■周前忠 ■上海鐵路局阜陽(yáng)工務(wù)段,安徽 淮南 232089
阜淮鐵路線因粉砂土地段較多,造成部分地段不均勻沉降,導(dǎo)致軌面不平順,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)的加固措施提高粉砂土地段路基的力學(xué)強(qiáng)度和變形模量,并增加抗?jié)B能力。
加固工法選擇既要考慮基床土質(zhì),又要結(jié)合“維修天窗”資源。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路基加固的主要工法。
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。注漿法加固路基是以滲透注漿為主,利用注漿泵將配制好的水泥漿液,通過(guò)注漿管注入路基本體,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),提高路基本土的密實(shí)度,消除不均勻沉降而產(chǎn)生軌道結(jié)構(gòu)變形。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)路基土體沉降產(chǎn)生的催化作用。
1.2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
路基注漿加固采用鐵路限速施工,貨物列車限速80km/h,旅客列車限速100km/h,線路中心2m范圍及兩線間的注漿利用V型天窗點(diǎn)作業(yè)。
主要技術(shù)參數(shù)如下:(1)注漿水灰比:水灰比為0.8∶1~0.5∶1;(2)注漿壓力:0.1-0.6MPa;(3)注漿位置:注漿孔設(shè)置為單側(cè)3排,分別為道床坡腳、路肩外側(cè)、路基邊坡,兩線間設(shè)置兩排,注漿孔均呈梅花型布置,縱向間距為1米,橫向間距為2米,道床坡腳注漿孔與路基面呈300度角。路肩外側(cè)注漿孔與路基面呈60度角;路基邊坡及兩線間注漿孔均為直孔。
1.2.2 施工工藝
施工操作按照設(shè)置孔位→試機(jī)→震桿→洗孔→注漿→提管→拔管→封口。
⑴震桿:用平板振動(dòng)機(jī)振入注漿管,打入后反提30cm左右;如遇阻力過(guò)大(石塊或砼),應(yīng)間隔一定距離換位重打。
⑵洗孔:用注漿機(jī)把水壓入注漿鋼管內(nèi),以檢查管道是否通暢。
⑶注漿:注漿材料為強(qiáng)度等級(jí)R32.5號(hào)以上的普通硅酸鹽水泥,開(kāi)始時(shí)灰漿要稀一點(diǎn),水灰比為0.8∶1,后逐步增加為0.5∶1;水玻璃400Be'用量為水泥重量的2.6%;漿液應(yīng)充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠼?jīng)過(guò)濾方可使用,注漿壓力為0.1-0.6MPa,應(yīng)保證穩(wěn)定不得中途停注;若因故停泵,則需重新插管補(bǔ)充注漿。在注漿過(guò)程中,應(yīng)時(shí)刻注意線路軌道狀態(tài)是否變化、路基道床邊坡是否出現(xiàn)冒漿、是否把水泥漿壓入排水系統(tǒng)管道內(nèi),一旦出現(xiàn)以上任一種現(xiàn)象,應(yīng)馬上停止注漿,更換孔位。
⑷提管:注漿中要均勻提升注漿管,上提一段后再注漿;由深處向上提管,逐段注漿,每段間隔1米直至地表。
⑸拔管:當(dāng)出現(xiàn)漿液從孔口或其他地方冒出、單孔注漿量過(guò)大、注漿壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)應(yīng)立即停止注漿。
⑹封口:為防止串孔,對(duì)已注完漿的孔應(yīng)采用水玻璃進(jìn)行封堵。
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K72+200~400處加固效果進(jìn)行分析。
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)。K72+200~400處基床表層加固前基本承載力平均值約為162kPa,加固后約為175kPa,基床底層基本承載力平均值約為120kPa,加固后約為145kPa。
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 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,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。
為進(jìn)一步了解注漿效果,對(duì)加固區(qū)段進(jìn)行長(zhǎng)期路基沉降監(jiān)測(cè),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)治理路基沉降有明顯的效果。
⑴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。
⑵通過(guò)對(duì)路基的注漿加固處理,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。
⑶利用注漿技術(shù)進(jìn)行整治路基沉降,具有工程造價(jià)低、工期短、對(duì)既有線行車干擾小的特點(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。
⑷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。
⑸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并逐步趨于穩(wěn)定,說(shuō)明注漿加固起到良好效果。