注漿法在加固路橋過(guò)渡段中的應(yīng)用

胡東波 上海鐵路局阜陽(yáng)工務(wù)段

阜淮鐵路既有線在路橋連接處大多未設(shè)置過(guò)渡段。由于路堤與橋涵剛度差別較大，引起軌道剛度的突變；同時(shí)路堤與橋涵的沉降不一致而導(dǎo)致軌面不平順，引起列車與線路結(jié)構(gòu)的相互作用增加，使橋涵過(guò)渡段更容易產(chǎn)生橋頭跳車、道砟囊等病害，限制了列車的平順、舒適、安全運(yùn)行，影響了線路的穩(wěn)定性，極大地加重了養(yǎng)護(hù)維修工作量，也縮短了上部結(jié)構(gòu)的使用壽命。因此有必要采取相應(yīng)的加固措施，提高臺(tái)背處路基的力學(xué)強(qiáng)度和變形模量，增加抗?jié)B能力。

1 加固方案選擇

加固方法選擇時(shí)既要考慮基床土質(zhì)，又要結(jié)合養(yǎng)護(hù)維修情況，比如天窗時(shí)間等。由于阜淮線行車密度大、天窗時(shí)間短，所以選擇不干擾行車的注漿法作為過(guò)渡段的主要加固方法。

1.1 注漿機(jī)理

注漿法是通過(guò)鉆孔和利用注漿設(shè)備，運(yùn)用液壓、氣壓或電化學(xué)原理，通過(guò)注漿管將漿液分層均勻地注入地層中。漿液以填充、滲透和擠密等方式排出土顆粒間裂隙中的水分和空氣，并占據(jù)土顆粒間的空間，使路基孔隙比減少，強(qiáng)度提高。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間水泥凝結(jié)后，漿液將原來(lái)松散的土顆粒或裂隙膠結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)強(qiáng)度大、防水性能高和化學(xué)穩(wěn)定性好的結(jié)合體，從而達(dá)到加固路基的目的。

注漿的機(jī)理主要有滲入性注漿、劈裂注漿和壓密注漿三種。注漿法加固路橋過(guò)渡段是以滲透注漿為主，利用注漿泵將配制好的水泥漿液，通過(guò)注漿管注入臺(tái)腔填料，漿液在壓力作用下滲入填土的孔隙中，與土粒骨架產(chǎn)生固化反應(yīng)，使臺(tái)背填土的密實(shí)度進(jìn)一步提高，減少填土與橋臺(tái)之間的剛度差，消除因臺(tái)背填土沉降而產(chǎn)生橋頭跳車的現(xiàn)象。水泥漿液除能填補(bǔ)填料的空隙外，還能防止雨水下滲對(duì)臺(tái)背沉降產(chǎn)生的催化作用，如圖1、圖2所示。

圖1 過(guò)渡段注漿加固

圖2 注漿加固示意圖

1.2 施工工藝及參數(shù)

1.2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在既有線上施工，按設(shè)計(jì)好的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及施工程序操作非常重要，必須嚴(yán)格按有關(guān)程序作業(yè)。注漿位置示意如圖3、圖4所示。

圖3 注漿橫縱斷面示意圖

主要技術(shù)參數(shù)如下：

（1）注漿水灰比：0.6:1～1:1

（2）道砟陷槽中吹風(fēng)壓力：≥6kg

（3）注漿壓力：0.05MPa～1.0MPa

（4）注漿位置：陷槽深≤1.0m時(shí)，注漿位置應(yīng)比陷槽底高0.3m左右；陷槽深≥1.0m時(shí)，應(yīng)分兩層注漿，下層比陷槽底高0.3m，上層離陷槽頂0.5m--0.7m左右。

圖4 注漿平面示意圖（cm）

1.2.2 施工工藝確定

施工操作按照放孔定位→鉆眼→吹風(fēng)→下花管→注漿→封孔的標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行。施工操作程序如圖5所示。

