注漿治理鐵路高路基沉陷病害效果及提高注漿質(zhì)量的探討

張中坡，陳躍武，李丙奎，唐世杰

(1.北京鐵路局衡水工務(wù)段，河北 衡水053000;2.黑龍江北方有色建設(shè)有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150046)

0 引言

新建筑物地基處理和已有建筑物地基加固是巖土工程主要研究及施工對象。國內(nèi)外已有成熟的工藝方法應(yīng)用在各類不同條件下的工程領(lǐng)域并取得良好工程效果，如復(fù)合地基采用的各類柔性樁、壓(擠)密地基土和水沖密實(shí)地基土等方法均能因地置宜地被采用在不同的地基處理中;在已有建筑物地基沉陷特別是不均勻沉陷引起構(gòu)筑無法正常使用的地基處理中，多采用注漿工法、掏空糾偏工法處理地基不均勻沉陷問題。

鐵路路基沉陷治理相當(dāng)于已有構(gòu)筑物地基不均勻沉陷的治理，其沉降病害處理是在正常通車條件下進(jìn)行的，不允許線路有任何拆修恢復(fù)過程。因此，京九鐵路線高路基沉陷病害處理以靜壓注漿和重力注漿為加固主要工法。

1 工程特點(diǎn)

1.1 路基高，相對沉降量大

京九線經(jīng)由河北平原地段基本是高路基，多數(shù)與該線相交的其它交通道路均下穿該線，較低的路基相對地面高出3～4 m，較高的路基相對地面高出10～12 m。

1.2 原路基填土級配不合理及壓實(shí)度欠佳

路基填土多為粉質(zhì)粘土、粉土，該土質(zhì)在路基填筑過程中未經(jīng)土料合理級配加之控制最優(yōu)含水量上的忽視很難達(dá)到路基壓實(shí)度，導(dǎo)致填筑大體積高路基壓實(shí)度很難達(dá)標(biāo)的后果。除此，該線建設(shè)速度快，對路基壓實(shí)質(zhì)量的控制不嚴(yán)，加劇了后期自然沉降量過大的病害。

1.3 后期維護(hù)中的問題

使用中邊坡維護(hù)與道床排水系統(tǒng)的修復(fù)不完全到位，經(jīng)多年降水沖刷和道床由沉陷積水下滲對土路基軟化沖蝕，道床下土路基形成滲流通道和隱穴洞，表現(xiàn)為局部路基下沉現(xiàn)象，特別是在連續(xù)降雨量較大情況下，因土體軟化和沖蝕局部路基發(fā)生突然垮塌現(xiàn)象。

1.4 構(gòu)筑物兩側(cè)沉陷嚴(yán)重

橋涵兩臺背后20～30 m段表觀路基沉降更大，臺背與護(hù)錐填土相通，護(hù)錐徹體有程度不等的陷坑。這種現(xiàn)象可謂路橋工程通病，其原因是由于結(jié)構(gòu)的影響對臺背后填土壓實(shí)度嚴(yán)重不足，經(jīng)多年降水自然密實(shí)與沖蝕隱存了較多的不規(guī)則孔洞，加劇了沉陷程度。

1.5 施工不能影響行車

處理病害是在正常行車情況下進(jìn)行的，線路上不允許放置任何工程設(shè)備，更不允許中斷行車夯填路基。

1.6 施工交通道路

多地交通道路較為方便，但沿鐵路線路便道通行較為困難。有的路段施工設(shè)備相距注漿段數(shù)百米。

2 注漿工藝及技術(shù)要求

2.1 注漿管結(jié)構(gòu)及植入

注漿管采用風(fēng)鎬振擊法植入，植入傾角為道床面下傾30°，植入位置分別在兩線外路肩并距外側(cè)鐵軌1.8 m處。為施工方便和提高植管效率，將5 m管分為兩段并中間以緊配合管箍聯(lián)接后分兩次振擊植入路基。

2.2 注漿技術(shù)要求

注漿采用靜壓注漿和重力注漿相結(jié)合的方法，注漿管內(nèi)注漿采用靜壓注漿，管口注漿壓力＜0.3 MPa，道渣底層15 cm層厚注漿采用重力注漿。

2.3 水泥漿配制

水∶水泥=1∶1;外加劑主要有減水劑和早強(qiáng)劑，并按其配比量加入。減水劑主要是進(jìn)一步改善漿體流動性和提高其早期強(qiáng)度，早強(qiáng)劑主要是提高其早期強(qiáng)度，但影響其流動性。

2.4 注漿速度及終止注漿參數(shù)

對于靜壓注漿而言，在路基空洞較大情況下，注漿速度為100 L/min，在路基孔隙較小時，注漿速度隨管口壓力確定，原則是保證管口壓力＜0.3 MPa情況下盡量調(diào)高注漿速度，通常注漿速度控制范圍在30～50 L/min;

