高鐵某站場(chǎng)路堤軌面沉降修復(fù)技術(shù)

高 超

（中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司 天津 300300）

1 工程實(shí)況

本車(chē)站工點(diǎn)位于車(chē)站出站端，工點(diǎn)范圍內(nèi)地下水位埋深大于50 m。項(xiàng)目區(qū)的最大凍土深度為108 cm，地震基本烈度七度。地表主要為Ⅲ級(jí)自重濕陷性砂質(zhì)黃土（層厚15～30 m）。本段線(xiàn)路通過(guò)方式主要為路堤形式，平均填土高度8 m?；驳讓犹钪嗀組填料，基床底層以下部位填筑A或B組填料，基床表層填筑過(guò)篩的二級(jí)配碎石填料。橋涵過(guò)渡段采用水泥拌制的級(jí)配碎石填筑。地基處理采用1 m厚水泥改良土墊層（單層高強(qiáng)雙向經(jīng)編土工格柵）＋長(zhǎng)短樁（CFG樁＋水泥土擠密樁）處理。2014年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)至2016年3月，本段累計(jì)沉降量7.56～34.73 mm，整治范圍長(zhǎng)度90 m?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查：排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)完善，現(xiàn)場(chǎng)使用良好，坡腳無(wú)積水，道床板伸縮縫有變寬拉裂現(xiàn)象。

2 問(wèn)題分析及對(duì)策

（1）病害問(wèn)題分析：本段地基基礎(chǔ)和地下水等地質(zhì)條件穩(wěn)定，設(shè)計(jì)滿(mǎn)足規(guī)范，全段工程措施一致，沉降量與填土高度等因素?zé)o規(guī)律性。研究分析認(rèn)為：路堤本體填壓密實(shí)度不均和地基施工局部存在缺陷是軌面高程不均勻沉降的主要原因，在周邊公路排水和灌溉水下滲等因素使地基含水率升高，場(chǎng)站、綜合工區(qū)綠化澆灌，路堤面部分嵌縫膠開(kāi)裂致使降水下滲等因素使路堤本體含水率升高是軌面高程異常的重要誘因。

本工程軌面沉降量超過(guò)軌道扣件可調(diào)整范圍。常規(guī)的無(wú)砟軌道扣件調(diào)差范圍一般為15～20 mm，減掉施工誤差后可調(diào)區(qū)間降至20 mm以?xún)?nèi)。規(guī)范將容許沉降的這20 mm分成兩部分：即規(guī)范明確規(guī)定的路基工后沉降量不得大于15 mm，以及5 mm的運(yùn)營(yíng)后動(dòng)荷載引起的附加沉降量。如果線(xiàn)路沉降超過(guò)設(shè)計(jì)值，將由軌道板和支撐層來(lái)承受線(xiàn)路不均勻沉降引起的附加彎矩和彎曲應(yīng)力，繼而造成上部結(jié)構(gòu)損壞，影響線(xiàn)路的平順和安全穩(wěn)定。

（2）處治對(duì)策：為永久消除因路基軟弱造成的軌道板后續(xù)漸變沉降，采用地基表層和路基本體注漿技術(shù)進(jìn)行加固［1］，部分段落采用上部道床板結(jié)構(gòu)注漿抬升調(diào)整沉降，進(jìn)行快速修復(fù)。

3 工藝方法及注意事項(xiàng)

3.1 基底和基床本體注漿

3.1.1 注漿范圍

根據(jù)病害段落對(duì)路基基床以下及路堤本體采用鉆孔注漿加固技術(shù)，路堤主體鉆孔位置沿線(xiàn)路方向均勻布置，鉆孔間距為2.0 m，孔徑110 mm，地基注漿孔底進(jìn)入地基以下2.0 m，注漿孔位置和鉆孔角度如圖1、圖2所示。

