試論高壓旋噴樁在鐵路路基病害整治中的應(yīng)用

鄭治國(guó)

(山東職業(yè)學(xué)院，山東濟(jì)南 250104)

鐵路路基是為了滿足鐵路軌道鋪設(shè)和運(yùn)營(yíng)條件而修筑的長(zhǎng)條形土工建筑物，由于沿線地形地質(zhì)、水文氣候等自然條件的差異，土石材料類型不同、填充不均勻，線路、橋梁、隧道不同剛度相連接，修建技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差異，或者受施工條件的限制，導(dǎo)致路基強(qiáng)度不足，再加上近年來(lái)鐵路重載的發(fā)展和不斷提速，致使既有線產(chǎn)生各種各樣的路基病害，已有病害不斷發(fā)展變化，造成基面不均勻下沉，導(dǎo)致線路不平順，嚴(yán)重影響行車速度、行車安全和經(jīng)濟(jì)效益。如何在盡可能短的時(shí)間內(nèi)經(jīng)濟(jì)高效地進(jìn)行路基病害的預(yù)防和整治，是擺在鐵路工務(wù)部門面前的一項(xiàng)重點(diǎn)工作。不足，在軌道靜荷載與列車荷載的動(dòng)荷載的長(zhǎng)期作用下，產(chǎn)生微小變形，自然的形成道砟陷槽，道砟陷槽的存在又使得水被大量存積，致使路基強(qiáng)度進(jìn)一步下降，病害進(jìn)一步發(fā)育，病害形式也由單一變得多元。高速鐵路病害主要有路基混凝土開裂上拱，高鐵基床翻漿冒泥，泥漿從支撐層和道床板之間的縫隙噴出，影響軌道的平順性，影響列車安全、高速運(yùn)行。究其原因，也主要是因?yàn)槁坊鶑?qiáng)度不足，地下水嚴(yán)重發(fā)育并且不能及時(shí)排除，在高速列車動(dòng)荷載的作用下，路基產(chǎn)生不均勻沉降和變形，從而使混凝土支撐層開裂，導(dǎo)致泥漿從裂隙中冒出。

1 鐵路路基病害的基本類型及其成因分析

因?yàn)殍F路路基受靜荷載及列車動(dòng)荷載和水文氣候影響較大，所以鐵路路基基床很容易產(chǎn)生各種永久變形，普通鐵路根據(jù)基床病害的發(fā)生機(jī)理和表現(xiàn)特征，大致可以分為翻漿冒泥、基面下沉、邊坡鼓坍和剪切外擠。鐵路因?yàn)樾藿甏煌?，修建技術(shù)不同，修建技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同，再加上我們國(guó)家幅員遼闊，地質(zhì)情況迥異，土質(zhì)復(fù)雜多樣，列車軸重荷載不同，曲線半徑不一，行車速度差別也較大，致使鐵路路基病害多發(fā)并且病害的類型、發(fā)育程度等具有一定的區(qū)域性和隨機(jī)性。無(wú)論鐵路路基病害的外在表現(xiàn)形式如何，究其原因，普通鐵路都是因?yàn)槁坊倔w尤其是路基基床強(qiáng)度

2 高壓旋噴樁技術(shù)簡(jiǎn)介和加固機(jī)理分析

高壓旋噴樁技術(shù)，就是在原來(lái)的鉆孔灌注法的基礎(chǔ)上，利用鉆機(jī)把帶有特制噴嘴的注漿管豎直或者傾斜鉆進(jìn)至土層的設(shè)計(jì)位置后，以高壓設(shè)備將漿液加壓到20 MPa～40 MPa，然后從特制的噴嘴噴射出來(lái)，噴射出來(lái)的可能是只有漿液，也可以將漿液和水或者高壓空氣分別噴射出來(lái)，土粒在噴射流的重力、離心力和沖擊力等作用下，土體結(jié)構(gòu)的原來(lái)排列方式便被破壞，土?；蛲潦旌衔锉銖脑瓉?lái)的整體結(jié)構(gòu)中剝落下來(lái)與漿液攪拌混合，混合物經(jīng)過(guò)充分固結(jié)后，便在土體中形成半剛性固結(jié)樁體，這些固結(jié)樁體的集合共同作用，擠密原來(lái)的土體結(jié)構(gòu)，提高地基的強(qiáng)度，改善土的滲透性質(zhì)，最終達(dá)到在上部結(jié)構(gòu)動(dòng)靜荷載的反復(fù)作用下控制形變，達(dá)到加固目的。目前，根據(jù)噴射流的不同，在地基處理的工程實(shí)踐中高壓旋噴樁的施工方法主要有單管法、二重管法、三重管法和多重管法等。

