CN112663468A - 一种冻土路基非开挖修复方法 - Google Patents

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李松涛
李巍
曹翔
刘恺亮
朱永超
赵亮
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Abstract

本发明公开了一种冻土路基非开挖修复方法，其过程为：先检测并确定路基内部脱空区域，然后在所述脱空区域分别钻取注浆孔和冷却液加注孔，接着通过注浆孔向脱空区域内注入高聚物浆液，完成填充作业，并通过冷却液加注孔将冷却液注入到高聚物填充扩散区域下边界，以对高聚物聚合反应放热进行冷却，最后封孔。本发明的有益效果：能够实现对冻土路基脱空病害的无损识别，施工周期短，对路面破坏小，对路基应力状态和热扰动影响小，有利于维持冻土路基在整个施工过程中的稳定性，具有广泛适用性。

Description

一种冻土路基非开挖修复方法
技术领域
本发明属于道路修复技术领域，具体涉及一种冻土路基非开挖修复方法。
背景技术
冻土路基是指在多年冻土地区或季冻区修建的道路路基。由于土是三相结构，包括土颗粒、孔隙和水，冻土路基中的水分受低温的影响，被冻结形成冰晶结构，但水由液态变为固态时，发生了体积膨胀，使得冻土路基内部应力状态发生改变，随着车辆荷载的逐渐累积，加之季节温差的变化，导致路基内部结构出现了松散现象。在雨水的渗流作用下，土颗粒之间的松散程度逐渐增加，最终形成了脱空病害，严重影响了道路交通行车安全。为了保证冻土路基的安全运营，急需研发一种快速填充修复冻土路基脱空病害的处治方法。
目前，针对路基脱空病害的处治方法主要有开挖换填和水泥注浆两种方式。开挖换填对冻土路基的扰动性较大，会破坏路基原有的冰晶结构，形成新的病害；水泥注浆不具有膨胀型，需要注入的水泥混凝土量大，且运输过程中受温度的影响，水泥混凝土浆液的和易性难以保证，且水泥混凝土成型需要一定的时间，施工周期太长，不能快速恢复交通。专利文献CN111441227A公开了一种诱导缝切割装置及既有冻土路基公路防治冻胀融沉的方法，包括钻孔、切割诱导缝和注浆三个步骤，在注浆压力作用下高聚物浆液沿着诱导缝扩散，之后在膨胀压力的作用下浆液横向劈裂土体继续扩张，形成横向层状保护层，该高聚物层具有良好热阻性能。然而，该施工过程需要切割诱导缝，并且注浆时浆液横向劈裂土体，施工过程仍然较繁琐，并且可能导致既有路基应力状态改变而失去稳定性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种冻土路基非开挖修复方法。
其技术方案如下：
一种冻土路基非开挖修复方法，其关键在于包括以下步骤，
步骤一、检测并确定路基内部脱空区域；
步骤二、在所述脱空区域分别钻取注浆孔和冷却液加注孔；
步骤三、通过所述注浆孔向所述脱空区域内注入高聚物浆液，完成填充作业；
步骤四、通过所述冷却液加注孔将冷却液注入到高聚物填充扩散区域下边界，以对高聚物聚合反应放热进行冷却；
步骤五、封孔，清理路基施工现场垃圾。
采用以上方法，其优点在于通过无损检测的方式确定脱空区域，然后注浆填充，同时加注冷却液迅速带走高聚物浆液的热量，避免对冻土路基的扰动，避免大规模开挖，施工量小，方便快捷。
作为优选技术方案，上述步骤一具体过程为，采用三维探地雷达检测设备沿道路行进方向进行电磁无损扫描，分析雷达图谱特征，获取所述路基内部脱空区域发育程度。
采用以上方法，方便确定脱空区域。
作为优选技术方案，上述电磁无损扫描布满所述路基的脱空区域。
采用以上方法，确保获得完整的脱空区域信息。
作为优选技术方案，上述步骤一中，进行电磁无损扫描后，采用落锤式弯沉仪沿所述脱空区域中心线进行动态弯沉检测，获取所述路基的所述脱空区域结构性能指标。
采用以上方法，进一步确定脱空区域的具体结构性能指标。
作为优选技术方案，上述步骤二中，钻取所述注浆孔时，钻至所述脱空区域内部，距离下边界2cm。
采用以上方法，确保注浆时浆液填充满脱空区域内部。
作为优选技术方案，上述步骤二中，钻取所述冷却液加注孔时，所述冷却液加注孔深度比所述注浆孔深度多8cm；
若所述注浆孔深度未超过水稳碎石基层，所述冷却液加注孔钻至水稳碎石基层下部。
采用以上方法，确保聚合物浆液聚合放热的潜在热影响区被充分冷却，避免对冻土路基的热扰动。
作为优选技术方案，上述步骤二中，所述注浆孔呈梅花形分布，一组呈梅花形分布的所述注浆孔中心钻取有所述冷却液加注孔。
采用以上方法，注浆孔的分布方式便于注入的聚合物浆液填充满脱空区域，中心设置冷却液加注孔，使加入的冷却液对周围的聚合物浆液进行充分冷却，同时冷却液加注孔的数量最少，分布紧凑。
作为优选技术方案，上述冷却液为液氮或液态干冰。
采用以上方法，是由于液氮和液态干冰廉价易得，温度低，挥发速度快，对环境无污染。
与现有技术相比，本发明的有益效果：能够实现对冻土路基脱空病害的无损识别，施工周期短，对路面破坏小，对路基应力状态和热扰动影响小，有利于维持冻土路基在整个施工过程中的稳定性，具有广泛适用性。