圖1 注漿橫斷面圖

圖2 注漿半平面圖

3.1.2 注漿材料及管材

孔內(nèi)注漿材料采用硫鋁酸鹽水泥單液漿。選用硫鋁酸鹽水泥（有良好充盈性、早強(qiáng)高強(qiáng)、防滲抗凍特性）參配的單液水泥漿水灰配比確定為0.8∶1，套殼水灰土比1.6∶1.1，注漿孔孔深見(jiàn)圖1。注漿管管頂下2.0 m深處開(kāi)始開(kāi)孔。每孔灌漿結(jié)束后，用水泥含量為15%水泥砂礫石拌和物封孔，拌和物應(yīng)緩慢灌入孔內(nèi)。注意防止堵塞，以免孔內(nèi)出現(xiàn)空洞段［2］。

地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔用的鉆桿套裝直徑φ110 mm的高硬合金鉆頭進(jìn)行鉆孔，套管護(hù)壁。當(dāng)鉆桿端部鉆至設(shè)計(jì)深度后拔出，插入鋼制注漿管至孔底進(jìn)行注漿，見(jiàn)圖3。注漿管（袖閥管）使用單根長(zhǎng)度2 m的φ76 mm無(wú)縫鋼管，壁厚6 mm（根據(jù)鉆孔尺寸選配袖閥管型號(hào)）進(jìn)行加工制作。地面以下注漿部位設(shè)置每100 cm鉆4個(gè)φ1 cm的溢漿孔，孔口位置兩兩對(duì)稱(chēng)布置。將溢漿孔空口開(kāi)槽，開(kāi)槽口位置安裝特制橡皮套（耐壓值4 MPa以上，以保證單向注漿），外套密封圈，開(kāi)槽寬度為30 mm，槽深為2.5 mm；單根鋼管的接長(zhǎng)連接采用套接并焊接，即每根中間段注漿管兩端套絲出5 cm長(zhǎng)公母槽扣用以保證有效插入套接，將公槽扣一端兩兩對(duì)稱(chēng)開(kāi)鉆4個(gè)直徑1 cm的圓孔，使用時(shí)將公母槽扣有效套接在一起，在接縫預(yù)留孔處進(jìn)行最后的電焊拼接［3］。

圖3 鉆孔示意

3.1.3 注漿參數(shù)

路堤基床內(nèi)的注漿壓力值宜控制在0.2～0.3 MPa左右，擴(kuò)散半徑約0.8～1 m，路堤基床以下部位的注漿壓力值宜控制在0.5～0.8 MPa范圍內(nèi)。注漿管路控制在50 m以?xún)?nèi)，以防壓力散失。施工前綜合考慮各種不確定因素的影響，進(jìn)行注漿工藝試驗(yàn)總結(jié)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù)及注漿試驗(yàn)的效果選定注漿施工工藝及調(diào)整參數(shù)，必要時(shí)調(diào)整注漿孔間距以保證漿液完全充盈加固范圍，同時(shí)防止引起路基軌道上拱［4］。

3.1.4 漿液制作

漿液拌制全過(guò)程使用轉(zhuǎn)速不小于200 r／min的制漿攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間不少于120 s，也不宜多于360 s。機(jī)子出漿口套裝100目的高韌性過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行雜質(zhì)過(guò)濾。

3.1.5 注漿作業(yè)

注漿作業(yè)前，必須先通過(guò)注漿工藝試驗(yàn)將注漿壓力和工藝參數(shù)進(jìn)行修正確定后，方可進(jìn)行注漿作業(yè)［5］。倘若在注漿過(guò)程中出現(xiàn)堵塞、滲漏漿、竄漿等狀況時(shí)，可以采取跳孔或者換孔間隔注漿，待上一孔壓注的漿液初凝后再進(jìn)行問(wèn)題孔補(bǔ)注漿。在整個(gè)注漿過(guò)程中應(yīng)對(duì)注漿部位上部地面的高程變化動(dòng)態(tài)進(jìn)行適時(shí)密切監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)應(yīng)立即停止施工，綜合分析原因并采取妥善可靠措施后方可繼續(xù)作業(yè)［6］。

本工程選用較常用的KBY-90／21-37型號(hào)單液注漿機(jī)（坡腳處可采用ZBY-10／16-25型）作為注漿設(shè)備，見(jiàn)圖4。為保證注漿量，施工一般宜進(jìn)行注漿管逐步漸退式分段注漿，防止地質(zhì)不均勻?qū)ψ{效果造成影響。注漿分段間隔距離為100 cm，注漿速率 10～90 L／min為宜。在每一個(gè)鉆孔注漿完畢后應(yīng)及時(shí)用清水對(duì)注漿管內(nèi)壁進(jìn)行沖洗，確保下次注漿時(shí)管壁潤(rùn)滑通暢。

