路用快凝无机注浆材料在道路修复中的探讨与应用

道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第1页上海市城乡建设和交通委员会科研项目路用快凝无机注浆材料在道路修复中的探讨与应用总结汇报上海弘路建设发展有限公司道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第2页主要汇报内容项目背景1主要创新点4研究成果3实施方案2道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第3页常用的翻挖、置换养护技术缺陷明显公路增长迅速、维修工作量大道路注浆加固技术现有问题截止2010年底，全国公路总里程386.08万公里高等级公路维修占总里程的10％以上施工周期长、对结构扰动严重、对交通影响大传统水泥基注浆材料凝固时间长，流动性控制困难，可注性低，不利于快速开放交通；地聚合物浆材价格昂贵，效果受地质条件和气候条件影响大；现有注浆机具与注浆工艺单一。问题的提出项目背景：问题的提出针对道路注浆加固技术的现状审视现有道路注浆材料和注浆工艺的不足并基于道路性能指标进行新型道路注浆材料与注浆工艺的开发设计推荐选取合理的注浆工艺参数道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第4页道路注浆加固技术机理及技术设计参数道路注浆加固施工工艺与质量控制注浆工艺参数对注浆效果影响及推荐方案（工程）道路注浆加固技术的基本要求与评价方法道路新型注浆材料的研发与适用性实施方案：主要研究内容主要研究内容道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第5页实施方案：主要技术路线道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第6页道路注浆理论研究道路注浆材料分类（1）水泥注浆材料（2）化学注浆材料（3）绿色注浆材料（1）静压注浆技术（2）高压喷射注浆技术（3）振动注浆技术（1）球形扩散理论（闷头管）（2）柱形扩散理论（花管）道路注浆施工技术类型实施方案：资料调研资料调研道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第7页道路疲劳寿命预估方法预估方法的分类与选取对AI预估公式的修正道路注浆方案设计参数理论计算结合道路注浆加固特点对传统岩土注浆公式进行修正道路注浆材料性能要求与道路路基基层的路用性能指标相对应（1）足够的强度与刚度（2）良好的稳定性与耐久性（3）足够的抗冲刷能力等道路注浆效果评价基本指标与沥青路面的设计与养护指标相对应主要通过“弯沉”来予以评定实施方案：理论研究理论研究道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第8页新型注浆花管设计与之配套的施工工艺与质量控制依托工程注浆方案设计525m长的试验路段，分15个区域全面分析注浆设计参数对注浆效果的影响道路新型无机注浆材料开发基于路用性能指标开发设计（流动度、凝结时间、抗压强度、析水率）（1）原材料选择（2）初步配方确定（3）配合比确定（4）试件录用性能检测新式注浆工艺设计实施方案：试验设计试验设计道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第9页明确了道路注浆加固的基本要求与评价方法主要研究成果提出了注浆材料配合比设计方法，研发新型注浆材料提出了适用于道路注浆的设计参数理论计算公式道路注浆材料的性能要求；道路注浆加固效果的评价指标；结构性能检测方法；道路剩余寿命预估方法基本设计原则；设计思路与步骤；5种外加剂对材料性能的影响；新型注浆材料的道路适用性分析评价注浆压力的修正公式；浆液扩散半径的修正公式设计新型注浆花管并提出配套施工工艺花管特点；施工工艺流程与质量控制分析了注浆设计参数对注浆效果影响，提出推荐方案基于路面疲劳寿命分析的道路注浆技术经济评价方法，试验段结果分析道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第10页主要成果一明确了道路注浆加固的基本要求与评价方法道路注浆材料的性能要求提出依据道路路基基层的技术要求主要成果：明确了道路注浆加固的基本要求与评价方法足够的强度良好的耐久性与稳定性流动性与可注性考虑浆液与界面的结