高鐵運營中軟土路基沉降病害處治技術(shù)

董 明

(北京中鐵瑞威基礎(chǔ)工程有限公司，北京 100055)

高鐵運營中軟土路基沉降病害處治技術(shù)

董 明

(北京中鐵瑞威基礎(chǔ)工程有限公司，北京 100055)

結(jié)合滬寧城際鐵路K300+208～K300+283段軟土路基運營沉降病害處治的實踐，在確定采用“高壓旋噴樁止水帷幕+袖閥管注漿技術(shù)”作為整治方案的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述其工藝原理、施工效率及加固效果等關(guān)鍵內(nèi)容，這是此項技術(shù)在高鐵軟土路基運營沉降病害處治中的首次成功應(yīng)用。

高鐵 軟土路基 高壓旋噴樁 止水帷幕 袖閥管注漿

隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長和人們生活水平的不斷提高，現(xiàn)有的傳統(tǒng)交通工具已難以滿足大眾的出行需求，建設(shè)高速鐵路成為勢在必行的一種趨勢[1]。我國軟土分布相當(dāng)廣泛，運營中的很多高鐵線路位于高壓縮性的軟土地區(qū)，尤其是南方珠三角、長三角地區(qū)，高鐵軟土路基引發(fā)的路基下沉問題尤為突出[2]。為了解決此類問題，國內(nèi)外專家提出了各種技術(shù)措施，如換填法、強夯法、排水固結(jié)法、復(fù)合地基法等，但這些方法大多針對的是高速鐵路建設(shè)期的軟土地基處理，而對運營中的客運專線則鮮有涉及。

1 軟土路基沉降病害處治方案

滬寧城際鐵路K300+208～K300+283段屬長江沖積階地，地面高程在10～13 m之間，地勢平坦，起伏微小，表層為人工填土，厚1.0～1.5 m；上部為沖洪積粉質(zhì)黏土，軟塑，基本承載力120 kPa，厚1.2～1.5 m；中部為沖積淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，流塑，基本承載力90 kPa；下部為沖洪積粉質(zhì)黏土，硬塑，基本承載力150 kPa；底部為沖洪積質(zhì)粉質(zhì)黏土，硬塑，基本承載力200 kPa。地下水不發(fā)育，主要為第四系孔隙水。高壓旋噴樁在樁身強度達(dá)到要求后，加固土體的滲透性小，滲透系數(shù)可小于10-7～10-8cm/s，既能防止翻漿冒泥，又能阻止軟土地基引發(fā)的不均勻沉降，施工工藝見圖1。袖閥管注漿通過直徑6 mm的袖閥管，用內(nèi)壓力擠碎套殼料，脹開橡膠圈，能在土中形成固結(jié)體，降低土層滲透性，增加土層強度(見圖2)。經(jīng)過理論分析和試驗段實驗后，最終采用袖閥管注漿對K300+208～K300+283處共計75 m的軟土路基基礎(chǔ)進(jìn)行加固補強，在K300+208～K300+283靠近線路一側(cè)設(shè)置了高壓旋噴樁水泥土隔滲帷幕墻，以保證施工質(zhì)量和作業(yè)效率。

圖1 旋噴樁工藝

圖2 袖閥管注漿示意

2 軟土路基沉降病害處治施工

2.1 袖閥管注漿

袖閥管注漿法的工藝流程見圖3。設(shè)計孔距為40 cm，施工時采用全站儀定出鉆孔孔位并對孔位用水泥砂漿加固，鉆孔注漿間隔2孔，待每排鉆孔結(jié)束后再進(jìn)行中間孔施工，以減小孔間的影響。鉆孔注漿采用由外圈向內(nèi)圈的順序進(jìn)行，鉆孔采用合金鉆頭和泥漿護(hù)壁，泥漿稠度采用膨潤土進(jìn)行調(diào)配，施工中控制護(hù)壁泥漿比重在1.05～1.12范圍內(nèi)，鉆孔時轉(zhuǎn)速均勻。為避免擴孔，下放和提升時應(yīng)保持垂直，遇巖石時鉆頭換用金剛石鉆頭。完成鉆孔后，把泥漿管連接到擠壓式注漿機上，孔內(nèi)泥漿馬上用套殼料進(jìn)行置換，在壓力作用下把套殼料壓入鉆桿底部進(jìn)行泥漿置換，直至套殼料出現(xiàn)在排出泥漿中停止置換。置換結(jié)束后插入袖閥管，袖閥管長4 m，中間連接采用PVC套管，長0.2 m，用U-PVC膠合劑粘牢。在第一節(jié)袖閥安裝堵頭并注入清水，為減小袖閥管彎曲，地面以下2 m 袖閥管用不鉆泄?jié){孔的花管，為防止管內(nèi)進(jìn)入雜物，袖閥管上端頭高出地面0.2 m，用套頭套牢。對待套殼料進(jìn)行5～7 d養(yǎng)護(hù)，待強度達(dá)0.3～0.5 MPa后，將連接好的雙塞管和注漿內(nèi)管放入袖閥管底部，逐段由下往上進(jìn)行注入雙液漿注漿，控制好注漿效果[3]。