高壓旋噴樁的加固機(jī)理主要體現(xiàn)在以下三個(gè)主要方面:1)高壓水、氣、漿液噴射流切割下來(lái)的土體與漿液攪拌混合形成固結(jié)樁體，大量半剛性樁體的存在同時(shí)也改變了路基土體的滲透性質(zhì);2)高壓噴射流在切割破碎土體與攪拌混合的過(guò)程中，會(huì)對(duì)樁體周圍土體有一定的壓力，這種壓力對(duì)樁周圍土體有壓密作用，如果漿液選用膨脹材料，固結(jié)樁體也會(huì)對(duì)周圍土體具有擠密作用;3)樁壁與樁周土之間存在摩阻力，樁群的存在也改變了土中應(yīng)力傳遞的特征和分布，樁與樁間土一起形成復(fù)合地基，很好地阻止了土層側(cè)向變形，從而達(dá)到加固地基，減小形變，整治路基病害的效果。對(duì)于整治鐵路路基病害的旋噴樁，一般都是從路基邊坡兩側(cè)傾斜深入路基本體內(nèi)部，因?yàn)槭莾A斜的樁體，樁壁與樁周土之間摩阻力對(duì)強(qiáng)度影響較小，復(fù)合地基的作用較弱，主要靠樁體固結(jié)作用、擠密作用來(lái)提高抗壓和抗剪強(qiáng)度，改善滲透性質(zhì)，從而達(dá)到整治病害的目的。

3 高壓旋噴樁在鐵路路基病害整治工程中的應(yīng)用

高壓旋噴樁技術(shù)在新建鐵路的軟土地基處理上應(yīng)用很廣泛，取得了很好地經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于鐵路既有線路的路基病害用高壓旋噴樁來(lái)進(jìn)行整治還處于研究起步、探索試應(yīng)用階段。對(duì)于既有鐵路路基病害整治，旋噴樁大多不是豎直的，而是從兩側(cè)邊坡向路基內(nèi)部或者地基深處設(shè)置傾斜旋噴樁。主要通過(guò)旋噴樁從兩側(cè)邊坡傾斜打入路基本體或地基內(nèi)部并且相互穿插咬合后，在路基本體或者地基內(nèi)形成立體交織的傾斜旋噴樁體，在道砟陷槽地段，道砟囊或者道砟袋中的道砟也可與漿液攪拌固結(jié)，這種傾斜的樁體集合主要靠擠密作用和固結(jié)作用起到提高路基抗壓、抗剪強(qiáng)度，改善排水條件，改善滲透條件，從而對(duì)防治翻漿冒泥、基面下沉、剪切擠出、邊坡坍塌都會(huì)起到非常好的效果。

應(yīng)用傾斜旋噴樁進(jìn)行既有線路路基病害的整治有著傳統(tǒng)整治方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于既有線路的病害防治，日常處理辦法一般是利用行車間隙或開天窗進(jìn)行道砟抬道，這種方法治標(biāo)不治本，只能臨時(shí)維持正常行車，直到鐵路線路大中修的時(shí)候再挖開路基面進(jìn)行設(shè)置砂墊層、設(shè)置封閉層或者結(jié)合土工合成材料進(jìn)行徹底整治。傳統(tǒng)整治方法施工和行車相互干擾較大，道砟抬道要經(jīng)常進(jìn)行，費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢，利用鐵路線路大中修來(lái)整治要中斷行車，成本也很高。尤其是高速鐵路線路，道床采用的是鋪設(shè)無(wú)碴軌道的整體道床，混凝土支撐層的存在也使采用常規(guī)方法對(duì)路基本體或者地基進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)更加的困難。高壓旋噴樁整治既有線路路基病害具有對(duì)線路正常通車擾動(dòng)影響較小，施工工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)便，施工時(shí)間靈活多變，不用專門等到鐵路線路大中修，對(duì)于不同病害或者同種病害不同發(fā)展程度只需簡(jiǎn)單改變漿液的成分和配比即可，都可以采用大致相同措施進(jìn)行整治，對(duì)于形成道砟陷槽地段可以充分利用道砟陷槽里面道砟形成固結(jié)體，不用清砟，提高工作效率，施工工期可以有效縮短。另外還具有旋噴樁體固結(jié)速度快，樁體固結(jié)之后耐久性好，對(duì)病害整治較為徹底的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于由于季節(jié)性排水不暢、凍脹、軟土等容易發(fā)生路基病害的地區(qū)，也可以在病害發(fā)展初期階段，在基本不影響正常行車的情況下，提前采取高壓旋噴樁注漿進(jìn)行病害預(yù)防，防止病害進(jìn)一步發(fā)展，從而達(dá)到用較少的成本抑制病害發(fā)展的目的。