合形式具体要求项目类型流动度，s初凝时间，min终凝时间，min抗压强度,MPa1d7d28d路基加固用≤17s≥90min≤400min0≥3.0≥5.0基层加固用（快凝早强型）≤20s≥90min≤120min≥20.0≥25.0≥30.0基层加固用（普通型）≤20s≥90min≤150min≥5.0≥20.0≥30.0量化指标道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第11页道路注浆加固效果的评价指标提出依据沥青路面设计与评价指标——弯沉主要成果：明确了道路注浆加固的基本要求与评价方法评价指标注浆后28d路表弯沉小于设计值弯沉盆参数反算的道路整体反应模量比注浆前提高25%弯沉降低量（（原弯沉-注浆后弯沉）/原弯沉）30%道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第12页路面结构性能评价方法检测方法破损检测、非破损检测主要成果：明确了道路注浆加固的基本要求与评价方法测试方法FWD测试车贝克曼梁法中央分隔带行车道边线5m(10m)2.5m(5m)1.00m1.75mK31+330K31+2301.00m1.75m1.00m1.00mA20A19A18A2A1A0A39A38A..A21A22A60A59A58A42A41A40A79A78A..A62A61弯沉车初始行进方向道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第13页路面剩余寿命预估方法剩余寿命预估方法基于弯沉指标、基于PCI指标、基于应力应变指标主要成果：明确了道路注浆加固的基本要求与评价方法面层疲劳开裂控制半刚性基层疲劳开裂控制11.2813.94910.0043210MfmtNkSAI方程:tfrabLogNf经验公式：(0.002850.293)10dSF10.111tfbLogN南非方程：3.2910.854'110.0004272ftNE道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第14页主要成果二提出注浆材料配合比设计方法并研发新型无机注浆材料配合比设计方法与步骤设计原理主要成果：提出注浆材料配合比设计方法，研发新型注浆材料基于道路路用性能（流动度、凝结时间、抗压强度、析水率）选取原材料组合配合比初步设计三大组合体系P·O42.5、矿物外加剂、膨胀剂、稠化粉设计方法与研发步骤最终配比确定缓凝剂、减水剂、矿物外加剂、膨胀剂、细砂道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第15页外加剂对注浆材料的影响主要成果：提出注浆材料配合比设计方法，研发新型注浆材料缓凝剂试验指标初凝时间、流动度、强度性能+经济成本分析结论宜采用缓凝剂e（NMS）作为注浆材料的缓凝剂，掺量为2‰左右。初凝时间流动度抗压强度道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第16页外加剂对注浆材料的影响矿物外加剂D试验指标流动度、凝结时间、强度性能、工作性（泌水+收缩）结论•采用矿物外加剂D配制快凝早强型基层加固用注浆材料，矿物外加剂D掺量不宜超过10%；•当配制普通型路基和基层加固用注浆材料，矿物外加剂D掺量不宜超过30%。主要成果：提出注浆材料配合比设计方法，研发新型注浆材料流动度凝结时间抗压强度道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第17页外加剂对注浆材料的影响膨胀剂（UEA）试验指标流动度、凝结时间、强度性能、工作性结论•添加膨胀剂能一定程度改善注浆材料的早期收缩性能；•UEA膨胀剂的适宜掺量为5%。主要成果：提出注浆材料配合比设计方法，研发新型注浆材料流动度凝结时间抗压强度道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第18页外加剂对注浆材料的影响减水剂试验指标流动度、凝结时间、强度性能、工作性结论•减水剂C适宜掺量为0.05%—0.1%。主要成果：提出注浆材料配合比设计方法，研发新型注浆材料流动度凝结时间抗压强度道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第19页外加剂对注浆材料的影响细砂试验指标流动度、凝结时间、抗压强度结论•注浆材料中可加入少量细砂，适宜掺量不超过10%；•若对注浆材料有早期强度（施工几小时内）要求，则细砂掺量不宜超过5%。