2.2 高壓旋噴樁止水帷幕

單管旋噴注漿法是利用鉆機把安裝在注漿管(單管)底部側(cè)面的特殊噴嘴，置入土層預(yù)定深度后，用高壓泥漿泵等裝置，以20 MPa左右的壓力，把漿液從噴嘴中噴射出去沖擊破壞土體，使?jié){液與從土體上崩落下來的土攪拌混合，經(jīng)過一定時間凝固，便在土中形成一定形狀的固結(jié)體。施工前用全站儀定控制點，埋石標(biāo)記，然后進(jìn)行鉆機進(jìn)就位，鉆桿與樁位偏差不超過10 mm，鉆孔垂直度誤差不超過0.3%，采用在鉆塔旁用紅油漆標(biāo)注深度線和校驗鉆桿長度的方法保證孔底設(shè)計高程滿足規(guī)定要求。為保證機械運轉(zhuǎn)正常，先進(jìn)行地面試噴后進(jìn)行孔鉆進(jìn)。完成引孔后，將巖芯管拔出，插入噴射注漿管，接通泥漿泵，進(jìn)行旋噴排出泥漿。為防止旋噴管扭斷，旋噴管應(yīng)在噴射壓力合格后逐漸提升，噴嘴在設(shè)計深度處原位旋轉(zhuǎn)10 s，在孔口正常冒漿后旋噴提升，1 m范圍內(nèi)增加噴漿旋噴時間，以保證底端樁的質(zhì)量。噴提升時按照土層對旋噴參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。為防止出現(xiàn)斷樁，連續(xù)進(jìn)行提升和旋轉(zhuǎn)，噴嘴至樁頂設(shè)計高程后，停止旋噴，提升鉆頭，對輸送管道和注漿泵進(jìn)行清洗，再進(jìn)行鉆機移位[4]。

圖3 袖閥管施工工藝流程

3 軟土路基沉降病害處治效果

3.1 旋噴樁效果檢驗

為了檢驗樁身完整性，試驗段完成后，共對樁身進(jìn)行了6次鉆芯取樣，數(shù)量占總樁數(shù)的1%；位置分別位于中間一排樁的中心和內(nèi)側(cè)一排樁與中間一排樁的咬合部位(如圖4)，取芯檢測結(jié)果(如圖5、圖6)的最大值為1.6，最小值1，平均值1.2，大于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值，表明樁身完整性良好。為了檢驗樁身強度，在監(jiān)理工程師的見證下，留置了三組混凝土試塊進(jìn)行強度測試，權(quán)威檢測機構(gòu)出具的試樁報告顯示，送檢試塊的無側(cè)限抗壓強度達(dá)到1.1～1.5 MPa，符合設(shè)計和規(guī)范要求。