終止注漿參數(shù)主要有2個:即注漿壓力在0.3 MPa并注漿速率＜5 L/min的情況下續(xù)注15 min左右終止注漿;重力注漿多在道渣底層注漿中采用，該注漿可采用較大注漿速率(可大于100 L/min)，經(jīng)多次注漿后渣底層注漿高度達(dá)到15 cm并初凝后漿液面不再下降為終止注漿標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 補(bǔ)充注漿

每處注漿最少要二次或多次補(bǔ)漿，特別是在橋涵臺背后因注漿量大，一次注漿量過大易引發(fā)路基下沉、護(hù)錐砌體崩裂問題，要求每次注漿面上升高度控制在3 m以內(nèi)，待前次注漿體終凝并具一定初期強(qiáng)度后間歇分次注入，間歇時間＞8 h，氣溫低時應(yīng)＞12 h，普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級PO 42.5。

3 注漿機(jī)具選擇

注漿機(jī)具見表1。

表1 注漿機(jī)具

4 注漿引發(fā)相關(guān)問題的解決及效果

4.1 局部路基上浮

在注漿管緊密聯(lián)接輸漿管后并調(diào)整注漿泵轉(zhuǎn)速和管口卸壓閥使注漿壓力＜0.3 MPa情況下，極個別注漿地段路基出現(xiàn)上浮3～4 cm情況。遇此情況解決辦法是:(1)停止繼續(xù)注漿;(2)人工找平道渣;(3)適當(dāng)降低管口壓力并間歇注漿至終止注漿標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 壓力達(dá)0.3 MPa時注漿量仍很小

可采用清水引注的方法，一般引注清水量＜50 L，并及時跟注水泥漿;在此情況下對水泥漿的處理除合理加入減水劑外適當(dāng)加大水灰比改善其流動度并延長注漿時間使其達(dá)到注漿終止標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 路基坡面漏漿和錐體砌石縫漏漿

此種情況非常普遍，解決的辦法是:(1)人工封堵并壓重漏漿孔洞;(2)砌縫漏漿采用隋性材料加水玻璃水泥漿液人工封堵;(3)在大面積砌縫漏漿嚴(yán)重的情況下，采用水泥干粉加水泥漿噴錨加固砌石面層并待其強(qiáng)度達(dá)3～5 MPa后注漿。

4.4 注漿管間竄漿

注漿管在相距1 m注漿時相互竄漿現(xiàn)象很平常，解決的辦法是分別用木塞加袋皮逐個封堵竄漿管口，并采用間歇注漿以滿足注漿終止條件。

4.5 管壁外竄漿

此種情況較少見，解決的辦法主要是采取間歇注，漿使管壁竄漿漿體終凝后提高管壁與土體封堵壓力后分多次注入漿量以達(dá)到終止注漿條件。

4.6 護(hù)錐砌體鼓脹崩開

在高護(hù)錐石砌錐體的臺背后和錐頂注漿，由于多年砌縫漿體因塌陷破壞或漿砌強(qiáng)度低，注入水泥漿體各向壓力隨漿面升高而加大導(dǎo)致砌體崩裂破壞，遇此情況必須立即停注，修復(fù)崩口并待其強(qiáng)度提高后采用間歇注漿法注入漿體，并要控制每次注漿液面升高≯3 m。

4.7 注漿加固效果

(1)就橋臺涵洞兩側(cè)而言，注漿過程中吸漿量均較大，高路基一座橋(臺背及護(hù)錐)均注入水泥100 t(水灰比為1的漿液體積為66.67 m3)左右，更多的達(dá)150 t水泥(水灰比為1的漿液體積為100 m3)，從注漿序次上是由下而上漿液竄出路堤縫隙不斷升高的現(xiàn)象看，說明經(jīng)注漿后橋涵兩側(cè)隱藏的孔洞充滿了水泥漿，效果很好。

(2)在塌陷較嚴(yán)重的路基注漿，經(jīng)注漿管靜壓注漿后壓漿量也比較大，個別漿管單管壓漿量達(dá)10 t，平均可達(dá)1.5 t/根左右，除漿管內(nèi)靜壓注漿外，道渣底層重力注漿吸漿量也較大，說明這些路段所注漿量基本上對已有路基土中的孔洞充填飽和，并對路基土有一定的擠密加固效果。

(3)對于沉陷不太明顯的粉土路基注漿，在限定的管口壓力下注入漿液較少，個別路段注入很少，采用加大水灰比、加入減水劑改善漿液流動性的辦法能夠增加一定的注漿量，但也不太理想，這些路段在道渣底層的重力注漿量也不大，可以說在這些路段注漿效果不太好。