圖5 過(guò)渡段注漿工藝流程圖

（1）鉆眼：采用改裝過(guò)的手風(fēng)鉆將厚壁鋼管加工出若干小孔（按壓力要求），以吹風(fēng)和注漿用，鉆眼時(shí)角度要掌握好，以便保證注漿深度和位置。

（2）吹風(fēng)：根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，此步驟很重要。為注漿通道暢通，鋼管鉆到設(shè)計(jì)位置后，應(yīng)用高壓風(fēng)吹風(fēng)，風(fēng)壓應(yīng)≥6kg。

（3）注漿：注漿時(shí)要分兩次注漿。第一次注漿10min-20min，壓力為0.05MPa--0.3MPa，然后停下來(lái)，再用高壓風(fēng)通過(guò)注漿管吹風(fēng)，主要目的為注漿時(shí)有些沒(méi)有注到的底部邊角部分用高壓風(fēng)吹到，以提高注漿質(zhì)量。間隔8h以后，再進(jìn)行二次注漿，注漿壓力為0.3MPa～1.0MPa。此時(shí)注意觀察檢查孔或道砟坡腳處是否以出現(xiàn)漿液，如出現(xiàn)漿液應(yīng)立即停注，注漿距離應(yīng)在1.5m～2.0m間。如果為雙層注漿，則應(yīng)先注下層，再注上層，時(shí)間間隔為水泥初凝后的時(shí)間。

注漿時(shí)注意以下幾點(diǎn)：

①注漿質(zhì)量控制：每次注漿前，都要認(rèn)真測(cè)量貯漿池中粘土原漿的粘度和比重，保證原漿粘度符合要求，原漿粘度不符合要求時(shí)不能注漿。在送漿時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)漿液的過(guò)濾，清除漿液中的砂子、水泥結(jié)石塊等雜物，以保證注漿順利，減少注漿泵的磨損。

②注漿壓力調(diào)整和控制：當(dāng)注漿壓力偏離設(shè)計(jì)壓力值時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整漿液原漿粘度，或調(diào)整注漿速度、漿液配比及結(jié)構(gòu)劑加量，使壓力回到設(shè)計(jì)值。

③觀察注漿泵的工作情況：注漿過(guò)程中，應(yīng)仔細(xì)觀察注漿的工作情況，發(fā)現(xiàn)漿泵工作不正?；虿晃鼭{或管路發(fā)生堵塞時(shí)，要及時(shí)處理，盡快使其恢復(fù)正常。

④掌握好壓水量：在每次注完漿后，都應(yīng)加一定量的清水，以防漿液在管路與注漿泵中凝固。但清水壓入量要適當(dāng)。

（4）恢復(fù)道床：注漿完畢后，要將道床恢復(fù)完整，以保證列車安全運(yùn)行。

2 注漿加固效果檢測(cè)

對(duì)注漿加固前后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分析對(duì)比注漿加固效果，從而評(píng)價(jià)補(bǔ)強(qiáng)效果是否明顯。

下面以阜淮線路橋過(guò)渡段K78+690加固效果進(jìn)行分析。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)原位檢驗(yàn)

2.1.1 輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)

用10kg重錘，以0.5m的落高將相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的圓錐探頭貫入土層，以每30cm錘擊數(shù)為測(cè)定結(jié)果，來(lái)區(qū)分地層及確定其物理力學(xué)指標(biāo)，用于基床填筑情況和承載能力的檢測(cè)。K78+690段基床表層加固前基本承載力平均值約為160kPa，加固后約為172kPa；基床底層基本承載力平均值約為125kPa，加固后約為143kPa。輕型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 K78+690段輕型動(dòng)力觸探結(jié)果

2.1.2 波速測(cè)試試驗(yàn)

在路堤兩側(cè)分別確定振源點(diǎn)和接收點(diǎn)，測(cè)得剪切波在路堤土體中的傳播速度，據(jù)此評(píng)價(jià)路基的力學(xué)狀況。K78+690加固前的剪切波速為188.5m/s，加固后為189.7m/s，剪切波速測(cè)試曲線如圖7。