旋噴樁進(jìn)行既有線路路基病害的整治雖然有很多優(yōu)勢(shì)，但因?yàn)樘幱谔剿髌鸩诫A段，工程實(shí)踐還不是很多，還存在著許多有待改進(jìn)之處。軟土地區(qū)新建工程的旋噴樁加固在工程實(shí)踐中應(yīng)用較多，基本上已經(jīng)成為比較成熟的技術(shù)。整治路基病害的旋噴樁因?yàn)槭莾A斜的，對(duì)于樁和樁周土之間作用機(jī)理與豎直樁具有很大的不同，傾斜樁擠密作用和樁體固結(jié)作用發(fā)揮較多，樁土摩擦作用、復(fù)合地基作用稍差，這種作用機(jī)理的不同致使傾斜樁不利于建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行檢算，所以對(duì)于旋噴樁的樁長(zhǎng)、樁徑、樁間距、行間距，都需要大量的工程實(shí)踐，在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以達(dá)到高效經(jīng)濟(jì)的目的。整治路基病害的旋噴樁因?yàn)槭莾A斜的，樁的連續(xù)性比垂直樁更難控制，新建工程軟土地基旋噴樁處理可以采取抽檢的形式檢查成樁質(zhì)量，而既有鐵路線路病害處理的旋噴樁無(wú)法做到抽樣檢查，所以質(zhì)量監(jiān)控比較困難。與新建工地相比，鐵路既有線病害處理施工場(chǎng)地一般都受到地形或者安全行車的限制，所以就要求開發(fā)專門用于鐵路既有線病害處理的小型化高壓噴射注漿設(shè)備，這些設(shè)備要求能夠很好地適應(yīng)路基邊坡傾斜施工，機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)要求緊湊占地小，方便移動(dòng)施工，震動(dòng)要小，盡可能減少對(duì)路基本體的擾動(dòng)，減少對(duì)正常行車的干擾，尤其是對(duì)于以病害預(yù)防為目的的高壓旋噴樁施工機(jī)械設(shè)備，就更要求設(shè)備的小型化。要加強(qiáng)對(duì)微膨脹性材料和漿液的研究，對(duì)于普通旋噴樁的漿液一般固結(jié)之后體積都會(huì)有所收縮，鐵路既有線病害處理傾斜旋噴樁固結(jié)之后如果體積收縮，就會(huì)給線路的平順性帶來(lái)不利影響，尤其對(duì)高速鐵路路基，高速度對(duì)線路的高平順性提出更高的要求，更要控制樁體的體積收縮。通過(guò)應(yīng)用微膨脹材料，做好微

膨脹漿液配方的開發(fā)研究，更好地發(fā)揮旋噴樁的擠密作用，以長(zhǎng)期控制沉降和變形，從而達(dá)到整治路基病害的效果。

［1］張志平.高壓旋噴樁技術(shù)在鐵路工程施工中的應(yīng)用［J］.軌道交通，2012(21):101-103.

［2］張 鑫.高壓旋噴樁在高速公路軟弱地基中的應(yīng)用研究［D］.西安:西安科技大學(xué)，2007.

［3］艾江臨，李玉雙.鐵路施工中高壓旋噴樁的技術(shù)應(yīng)用探討［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010(5):123-124.

［4］陳勇智.注漿技術(shù)在鐵路路基病害整治中的應(yīng)用［J］.鐵道建設(shè)，2005(25):79-81.