5 尚待改進(jìn)注漿工藝的探討

5.1 注漿管結(jié)構(gòu)與植入的角度、位置

原注漿管設(shè)計導(dǎo)漿眼分布在管底2 m段鉆眼，從實(shí)際注漿看，靜壓注漿過程中由管壁與土體處竄漿現(xiàn)象極少，為增加漿液與被加固土體有效接觸，應(yīng)增加鉆眼段長度為2.5～3.0 m，這樣方能使注入漿液相遇路基軟弱層概率進(jìn)一步增大，從而增加單位延米注漿量。

注漿管的植入角度直接影響管底深入路基土的垂直深度和橫穿路基土的跨距，原植入角度(傾角30°)漿管可深入路基土2.5 m，橫穿跨距4.33 m，對于常態(tài)道床頂向下3 m范圍空間注漿影響最大，此設(shè)計是合理的，但路肩以下土體注漿影響很小。從單根注漿管注漿影響半徑可達(dá)2～3 m考慮，可嘗試間隔法改變注漿管植入角度，可采用3 m長管60°傾角間隔植入，使注漿影響空間分布向路基外側(cè)擴(kuò)展。

從植入注漿管位置看，原植入位置管內(nèi)靜壓注漿對于路基外側(cè)邊坡土體影響很小，而邊坡多為降水沖蝕影響較重位置，可在護(hù)網(wǎng)兩側(cè)確定植管位置并向線路方向傾角60°植管，管長3 m即可;個別路段特別是在注漿量較小的路段植管位置應(yīng)靈活，要通過分析地表沉陷現(xiàn)象找準(zhǔn)路基內(nèi)孔洞可能隱藏的空間位置，將漿管的導(dǎo)漿眼管段植入注漿靶區(qū)。

5.2 影響注漿量的主要工藝因素

5.2.1 壓力因素

在不同地質(zhì)條件和注漿參數(shù)下，漿體在被注土體形成的漿石體是不一致的，按其漿體在土體中分散形成結(jié)構(gòu)可分為:充填式注漿、劈裂式注漿、擠密式注漿。3種注漿除與被注土體顆粒組成、結(jié)構(gòu)有關(guān)外，注漿壓力的提升促使注漿形式由充填式向擠密式過渡，即在小壓力下以充填式注漿為主，大壓力下以擠密式注漿為主。在被注土體為細(xì)粒粘性土或粉土的情況下或在土體縫隙＜0.2 mm的情況下，充填式注漿效果很差，要提高注漿量，須加大注漿壓力。

就京九線注漿而言，壓力提高會導(dǎo)致路基上浮影響行車，解決的辦法只能是加強(qiáng)對路基的監(jiān)護(hù)觀測并及時調(diào)整上浮差值，在此條件下適當(dāng)提高管口注漿壓力至0.6 MPa，以實(shí)現(xiàn)粉土路基注漿較理想效果。

5.2.2 流動度因素

在給定管口注漿壓力情況下，漿體的流動度越大，漿體穩(wěn)定性越高，注入漿量就越多。從提高水泥漿流動度考慮，在漿體材料確定的條件下加大水灰比是經(jīng)濟(jì)有效的主要手段，除此之外是合理加入減水劑、塑化劑(亞硫酸紙漿液，堿性造紙液)，能提高水泥漿流動度和穩(wěn)定性。流動度越大，其結(jié)石體凝固時間越長且強(qiáng)度越低，但對于路基土體加固而言無大影響。因此在注漿量很小的粉土地基中注漿對漿體的處理除合理加入減水劑、塑化劑外，應(yīng)適當(dāng)增大水灰比至1.5左右，并采用清水引漿和多級水灰比工法進(jìn)行注漿，以提高粉土質(zhì)路基注漿質(zhì)量。

5.2.3 注漿材料的選配

就目前國內(nèi)生產(chǎn)水泥材料而言，細(xì)度是影響水泥漿流動度的主要因素，水泥標(biāo)號越高細(xì)度越細(xì)。已選擇質(zhì)量合格的PO 42.5的普通硅酸鹽水泥能夠滿足路基注漿，要求水泥新鮮無結(jié)石。另外水泥的安定性是影響其漿體穩(wěn)定和有無氣孔的主要因素，除專用膨脹水泥凝固中有漿體膨脹特性外，一般普通硅酸鹽水泥在凝結(jié)和硬化過程中漿體均呈微縮現(xiàn)象，但在漿量體積大、水化熱量較大時會產(chǎn)生熱開裂現(xiàn)象和包圍土體受熱產(chǎn)生膨脹，嚴(yán)重時導(dǎo)致路基上浮，因此在氣溫高、大體積注漿時要采用間歇注漿并適當(dāng)加入緩凝劑。

為提高水泥漿體的安定性和塑性，可在漿體中加入10%～20%粘土，使水泥漿體具有一定的蝕變性，并可降低漿體泌水率，降低水泥結(jié)石微孔隙透水性，但其結(jié)石體強(qiáng)度有所降低，但對于路基加固工程效果不存在任何問題。

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