圖7 K78+690剪切波速測(cè)試曲線

2.2 室內(nèi)土工試驗(yàn)

利用現(xiàn)場(chǎng)取土通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)試土的含水量、液塑限、最優(yōu)含水量、最大干密度、土的比重等物理力學(xué)指標(biāo)，確定土的類別及填料組別，同時(shí)了解加固前后土性參數(shù)的變化。加固前后土性變化如表1所示。

表1 K78+690加固前后室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果匯總

結(jié)果表明：路基填土為粉砂土的，適合注漿加固。注漿以后，密度、比重、壓縮模量、凝聚力都有所提高，孔隙比、壓縮系數(shù)顯著降低，證明土體的物理力學(xué)性質(zhì)得到明顯改善，達(dá)到了土體改性的目的。

2.3 路基沉降長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)

為進(jìn)一步了解注漿效果，對(duì)加固區(qū)段進(jìn)行長(zhǎng)期的路基沉降監(jiān)測(cè)，如圖8所示。路基沉降變形在注漿前后有較大變化，注漿后路基沉降速率明顯降低，每次觀測(cè)沉降值相對(duì)上次大部分有減小趨勢(shì)，且經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后趨于穩(wěn)定，說(shuō)明注漿對(duì)治理路橋過(guò)渡段沉降有一定的效果。

圖8 K78+690觀測(cè)沉降曲線圖

3 結(jié)論及建議

3.1 主要結(jié)論

（1）注漿加固基床對(duì)填料和漿液的可灌性要求較高。通常黏性土、細(xì)粒土只能采用劈裂注漿，即采用高壓力將土層劈裂，導(dǎo)致脈狀注入，使薄弱處得到加強(qiáng)。但對(duì)既有線路基來(lái)說(shuō)，基床施工壓力過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致線路上拱，甚至影響路基邊坡穩(wěn)定；壓力太小，則漿液難以滲透。因此，既有線黏性土、細(xì)粒土基床不宜采用注漿加固，可采用擠密樁或換填法加固，或者考慮換填土質(zhì)較好的填料，而粗粒土、砂性土基床易采用注漿加固。

（2）通過(guò)對(duì)路橋過(guò)渡段的注漿加固處理，承載力得到了明顯的改善，路基結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能明顯得到提高，動(dòng)力學(xué)特征及變化明顯改善。經(jīng)過(guò)一個(gè)汛期后，檢測(cè)結(jié)果表明，注漿加固后的路基沒(méi)有發(fā)生病害，減少了以往需要起道填砟來(lái)維持線路平順性的情況。

（3）利用注漿技術(shù)進(jìn)行整治路橋過(guò)渡段，具有工程造價(jià)低、工期短、對(duì)既有行車干擾小的特點(diǎn)，其加固效果良好。即通過(guò)注漿的方法，能夠提高線路質(zhì)量。

（4）注漿加固既有線路基的最終效果是通過(guò)軌道質(zhì)量的狀態(tài)反映出來(lái)，而軌道質(zhì)量狀態(tài)與路基存在一定的關(guān)系。軌檢資料分析表明，注漿加固以后軌道質(zhì)量狀態(tài)有所提高。

（5）通過(guò)對(duì)加固區(qū)段路基長(zhǎng)期沉降監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析看出，注漿加固以后試驗(yàn)區(qū)段沉降變形速率明顯降低，說(shuō)明注漿加固起到一定的作用。

3.2 建議

在加強(qiáng)監(jiān)控的情況下，加固處理宜根據(jù)路基狀況、結(jié)合工程改造和維修養(yǎng)護(hù)等情況，抓住有利時(shí)機(jī)，有計(jì)劃地逐步進(jìn)行。對(duì)加固效果的檢測(cè)，可采用探地雷達(dá)對(duì)加固前后路基質(zhì)量和基床病害進(jìn)行調(diào)查。另外，需要進(jìn)一步積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合多年來(lái)過(guò)渡段加固技術(shù)的資料，通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，提出既有線路橋過(guò)渡段加固的技術(shù)條件。