好、允許有一定的自由收縮時，裂縫就更容易產(chǎn)生。由于瀝青路面寬度有限，收縮受路面結構的相互約束小，故低溫裂縫主要為橫向形態(tài)。因此，病害發(fā)展至基層的溫度型裂縫宜采用非開挖注漿技術處治。

荷載型裂縫 該類型裂縫主要由行車荷載引起。在車輪荷載作用下，大于半剛性基層材料的抗拉強度時，半剛性基層底部就會很快開裂，在行車荷載反復作用下，底部裂縫會逐漸擴展到上部，并使瀝青面層也產(chǎn)生開裂破壞。一方面，影響拉應力的主要因素包括面層厚度、基層本身厚度、基層回彈模量和下承層回彈模量；另一方面，輪胎荷載產(chǎn)生的路表豎向剪應力易造成“Top-Down”（縱向裂縫），這種裂縫也是瀝青路面常見裂縫之一。病害發(fā)展至基層的荷載型裂縫宜采用非開挖注漿技術進行處治。

裂縫檢測方法

肉眼一般僅能區(qū)分瀝青路面表面裂縫，無法識別基層內(nèi)部深層次的裂縫病害，故需要借助精度較高的探地雷達設備識別。

探地雷達利用高頻電磁波（主頻為數(shù)十兆赫、數(shù)百兆赫乃至千兆赫）以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過發(fā)射天線T送入地下，經(jīng)地下地層或目標體反射后返回地面，由地面接收天線R接收，通過對接收波場進行成像分析，獲取地下目標的探測圖像。

注漿技術設計理念

傳統(tǒng)的無機注漿材料一般屬于顆粒型漿體，因此滲透性存在一定局限性，對于瀝青路面裂縫的修補效果難以保證，同時由于其需要較長的養(yǎng)生時間，因此對道路交通影響較為顯著，因此無機注漿材料對于瀝青路面裂縫修補存在一定的局限性。而高聚物等有機注漿材料雖然其滲透性能優(yōu)異，能夠對路面微小裂縫進行填充、黏接，但由于其養(yǎng)生時間短、材料強度高等特點，存在發(fā)泡倍數(shù)過高、遇水敏感等重要問題，因此迫切需要開發(fā)一種微膨脹、滲透性好、強度形成快、黏結力強、耐久性高的高性能有機注漿材料。

寧靖鹽公司設計的有機無水反應型膠凝材料借鑒高聚物注漿原理，在常規(guī)聚氨酯等材料優(yōu)勢的基礎上，結合實際需求，重點解決了高聚物發(fā)泡速度過快、膨脹比例過大、基層黏結差等問題。具體設計理念為：首先，采用雙組分設計方法，由于高聚物發(fā)泡反應迅速，壓力滲透和化學擴張過程同時進行，在極短時間內(nèi)需要完成漿液對裂縫的填充，同時考慮到漿液反應時間過短不利于漿液流動，反應時間過長又會影響漿液與裂縫破損面黏結，因此將時間初步設定在20秒以內(nèi)；其次，改性聚氨酯注漿材料強度形成比無機注漿類材料更快，因此要求15分鐘內(nèi)即達到早期強度，滿足開放強度需求；再次，通過加入增韌劑，在提供較高強度的同時，提高材料的柔韌性及拉伸伸長率，此外擬選用能與水穩(wěn)碎石發(fā)生化學交聯(lián)反應的基體材料，提升有機注漿材料與水穩(wěn)材料間的黏結強度；最后，考慮到高速公路裂縫發(fā)展寬度一般均較小，為了確保注漿飽滿度，要求材料應具有高滲透性。

雙組份改性聚氨酯在槍頭充分混合后，會發(fā)生劇烈反應、產(chǎn)生氣體，并迅速乳化，膨脹，在設備高壓及氣體壓力雙重作用下將改性聚氨酯材料擠入裂縫深處，從而對裂縫進行充分滲透。在前期反應的初始階段，通過添加特種助劑，使得改性聚氨酯材料具有很低的黏度和極好的流動性，在壓力作用下能夠充分滲透到細微裂縫的深處，充分對裂縫進行封堵修復。雙組份改性聚氨酯灌縫材料原料具有高強活性基團，能夠與很多材料的活潑氫發(fā)生快速而激烈的反應，并在短時間內(nèi)產(chǎn)生強度。注漿材料主劑和固化劑反應生成的改性聚氨酯材料，具有優(yōu)異的柔韌性、強度與黏結性，同時，固化劑中的-NCO基團會與半剛性基層中的活性氫基團發(fā)生反應，進一步增加黏結強度。