針對(duì)注漿時(shí)存在跑漿、漏漿、竄漿的情況，注漿量未達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)時(shí)要進(jìn)行二次補(bǔ)充注漿，適當(dāng)提高注漿壓力（0.1 MPa）以使?jié){液能在路基主體中均勻擴(kuò)散填充。注漿時(shí)采用高壓全孔法，注漿應(yīng)保證漿液濃度先稀后稠，直至注滿(mǎn)結(jié)束。注漿時(shí)要控制注漿方量及壓力，按照由小到大的過(guò)程，逐步提高［7］。

圖4 路基注漿

3.1.6 注漿順序及注漿控制

為了確保注漿的效果，現(xiàn)場(chǎng)整個(gè)作業(yè)區(qū)域采用分多部位、多次注漿的操作方法，實(shí)際作業(yè)時(shí)的注漿由結(jié)構(gòu)外向內(nèi)進(jìn)行，即采取先注漿路基主體外圍結(jié)構(gòu)部分，后注漿路堤及基底內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分段間隔注漿的施工方式，以確保注漿漿液能夠擴(kuò)散均勻并防止因局部擾動(dòng)劇烈而引起路堤主體沉降［8］。

為保證對(duì)注漿質(zhì)量的監(jiān)控，作業(yè)時(shí)采用注漿壓力（壓力表）和注漿量（流量計(jì)）雙指標(biāo)控制，并對(duì)注漿區(qū)域和軌道高程進(jìn)行高頻率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在注漿過(guò)程中需要注意，如果存在每步距進(jìn)尺單管注漿方量能符合指標(biāo)要求，但注漿壓力遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值的情況，此時(shí)需要調(diào)整注漿工藝，一般進(jìn)行間歇不連續(xù)注漿并縮短漿液的膠凝時(shí)間，同時(shí)調(diào)整注漿量至設(shè)計(jì)注漿量的兩倍，以確保注漿質(zhì)量。

3.1.7 注漿效果檢測(cè)

在路肩設(shè)2個(gè)檢查驗(yàn)證孔，鉆孔取芯采用地質(zhì)鉆，深度穿透注漿范圍0.5 m。取芯樣本漿液充盈率10%～15%。

3.1.8 施工注意事項(xiàng)

（1）施工前必須進(jìn)行鉆孔試鉆和注漿工藝試驗(yàn)。選擇具有代表性的施工地段或部位進(jìn)行鉆孔試鉆和注漿工藝試驗(yàn)，以選擇和確定單漿液水灰配比及攪拌時(shí)間、外加劑種類(lèi)及摻量、注漿壓力值范圍、注漿速率及方量等注漿參數(shù)。

（2）整治工程施工工期緊，交叉施工多，盡可能做好對(duì)其他工程及設(shè)施的保護(hù)，并采取有效措施保證施工安全，加強(qiáng)施工工程中廢渣廢液處理，防止對(duì)環(huán)境造成破壞。采取有效措施防止施工水和養(yǎng)生水進(jìn)入路基本體、護(hù)道及坡腳附近。

3.2 軌道板注漿抬升

3.2.1 工藝原理

本車(chē)站軌道設(shè)計(jì)為CRTS-I型雙塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)型式。將無(wú)砟軌道軌面高程抬升至標(biāo)準(zhǔn)墊板狀態(tài)下的設(shè)計(jì)高程＋3 mm（誤差控制±3 mm）。抬升區(qū)段兩端與未抬升區(qū)段自然順接。施工方法是：一般首先壓注高聚物注漿材料（無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求）對(duì)鉆孔后的軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行抬升，即在與軌道板分離后的支承層上壓注漿液，軌道標(biāo)高到位后再壓注輕質(zhì)聚合物砂漿對(duì)底座板空腔部位實(shí)現(xiàn)密實(shí)填充［9］，見(jiàn)圖 5。