附图说明
图1为雷达扫描方向示意图；
图2为脱空区域示意图；
图3为注浆孔和冷却液加注孔布设平面图；
图4为注浆孔和冷却液加注孔布设立面图；
图5为高聚物填充示意图；
图6为冻土路基非开挖修复效果示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
一种冻土路基非开挖修复方法，按以下步骤进行：
步骤一、检测并确定路基1内部脱空区域2：如图1和2所示，采用三维探地雷达检测设备沿道路行进方向进行电磁无损扫描，分析雷达图谱特征，获取冻土路基内部脱空区域2发育程度，电磁无损扫描应全面覆盖路基1的脱空区域2。然后，采用落锤式弯沉仪沿所述脱空区域2中心线进行动态弯沉检测，对脱空区域2进行三级加载测试，通过弯沉盆几何形状及弯沉值大小获取路基1的所述脱空区域2结构性能指标。根据检测结果对脱空病害发育程度进行综合分析，然后进行步骤二的开孔作业。雷达判断脱空程度的简要过程为，根据反射信号的强弱进行判断脱空发育程度以及范围：首先确定三维探地雷达反射信号强的区域，通过弯沉检测，获得道路结构层的弯沉值，评价承载能力，一般弯沉超过200微米，再结合雷达反射信号，判断为脱空。
步骤二、在所述脱空区域2分别钻取注浆孔3和冷却液加注孔4；
注浆孔3呈梅花形分布，一组呈梅花形分布的注浆孔3中心钻取冷却液加注孔4；
如图3和4所示，钻取所述注浆孔3时，钻至所述脱空区域2内部，距离下边界2cm；
钻取所述冷却液加注孔4时，冷却液加注孔4深度比注浆孔3深度多8cm；若注浆孔3深度未超过水稳碎石基层，冷却液加注孔4钻至水稳碎石基层下部。一般认为上述范围基本覆盖高聚物填充扩散区域，这样，可以确保冷却液注入冷却液加注孔4后，对高聚物浆液的热影响区都能迅速冷却。
步骤三、如图5所示，采用高压注浆枪通过所述注浆孔3向所述脱空区域2内注入高聚物浆液，快速完成填充作业，然后立即进行步骤四。高聚物为聚氨酯类高聚物材料。
步骤四、如图6所示，采用注射器将液氮通过冷却液加注孔4注入到高聚物填充扩散区域下边界，以对高聚物聚合反应放热进行冷却，防止热量向脱空区域2周围路基传递。液氮加注量为每孔200g，保压15min后封孔。除液氮外，还可以使用液态干冰等低温易挥发液体。
步骤五、待高聚物反应完全后，采用沥青对所有注浆孔3和冷却液加注孔4封孔，清理路基施工现场垃圾。
本发明综合采用三维探地雷达和重锤式弯沉仪检测设备，实现了对冻土路基脱空病害的无损识别；采用的液氮有效的降低了聚氨酯类高聚物注浆材料在发生聚合反应时产生的大量热对冻土路基的热扰动。较现有方法，本发明的修复方法施工周期短，对路基应力状态和热扰动影响小，有利于维持冻土路基的稳定性，该修复方法具有广泛适用性。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种冻土路基非开挖修复方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、检测并确定路基(1)内部脱空区域(2)；
步骤二、在所述脱空区域(2)分别钻取注浆孔(3)和冷却液加注孔(4)；
步骤三、通过所述注浆孔(3)向所述脱空区域(2)内注入高聚物浆液，完成填充作业；
步骤四、通过所述冷却液加注孔(4)将冷却液注入到高聚物填充扩散区域下边界，以对高聚物聚合反应放热进行冷却；
步骤五、封孔，清理路基施工现场垃圾。
2.根据权利要求1所述的一种冻土路基非开挖修复方法，其特征在于：所述步骤一具体过程为，采用三维探地雷达检测设备沿道路行进方向进行电磁无损扫描，分析雷达图谱特征，获取所述路基(1)内部脱空区域(2)发育程度。
3.根据权利要求2所述的一种冻土路基非开挖修复方法，其特征在于：所述电磁无损扫描布满所述路基(1)的脱空区域(2)。
4.根据权利要求2所述的一种冻土路基非开挖修复方法，其特征在于：所述步骤一中，进行电磁无损扫描后，采用落锤式弯沉仪沿所述脱空区域(2)中心线进行动态弯沉检测，获取所述路基(1)的所述脱空区域(2)结构性能指标。
5.根据权利要求1所述的一种冻土路基非开挖修复方法，其特征在于：所述步骤二中，钻取所述注浆孔(3)时，钻至所述脱空区域(2)内部，距离下边界2cm。
6.根据权利要求1所述的一种冻土路基非开挖修复方法，其特征在于：所述步骤二中，钻取所述冷却液加注孔(4)时，所述冷却液加注孔(4)深度比所述注浆孔(3)深度多8cm；
若所述注浆孔(3)深度未超过水稳碎石基层，所述冷却液加注孔(4)钻至水稳碎石基层下部。
7.根据权利要求1所述的一种冻土路基非开挖修复方法，其特征在于：所述步骤二中，所述注浆孔(3)呈梅花形分布，一组呈梅花形分布的所述注浆孔(3)中心钻取有所述冷却液加注孔(4)。
8.根据权利要求1所述的一种冻土路基非开挖修复方法，其特征在于：所述冷却液为液氮或液态干冰。
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