注漿材料開發(fā)思路

有機注漿材料開發(fā)采用雙組份改性聚氨酯注漿材料，分為A組份（主劑）和B組份（固化劑）。其中主劑主要成分包括多元醇和助劑，助劑則包括增韌劑、催化劑、勻泡劑等。固化劑是異氰酸酯，在材料中作為硬段，使得材料保持較高的強度，其種類繁多，常用異氰酸酯油MDI、TDI、HDI、PAPI、IPDI，以及M/T(MDI/TDI)體系等。通過室內(nèi)

試驗，明確了主劑中復合多元醇的配比（m多元醇1/m，多元醇2=80:20）和主機與固化劑的比例（固化劑為PAPI-2，主劑/固化劑=1:0.85），增韌劑用量為8%，活性分子篩A3在主劑中的摻量為30%，勻泡劑用量為0.8%，催化劑用量為3.2%。

開發(fā)過程中，寧靖鹽公司重點解決了聚氨酯水敏感型封端關鍵技術。即傳統(tǒng)聚氨酯材料遇水十分敏感，少量處水汽即會導致材料膨脹數(shù)倍，性能迅速衰減，而基層裂縫內(nèi)部不可避免地會存在大量水，傳統(tǒng)聚氨酯注漿材料進入裂縫深處，遇水之后迅速膨脹，在裂縫狹小的空間內(nèi)會導致周邊路面被頂起，同時膨脹過度的聚氨酯材料黏結性、耐水性及強度會大幅下降，導致裂縫修補效果不明顯，因此在傳統(tǒng)的聚氨酯材料基礎上進行水敏感型封端技術研究，通過加入高活性胺基改性硅鋁分子篩，優(yōu)先與環(huán)境中的水反應，避免固化劑中的-NCO活性基團與水反應而控制材料發(fā)泡倍率。

此外，基于漿體擴散模型及COMSOL有限元，通過深淺孔結合的鉆孔方式，可以起到空間排氣引流、控制注漿材

料擴散路徑的作用，提升注漿面積40%，有效保證了裂縫修復效果。

非開挖注漿工藝

基于鹽靖、江海高速公路瀝青路面裂縫非開挖注漿工程項目，寧靖鹽公司針對裂縫非開挖注漿施工各個關鍵節(jié)點，制定出包括雷達探測、布孔、鉆孔、清孔、預埋密封圈、注漿、封孔穩(wěn)壓、恢復路面等在內(nèi)的注漿工藝流程及標準化施工工藝，極大優(yōu)化了裂縫處治修復效果。

雷達探縫

采用雷達對路面裂縫處進行檢測，分析裂縫位置，檢測方法為垂直裂縫檢測并在裂縫處做標記。

布孔

根據(jù)探地雷達檢測基層裂縫所在位置，采用與路面顏色相差較大的噴漆或記號標記打孔位置，相鄰孔間距為25厘米至60厘米，實際布孔間距應根據(jù)試驗段效果確定。

鉆孔及清孔

采用鉆孔機沿標記處進行鉆孔，鉆頭直徑為20毫米，鉆孔角度垂直，針對面層開裂裂縫時，鉆孔深度應達到下面層

底部并超出至少2厘米；針對基層開裂裂縫時，鉆孔深度應達到上基層底部并超出至少2厘米，實際打孔深度應根據(jù)路面結構厚度、病害發(fā)展層位及試驗段注漿效果確定。在鉆孔過程中，施工人員應及時吸走孔內(nèi)及表面灰塵，待鉆孔結束后。對孔洞灰塵進行清理，確保孔內(nèi)干凈無灰塵。

預埋密封圈

密封圈應為埋入式，可埋入指定深度，具有較好的密封效果。密封圈的埋置深度應在瀝青面層中，實際埋置深度

應根據(jù)路面面層結構厚度及試驗段注漿效果確定。

注漿

為配合密封套件注漿，準備注漿針頭并采用插入式注漿。注漿順序為從低處向高處，注漿壓力宜為0.3兆帕至0.5

兆帕，實際注漿壓力則根據(jù)試驗段注漿效果確定。注漿結束的判斷依據(jù)為：注漿過程中，密封件當彈起、出現(xiàn)溢漿（包括臨孔溢漿、裂縫溢漿、自孔溢漿）、注漿流量顯著下降時，應停止注漿。