圖5 無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)注漿抬升原理示意

在實(shí)際操作中，軌道板抬升量小于10 mm時(shí)，可采用直接壓注高聚物注漿材料的方法對(duì)結(jié)構(gòu)空隙進(jìn)行填充；當(dāng)軌道板抬升量大于10 mm時(shí)，壓注輕質(zhì)聚合物砂漿對(duì)結(jié)構(gòu)空隙進(jìn)行填充。與此同時(shí)也可以對(duì)軌道板脫空、錯(cuò)臺(tái)、積水、偏移情況進(jìn)行有效修復(fù)［10］。

3.2.2 施工方法

（1）軌道板抬升量的計(jì)算和確認(rèn)。作業(yè)前布控精密測(cè)量控制網(wǎng)，現(xiàn)場(chǎng)逐點(diǎn)核對(duì)CPⅢ標(biāo)高數(shù)據(jù)，采用電子水準(zhǔn)儀和全站儀分別對(duì)線(xiàn)路的標(biāo)高及平面數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)和記錄，計(jì)算并確定抬升區(qū)段各承軌臺(tái)板的初始標(biāo)高及軌道平面位置，并根據(jù)設(shè)計(jì)高程計(jì)算抬升高度。

（2）注漿孔的布設(shè)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙布設(shè)和標(biāo)注注漿孔。施工中布設(shè)注漿孔孔位時(shí)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，盡量將既有軌道板等軌道結(jié)構(gòu)處的鋼筋位置避開(kāi)，防止在鉆孔作業(yè)時(shí)對(duì)軌道結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋造成破壞；同理進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)，對(duì)于軌道上的預(yù)埋線(xiàn)纜、鋼軌彈條扣件、梭頭、錨固鋼筋、電氣設(shè)備等位置也要妥善避開(kāi)或采取有效的保護(hù)措施。

（3）鉆孔及封孔。按標(biāo)記好的孔位進(jìn)行鉆孔，見(jiàn)圖6。鉆孔作業(yè)完成后，及時(shí)收集并清理開(kāi)鉆的塵土，防止造成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的污染。同時(shí)對(duì)鉆孔口進(jìn)行臨時(shí)封閉保護(hù)，以防雜物及雨水混入。

圖6 軌道板鉆孔

（4）安裝注漿管及注漿。先將上步臨時(shí)封閉的注漿孔口雜物清理干凈，再將注漿管放入注漿孔中，安設(shè)牢固調(diào)緊。在注漿作業(yè)前，首先將注漿設(shè)備調(diào)試到良好工作狀態(tài)，確保設(shè)備正常運(yùn)行，并對(duì)注漿料的質(zhì)量進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，確定漿液質(zhì)量滿(mǎn)足注漿指標(biāo)要求；現(xiàn)場(chǎng)再次檢驗(yàn)復(fù)核各注漿孔點(diǎn)的抬升尺寸。

在注漿作業(yè)前，應(yīng)根據(jù)沉降觀測(cè)的結(jié)果，預(yù)先確定待注漿板塊編號(hào)和注漿次序。軌道板抬升注漿時(shí)，宜從沉降量最大的點(diǎn)開(kāi)始并向兩側(cè)開(kāi)展。填充孔注漿時(shí)，宜先從線(xiàn)路中線(xiàn)兩側(cè)高程較低的一側(cè)微量注漿，待兩側(cè)高程持平后再正常作業(yè)。在軌道板進(jìn)行注漿抬升的整個(gè)作業(yè)期間，必須使用兩臺(tái)電子數(shù)字水準(zhǔn)儀（DS05型，測(cè)量等級(jí)二級(jí)以上）配合使用軌檢尺對(duì)軌道板左右兩側(cè)軌道標(biāo)高變化情況進(jìn)行全時(shí)量測(cè)，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定抬升標(biāo)高后立即暫停注漿。同時(shí)，采用全站儀對(duì)軌道板中線(xiàn)位置偏移情況進(jìn)行量測(cè)。在道床板中心線(xiàn)附近預(yù)埋或利用既有中線(xiàn)偏移監(jiān)測(cè)點(diǎn)（用CPⅢ測(cè)量預(yù)埋件），見(jiàn)圖7。在對(duì)軌道板進(jìn)行注漿填充過(guò)程中，指定專(zhuān)人對(duì)軌道板中線(xiàn)兩端軌道標(biāo)高進(jìn)行跟蹤量測(cè)，發(fā)現(xiàn)軌道標(biāo)高有異常變動(dòng)時(shí)立即停止注漿［11］。此外，指派專(zhuān)人加強(qiáng)對(duì)注漿點(diǎn)附近的軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)控。如發(fā)現(xiàn)軌道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂、凸起或漏漿等情況，應(yīng)立即停止注漿。某個(gè)注漿點(diǎn)注漿完成后，及時(shí)拆除該點(diǎn)的注漿管。

