應(yīng)用注漿技術(shù)整治粉土路基病害的實踐

劉宗明

(鄭州鐵路局 鄭州橋工段，鄭州 450000)

應(yīng)用注漿技術(shù)整治粉土路基病害的實踐

劉宗明

(鄭州鐵路局 鄭州橋工段，鄭州 450000)

對粉土路基病害情況以及產(chǎn)生的機理進行了分析，通過廢棄路基注漿試驗以及在既有運營線的試驗性施工，提出了粉土路基注漿的工藝和方法;達到了整治粉土路基病害的效果。

鐵路 既有線 路基 粉土 注漿

1 情況介紹

注漿法是指利用液壓、氣壓或電化學原理，通過注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿液以充填，滲透和擠密等方式趕走土顆粒間的水分和空氣后占據(jù)其位置，經(jīng)人工控制一定時間后，漿液將原來松散的土料或裂隙膠結(jié)成一個整體，形成一個結(jié)構(gòu)新、強度大、防水性能高和化學元素穩(wěn)定性好的“結(jié)石體”。

鉆孔注漿加固路基，特別是在場地狹窄、地形條件復雜的情況下，運用輕便的施工機械，可以起到施工方便、快速、經(jīng)濟節(jié)約的效果。在對運營中的京九鐵路鄭州橋工段管內(nèi)粉土路基病害整治時，采用注漿技術(shù)，通過試驗性施工、廢棄路基開挖試驗等措施，適當調(diào)整了注漿參數(shù)，取得了較好的效果，為今后路基病害整治提供了經(jīng)驗。

2 工程概況

鄭州橋工段管轄的京九線北起 K650+273，南至K718+300，全長136.054 km，大部分是粉土為填料的路基，由于該種土松散、無黏聚力，遇水易流失且承載力下降嚴重，含水量高時容易造成液化。再持續(xù)降水的情況下，雨水通過道床滲入路基，因既有線路基床表面凹凸不平和道砟陷槽，雨水在基床中形成水囊，在水的滲透和列車的振動荷載的持續(xù)作用下，路堤中的水囊不斷增大。到一定程度，水囊從路堤側(cè)面穿透形成粉土路基特有的“腰漏”病害，“腰漏”易造成道砟的陷落;在多個水囊連續(xù)的情況下就會造成整個線路路堤的倒塌，對鐵路安全運輸以至旅客生命造成極大的威脅。該種病害一旦發(fā)生，其影響范圍廣，處置難度大，成本費用高。

2000年到2004年間，我段京九線管內(nèi)累計發(fā)生水害約269處，其中邊坡溜坍、危及行車安全135處約47 km，線路下沉134處約20.8 km;正線因水害封鎖累計約47 h 10 min。

3 注漿方案設(shè)計

鐵道部在2005年對京九線路基病害進行專項整治。

在大面積施工前，為了不影響行車，選取一段既有運營線路路基和一段廢舊路基作為試驗段進行粉土路基注漿加固的工藝、方法和設(shè)計參數(shù)試驗。在注漿試驗中，研究在不中斷行車條件下機械成孔灌漿成套施工方法，通過試驗最終形成針對粉土路基的有效的注漿工藝，獲得注漿孔布置、孔深、漿液配備、注漿壓力、流量等重要技術(shù)參數(shù)，形成完整、經(jīng)濟、有效的整治方案。在廢舊路基上的注漿試驗，可以通過開挖檢測注漿質(zhì)量。在既有運營線上，檢測加固前后線路狀態(tài)的變化，評判加固的實際效果;觀測加固路堤的穩(wěn)定性及其動態(tài)變化，評判加固方法的長期效果。

開挖試驗選擇隴海線廢舊路基，位于新改線的隴海線K528+000的西側(cè)，靠近新改線路基，該段路基為粉土路基，路基高度為5～6 m，選擇其中20 m做為試驗路基。

既有運營線路注漿試驗，選擇京九線某站六股，該處道床中心存在道砟囊，有翻漿冒泥、下沉等病害。

1)注漿孔布置:一般來說，路基填方高度越高，所需的注漿孔數(shù)越多;注漿孔數(shù)越多，路基的加固效果越好，注漿孔的間距跟漿液擴散半徑有關(guān)。在開挖試驗中，分別按 1.1 m、1.3 m、1.5 m布設(shè)注漿孔，在 0.5 MPa壓力下，均出現(xiàn)漿液滲透搭接效果，因此建議注漿孔的設(shè)計間距以1.5 m為宜。

2)注漿材料及其性能參數(shù):試驗中共采用兩種注漿材料，分別為水泥—粉煤灰、水泥—水玻璃，分別對試驗段注漿，擇優(yōu)選用。其中水泥采用強度等級為32.5的普通水泥，對水泥 +粉煤灰漿液，其質(zhì)量比為水泥∶粉煤灰 =1∶4、水灰比為 0.9∶1 ～1.2∶1，在對結(jié)石體強度影響不大的情況下，增加粉煤灰用量可以有效降低工程造價。在低路基且砟囊較大的路段采用小的水灰比，在高路基且砟囊裂隙小的路段采用較大的水灰比。