主要成果：提出注浆材料配合比设计方法，研发新型注浆材料流动度凝结时间抗压强度道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第20页新型道路注浆材料配合比确定道路注浆材料配合比主要成果：提出注浆材料配合比设计方法，研发新型注浆材料编号水泥矿物外加剂D,%矿物外加剂C,%减水剂B,%缓凝剂e,‰UEA,%水胶比112051200.4221551250.42道路注浆材料性能编号流动度s凝结时间h:min抗压强度MPa抗折强度MPa初凝终凝1d7d28d1d7d28d117.01:552:1317.230.138.83.25.15.7216.01:331:4828.839.848.34.46.06.4道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第21页新型道路注浆材料道路适用性评价强度性能主要成果：提出注浆材料配合比设计方法，研发新型注浆材料水稳定性能试验编号浆,%土三渣抗压强度MPa备注7d28dA-1151--0.961.01注浆材料土体固结体A-2201--2.133.86A-3301--3.774.70C-22011.342.87地聚合物土体固结体B-113--14.736.01注浆材料三渣固结体C-113--12.023.65地聚合物三渣固结体当浆体材料掺量为20%时，注浆材料土体固结体7d抗压强度比地聚合物土体固结体高出0.79MPa，是其1.58倍当浆体材料掺量为13%时，注浆材料三渣固结体7d、28d抗压强度分别高出地聚合物三渣固结体134%、64.7%。编号5次水循环试验,%质量损失强度损失A-28.61.4C-210.13.2B-12.00.8C-13.81.9经5次干湿循环后，新型注浆材料土体固结体的质量损失与强度损失均低于地聚合物土体固结体抗冻性能编号5次冻融循环试验,%质量损失率强度损失率A-26.00.8C-27.21.2B-16.10.2C-16.80.5经冻融循环后，注浆土体固结体和注浆三渣固结体质量损失率、强度损失率较地聚合物土体固结体和地聚合物三渣固结体低。经济效益分析试验编号原材料配比,%原材料配比,‰成本/元·吨-1水泥矿物外加剂D矿物外加剂C减水剂BUEA膨胀剂缓凝剂e1（路基加固用）12051--27002（基层加固用）1551529913地聚合物注浆材料（市售）1300本次基层加固用注浆材料的成本与路基加固用注浆材料的成本均低于市面出售的地聚合物注浆材料成本价格，材料性能反而较之优秀，具备良好的社会经济效益道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第22页主要成果三提出适用于道路注浆的设计参数计算公式注浆压力计算公式主要成果：提出了适用于道路注浆的设计参数计算公式传统岩土注浆公式[]0.75peCTkH公式问题注浆次序C、竖直方向施工顺序系数新公式提出单独考虑基层层位注浆——单独考虑路基层位注浆——[]12.195peTH[]4.31peTH复合注浆取较小值道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第23页浆液扩散半径计算公式主要成果：提出了适用于道路注浆的设计参数计算公式传统岩土注浆公式公式问题R∝孔隙率n、P取容许注浆压力、复合式注浆渗透系数新公式提出为修正系数，取值范围为120—190，当复合式注浆中基层为主要注浆层位时取低值，路基为主要注浆层位时取高值。3/RKPrTBn/RKPrTnB道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第24页主要成果四设计新型注浆花管并提出配套施工工艺新型花管设计主要成果：设计新型注浆花管并提出配套施工工艺目的花管示意图解决单一进行基层注浆可注性低的现状避免繁琐的提管工序，提高注浆效率与注浆效果YZ33cm8cm沥青面层40cm三渣层15cm碎石层土路基花管注浆道路结构组成90cm端口封闭管壁开孔注浆40cm30cm主要注浆层位为路基，在路基层位的注浆加固采取大范围开孔，由路基顶面以下27cm至67cm的40cm区域内预留喷浆孔，而基层层位的注浆主要考虑三渣基层底部的脱空处治及碎石层的加固道路注浆加固技术研究与应用示范项目组汇报第25页