穩(wěn)壓

注漿結束后，應立即關閉注漿閥門，采用軟木塞封孔3分鐘至5分鐘后拔出。

恢復路面

注漿結束后，及時清除路表溢出的耐水型高聚物材料，并采用冷補料將鉆孔遺留孔洞和路面取芯孔洞進行修補，將路面恢復原貌。施工完成后，路面即可開放交通。

其他要求

注漿必須按照一定順序進行，應先注低處孔，再注高處孔，依次向前推移。注漿時對每個孔位的壓力和時間進行嚴格把握，并安排專員進行旁站記錄注漿時間。注漿時，路面如有拱起跡象，應立刻停止注漿，并間隔兩個孔位后繼續(xù)注漿。冬季施工時，應對注漿材料進行加熱保溫。

非開挖注漿控制要點

雷達探縫

由于裂縫形態(tài)走勢較為復雜，路表裂縫與結構內(nèi)部裂縫多存在錯位、不對應的情況，為了提升基層裂縫的注漿精準度，寧靖鹽公司針對雷達檢測設備選擇與操作，以及監(jiān)測環(huán)境等方面提出要求。

設備選擇上，根據(jù)現(xiàn)場路面結構厚度選擇不同頻率的天線，在滿足探測深度的前提下，宜選擇較高頻率的天線；設備操作上，設置縱向采樣點數(shù)、水平采樣間隔、時窗等參數(shù)滿足現(xiàn)場檢測要求，記錄測區(qū)、標段、測線號、測量方向、測線的起始樁號、天線類型；放樣標記方面，注漿前布孔時利用雷達設備進行逐點放樣，將基層裂縫垂直投射至路表并作記號，便于后續(xù)精準打孔注漿。

檢測環(huán)境方面，氣溫應保持在零下20攝氏度至50攝氏度區(qū)間，濕度小于90%，路表保持干燥；當雷達信號干擾強烈，妨礙有效識別時，應暫停檢測。結合以往的大量工程實踐驗證，寧靖鹽公司還建立了探地雷達隱性病害圖譜及判斷病害類型識別標準。

平整度控制

老路面層間存在黏結力不足的問題，注漿過程中，會因層間通道堆積漿液，加之面層自重較輕，引起路面拱起問題。因此，需要采取一些優(yōu)化措施來保證路面平整度。

壓力定制化 明確低壓注漿壓力0.3兆帕至0.4兆帕，既可以保證較高的注漿效率，又可以減少注漿壓力過大對瀝青面層頂起的風險。

密封組件埋置深度定制化 通過不斷開發(fā)升級高壓密封組件，根據(jù)路面結構層厚度不同，能夠自由指定注漿深度并分層實施，實現(xiàn)了漿液引流目標，解決了注漿漿液流向不可控問題，避免了層間漿液堆積過高導致的路面起拱問題，提升了不同位置病害的注漿材料填充飽滿度。

平整度時刻監(jiān)測 注漿作業(yè)中，將三米直尺放置于正在注漿孔一側，仔細觀測周邊路面變化情況，當塞尺間隙變化大于等于3毫米時，應立即停止注漿，尤其是在銑刨回鋪段落內(nèi)更應注意此類問題，杜絕出現(xiàn)“路面起拱”。

非開挖注漿效果評價

對路面裂縫實施非開挖注漿技術后，工后取芯效果表明，裂縫填充度均大于80%，漿液能夠有效填充內(nèi)部裂縫及層間脫空、松散等病害空隙中，且形成整體有效黏結，實現(xiàn)裂縫修復和提升結構板體性目的。室內(nèi)試驗表明，注漿修復后各項路用性能指標均滿足設計要求，芯樣無側限抗壓強度恢復率高于70%，注漿前后平整度差值控制基本在3毫米以內(nèi)。與傳統(tǒng)的銑刨回鋪雙層面層方案相比，非開挖注漿方案預計每米可節(jié)省547.7元，節(jié)約能耗240900.21兆焦耳，降低二氧化碳排放60.68%，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

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