圖4 旋噴樁鉆孔取芯位置示意

圖5 1號取芯孔取出的芯樣

圖6 2號取芯孔取出的芯樣

3.2 袖閥管注漿效果檢驗

鑒于本項目對施工過程中的軌道幾何尺寸變化和路基本體變形控制有著非常高的要求，業(yè)主特聘請第三方權(quán)威監(jiān)測機構(gòu)對施工過程進(jìn)行24 h全天候監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括軌面高程變化和軌道水平位移情況。根據(jù)監(jiān)測單位繪制的測點點位圖(如圖7)，此次在上下行線路各布置17個高程監(jiān)測點和共計38個水平位移監(jiān)測點。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分別繪制了上下行線路高程變化曲線(圖8、圖9)?？梢钥闯觯闲芯€最大隆起出現(xiàn)在4月29日，點位為D01測點，最大隆起量1.515 mm，最大沉降則分別出現(xiàn)在6月4日和6月6日，點位均為D21測點，最大沉降量為-2.17 mm；下行線最大隆起同樣出現(xiàn)在4月29日，點位為D02測點，最大隆起量1.44 mm，最大沉降則出現(xiàn)在6月6日，點位為D22測點，最大沉降量為-2.89 mm。圖10、圖11給出了線路水平位移在X、Y方向上的最大變位，可以看出，X方向的最大變位分別出現(xiàn)在5月8日和5月10日，點位為P29和P27測點，最大變位值分別為-1.4 mm和1.5 mm；Y方向的最大變位則出現(xiàn)在5月8日，點位為P21和P31測點，最大變位值分別為1.9 mm和-2.3 mm。結(jié)果表明，無論是軌面高程還是線路水平位移的變化幅度均在高鐵規(guī)范要求的范圍之內(nèi)，未出現(xiàn)超限。

圖7 測點點位

圖8 上行線最大隆起和最大沉降曲線

圖9 下行線最大隆起和最大沉降曲線

圖10 水平位移X方向最大變位曲線

圖11 水平位移Y方向最大變位曲線

4 結(jié)論

對于高鐵軟土路基沉降病害的整治，高壓旋噴樁止水帷幕兼有止水和提高地層承載力的雙重作用，考慮到施工過程中對軌道幾何尺寸變化和路基本體變形控制有著非常高的要求，施作旋噴樁時需要在注漿管兩側(cè)距離30 cm處各鉆設(shè)一個泄壓孔，以降低注漿壓力對路基本體可能造成的影響和擾動。

為了確保加固期間路基本體的安全和保證正常行車，袖閥管注漿必須采用低壓慢注的方式，最高壓強控制在0.3 MPa以內(nèi)，從而有效避免施工過程中由于壓力過高引起高鐵軌道隆起變形。

實踐證明，“高壓旋噴樁止水帷幕+袖閥管注漿技術(shù)”高鐵軟土路基沉降病害的整治效果明顯，鉆孔取芯和第三方監(jiān)測結(jié)果顯示達(dá)到了預(yù)期要求。

從工藝原理、施工效率及成本、加固效果來說，“高壓旋噴樁止水帷幕+袖閥管注漿技術(shù)”較其他加固方法具有價格低、效率高、加固效果好等諸多優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用前景。

[1] 邱官發(fā).高速鐵路軟基的處理方法及其應(yīng)用[J].工程技術(shù)，2012(4)

[2] 王建，周俊，徐建業(yè).高速鐵路CFG 樁-帽-網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基沉降控制的現(xiàn)場試驗研究[J].鐵道勘察，2012(4)

[3] 徐杰.大西客運專線路基沉降變形監(jiān)測分析[J].鐵道勘察，2012(2)

[4] 孫紅林，李丹.京滬高速鐵路路基工程主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究[J].鐵道建筑，2009(7)

[5] 粉噴樁與土工織物聯(lián)合加固軟土地基的研究[J].鐵道建筑，2006(7)

[6] 夏潤禾.客運專線鐵路軟土路基沉降變形觀測與分析[J].鐵道建筑技術(shù)，2009(1)

[7] 王祥.高速鐵路軟土路基采用粉噴樁處理的沉降預(yù)測與控制[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2007(8)

[8] 王炳龍，周順華，楊龍才.高速鐵路軟土路基工后沉降試驗研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2003(10)

[9] 胡漢兵，胡勝剛.軟土路堤工后沉降監(jiān)測、分析與控制[J].長江科學(xué)院院報，2010(4)

[10]王祥，李小和，周順華.真空聯(lián)合堆載預(yù)壓處理高速鐵路軟土地基效果檢驗[J].鐵道工程學(xué)報，2008(12)

SettlementTreatmentTechnologyofSoftSoilSubgradeontheUsingHigh-speedRail

DONG Ming

2014-07-21

董 明(1976—)，2001年畢業(yè)于華東交通大學(xué)土木工程專業(yè)，工程師。

1672-7479(2014)05-0045-03

U213.1; TU198

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