對水泥—水玻璃漿液，一般情況下水泥漿:水玻璃=1∶1～1∶0.5(體積比)。在水泥漿中摻入水玻璃可以加快凝固速度，原來主要用于堵漏等工程中;采用單液注漿泵時容易造成管路的堵塞，必須采用雙液注漿泵;另外，此配方造價較高，約為水泥—粉煤灰配方造價的2～3倍。

3)注漿順序:先對離道砟線最遠的外側(cè)豎直注漿孔進行注漿，這樣做的目的是首先形成一個注漿區(qū)域，以免在后續(xù)注漿時，漿液向注漿區(qū)域外滲漏，造成不必要的浪費。其次對離道砟線最近、離路基頂面距離最小的注漿孔進行注漿，因為這排注漿孔對路基頂面是否被頂起有著重要的作用，這排孔注漿完之后限制了后續(xù)的漿液在這排孔與路基頂面區(qū)域內(nèi)的滲流，能有效防止后續(xù)注漿對路基頂面的頂起作用。接下來按照橫斷面圖上注漿孔由上到下的順序進行注漿。

4)注漿壓力:注漿壓力是影響擴散半徑及注漿效果的的主要參數(shù)。采用較大的注漿壓力可以增加漿液的擴散能力，從而減少鉆孔數(shù)量，還能使一些微細孔隙張開提高可注性，擠出多余水分，增加加固效果。在既有運營鐵路路基注漿，當注漿壓力超過被注地層上部強度時，造成路基頂面土被頂起，鋼軌變形，影響安全行車。因此，需要采取由上而下分層注漿，待上層注漿結(jié)石體凝固后二次注漿等措施。

由文獻[3]可知，當注漿孔上部土體開始破壞時，有

P0≥ 2γH+St

式中，P0為注漿孔內(nèi)的注漿壓力，γ為土體重度，H為注漿孔軸線埋深，St為土的抗拉強度。粉土的抗拉強度近似為零，由上式可知，當壓力達到P0后，漿液進入劈裂流動階段，壓力降低，裂縫發(fā)展到一定階段后，壓力重新上升，進入被動土壓力階段，最大容許壓力為

Pmax=γgH+St

可以根據(jù)這個公式來確定調(diào)整注漿壓力，在廢棄路基段注漿試驗中，計算出的注漿壓力值基本和計算值吻合。

但對壓力的控制必須引起高度的重視，2009年4月15號，某段在隴海線注漿時就造成路基拱起，軌道幾何尺寸嚴重不良，動檢車檢查出7個四級、3個三級偏差。壓力過大容易造成線路變形，這也給施工人員造成了一定程度的心理壓力，在施工中刻意降低注漿壓力，甚至有些施工隊伍弄虛作假。

4 整治效果

2005年京九線開封工務(wù)段對管內(nèi)的42座橋頭進行了注漿加固實踐，取得了很好的效果，橋頭路基下沉基本得到治理，汛期沒有發(fā)生水害，基床排水良好，減少了維修工作量。通過對注漿前后土體的干密度進行分析表明，土體注漿后干重度有較大幅度的增加，由注漿前的平均16.28 kN/m3增加到平均18.04 kN/m3，注漿后強度增加的一個重要原因是充填材料的密度增加。注漿前后，土體的孔隙比由0.65左右下降到0.45左右。路基壓縮模量由12～14 MPa，上升到20～40 MPa。路基回彈模量由60～80 MPa，上升到80～120 MPa。

路基注漿加固的效果主要由兩個方面決定的，一方面在土中注漿，一部分漿塊附著在被加固體上，加強了被加固體與土體的相互作用，這一作用能顯著提高被加固體的承載能力(如糖葫蘆狀漿塊);另一方面，注入土中的大量漿液形成與被加固體聯(lián)系松散的漿塊(如板狀漿塊)，加固了被加固體周圍的土體，并改變了土中應(yīng)力的傳遞方式，這一作用對提高被加固體承載力效果相對不明顯。

5 結(jié)論

實踐表明，注漿可在不影響行車的條件下進行施工。通過注漿，使路基中道砟陷槽中的道砟、土壤和水泥漿結(jié)合凝固，形成封閉的基床面及光滑的路基表面，有效恢復路基的排水功能，使道砟陷槽注漿后不再遭雨水沖刷擴大，陷槽不會擴展，道床內(nèi)的水可從基床排出，從根本上提高了路基的穩(wěn)定性和線路的質(zhì)量。

[1]劉正峰.地基與基礎(chǔ)工程新技術(shù)[M].北京.海潮出版社，2000.

[2]李景安.注漿處理鐵路高路基下沉和溜坍施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2008(2):83-85.

[3]王哲等.劈裂注漿法在運營鐵路軟土地基處理中的應(yīng)用[J].巖石力學與工程學報，2005(5):1621.

[4]祁健政等.巖土注漿理論與工程實例[M].北京.科學出版社，2001.

[5]危鳳海，郭建芳.注漿法在加固既有路橋過渡段中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2008(11):62-65.

U213.1+5

B

1003-1995(2010)04-0079-02

2009-09-18;

2010-02-25

劉宗明(1972— )，男，河南柘城人，工程師。

(責任審編 王天威)