圖7 軌道板抬升監(jiān)控測(cè)量

（5）封堵注漿孔。經(jīng)復(fù)測(cè)抬升區(qū)段內(nèi)的軌道高程滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求后，采用M40標(biāo)號(hào)以上的快凝（微膨脹）砂漿對(duì)注漿孔進(jìn)行封閉抹平，見(jiàn)圖8。

圖8 線(xiàn)路抬升前后線(xiàn)路線(xiàn)形比較

3.2.3 注意事項(xiàng)

（1）一般應(yīng)從整治段沉降量最大的區(qū)段開(kāi)始，依次向兩邊抬升，以逐步釋放軌道內(nèi)應(yīng)力，避免在抬升過(guò)程中產(chǎn)生新的應(yīng)力造成軌道結(jié)構(gòu)損壞。

（2）每次最大抬升高度不宜超過(guò)10 mm。

4 其他措施

全面排查站場(chǎng)路堤面排水設(shè)施，確保水溝標(biāo)高低于周邊，縱坡平順沒(méi)有積水，溝底無(wú)開(kāi)裂。重點(diǎn)檢查右側(cè)與綜合工區(qū)相連等匯水區(qū)域較大地段的排水設(shè)施情況，以消除隱患。與地方有關(guān)部門(mén)積極溝通協(xié)商，妥善解決公路排水、灌溉系統(tǒng)退水，涵洞上下游疏通等問(wèn)題。

5 效果檢測(cè)

施工結(jié)束后，采用瑞雷波法對(duì)路基主體內(nèi)部進(jìn)行無(wú)損探測(cè)。瑞雷波法檢測(cè)具有快捷高效、無(wú)損、整體連續(xù)的優(yōu)點(diǎn)，避免了因檢測(cè)點(diǎn)間斷、獨(dú)立而得到的不良檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)［12］?，F(xiàn)場(chǎng)采用SWS-5型面波儀，路基斷面按照10 m間距均勻布點(diǎn)檢測(cè)，綜合評(píng)測(cè)路堤壓實(shí)度及承載力。

圖9為軌面沉降修復(fù)后采用瑞雷波法探測(cè)的結(jié)果，圖中可見(jiàn)沉降修復(fù)后路堤主體內(nèi)的波速有明顯的提高，整體性情況良好。經(jīng)過(guò)12個(gè)月的軌道沉降觀測(cè)，路基主體和基床已穩(wěn)定，軌道板結(jié)構(gòu)尺寸和軌面高程滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，病害徹底消除。

圖9 路基主體檢測(cè)波形

6 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)營(yíng)高鐵無(wú)砟軌道沉降修復(fù)整治的技術(shù)難度及質(zhì)量控制要求較高，施工時(shí)隱患排除和質(zhì)量控制是關(guān)鍵。本技術(shù)對(duì)路基擾動(dòng)較小，基本不增加附加荷載，規(guī)避了附加荷載導(dǎo)致路堤進(jìn)一步沉降變形的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了天窗時(shí)間內(nèi)對(duì)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的快速修復(fù)。本工程修復(fù)2年以來(lái)能夠正常運(yùn)營(yíng)，沉降修復(fù)后的軌面高程符合原設(shè)計(jì)要求，路堤基底和基床本體、軌道板結(jié)構(gòu)的力學(xué)指標(biāo)能夠滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)軌道的平順要求，整體穩(wěn)定，效果良好。