高壓注漿加固造成鐵路路基隆起的原因探究

張春利

摘 要：高壓注漿加固技術施工操作簡便，可以廣泛應用于鐵路路基處理中，效果較好。本文結合工程應用案例，簡要介紹了高壓注漿加固技術的特點，分析了高壓噴射注漿加固造成鐵路路基隆起的原因，并提出具體對策，以期明顯減少鐵路路基隆起量，提升變形控制效果。

關鍵詞：高壓注漿加固技術;鐵路;路基隆起

Abstract： The high-pressure grouting reinforcement technology is easy to operate and can be widely used in railway subgrade treatment with good results. This paper briefly introduced the characteristics of high-pressure grouting reinforcement technology， analyzed the reasons for high-pressure jet grouting reinforcement railway subgrade uplift， and put forward specific countermeasures to significantly reduce the amount of railway embankment uplift and improve the deformation control effect.

Keywords： high-pressure grouting reinforcement technology;railway;roadbed uplift

隨著我國交通事業(yè)的飛速發(fā)展，鐵路工程建設規(guī)模逐漸擴大。在鐵路路基處理過程中，高壓注漿加固技術不僅可以提升鐵路路基的穩(wěn)定性與安全性，還能夠有效減少路基的不均勻沉降，但是容易引起路基隆起現(xiàn)象。為了更好地提升鐵路路基的可靠性，避免發(fā)生路基隆起，本文重點探討高壓注漿加固造成鐵路路基隆起的原因與解決措施。

1 案例背景

某城市鐵路工程線路為東西走向，地鐵隧道采用盾構施工工藝，利用管片進行有效支撐。工程所在區(qū)域的水文地質條件如下：地下水位淺部為潛水，外界降雨補給，對混凝土結構無侵蝕，黏土滲透系數(shù)為（0.21～3.90）×10-6 cm/s，粉質土的滲透系數(shù)為（0.32～8.10）×10-3 cm/s，砂性土滲透系數(shù)為（0.36～8.30）×10-3 cm/s，場地地基土屬于軟弱場地土類型，建筑場地類別是Ⅲ類，場地的抗震烈度為Ⅶ度。

2 高壓注漿加固技術特點

高壓注漿加固技術是指利用液壓或氣壓將凝固漿液壓入地層中，漿液將土顆粒之間的水分或空氣完全填充，經過一段時間后，漿液能夠將原有的土顆粒膠結為整體，提升土基穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)工后沉降現(xiàn)象。鐵路路基加固期間運用高壓注漿工藝，可以明顯提高路基的穩(wěn)固性，防止路基出現(xiàn)大范圍的沉降。

為了保證高壓注漿加固工藝得到更好運用，在實際施工過程中，施工單位要嚴格控制注漿材料質量，并結合鐵路路基結構特點、工程所在區(qū)域的地質條件與水文條件，合理選擇注漿工藝。高壓噴射注漿材料種類比較多，施工單位要結合注漿目的，包括受注體的地質條件，有針對性地選擇。通常來講，高壓噴射注漿材料主要分為兩種類型，分別是化學注漿材料與粒狀注漿材料，按照注漿材料的物化性能分類，其又分成穩(wěn)定粒狀材料與不穩(wěn)定粒狀材料、無機化學材料與有機化學材料等。

3 鐵路路基隆起原因與對策

3.1 地基處理中存在的問題

本地鐵工程采用盾構機施工工藝，順著鐵路隧道中心軸線方向，產生一定的水平位移，地表出現(xiàn)隆起。該鐵路行車密度比較大，為了避免鐵路路基出現(xiàn)較大變形，減小地鐵隧道施工（盾構機下穿鐵路）對鐵路運行的負面影響，盾構機運行期間，施工單位決定在鐵路兩側采取旋噴樁進行土體加固。

施工人員在旋噴樁的內部與外部分別采用注漿工藝，提升鐵路路基的穩(wěn)固性，旋噴設備采取雙重管法。

但是，注漿施工期間，鐵路路基出現(xiàn)較大的隆起，隆起量為17.6 mm，同時鐵路基坑內部出現(xiàn)多處隆起，隆起量超過規(guī)定要求，對工程的整體施工進度產生較大影響。

因為采用高壓噴射注漿工藝，在實際施工過程中，產生的注漿壓力比較大，對鐵路路基產生一定沖擊與破壞，從而影響鐵路基礎上部各項設備與設施的安全運行[1]。

3.2 路基隆起原因

3.2.1 路基土體注水膨脹出現(xiàn)變形。高壓噴射注漿施工工藝，主要指的是利用一定的壓力，在土體內部注入高壓漿液，其施工原理和土體注水試驗類似，相關人員通過開展土體注水試驗，進一步了解土體注水膨脹變形原理。通過對工程所在區(qū)域的土質進行全面分析，在黏土與黏土夾粉砂中開展注水試驗，筆者發(fā)現(xiàn)，土體膨脹變形量與注水量呈正比，土體出現(xiàn)變形，主要是由骨架的彈性變形所引起。針對滲透性比較低的飽和土，相關人員根據(jù)擠土效果，深入分析無限土體中的小孔擴張現(xiàn)象，運用土彈塑性理論得知，在擠壓的瞬間，土體應力達到最大，最終引發(fā)變形。

3.2.2 施工技術影響。高壓注漿加固期間，若注入的水泥漿液量較大，土體總體積會明顯增加。在鐵路路基加固過程中，施工區(qū)域的注漿量較大，同時有大約20%漿液自旋噴樁孔冒出，剩余的漿液和土粒固結，成為基礎的一部分，使得鐵路路基體積變大。

此外，受噴射流脈沖作用的影響，土體表面穩(wěn)定性下降，在脈沖負荷影響下，引發(fā)殘余變形，土粒出現(xiàn)失衡現(xiàn)象，破壞土體，引發(fā)土體變形[2]。由于此鐵路路基加固采用二重管法進行施工，注漿管在噴射高壓漿液的過程中會噴射高壓空氣，水氣同軸復合噴射過程中，高壓空氣流會對土體產生破壞作用，土粒從土體表面吹散，雖然能夠改善高壓噴射施工條件，但是，高壓噴射流自身的破壞能力明顯增強，擴大土體破壞范圍，使得鐵路路基位置出現(xiàn)較大隆起變形[3]。

3.3 解決對策

3.3.1 降低注漿壓力。結合該鐵路路基隆起原因得知，高壓噴射注漿加固方案不完善，存在一定欠缺，會導致鐵路路基變形量增加。為了減小鐵路路基的隆起量，避免土骨架出現(xiàn)膨脹應變現(xiàn)象，施工人員要適當降低高壓噴射注漿壓力，保證土體應力得到更好傳遞，提升土骨架的穩(wěn)定性，防止其出現(xiàn)較大的膨脹應變[4]。

減小高壓噴射注漿壓力，能夠顯著降低土體瞬間變形量，保證土骨架的變速率滿足規(guī)定要求。在具體施工過程中，施工人員要適當放慢施工速度，若鐵路路基隆起速度過快，可以暫停注漿施工，保證土體的瞬時彈性變形快速恢復，將每隔1個樁體施工，變?yōu)槊扛?個樁體施工，避免相鄰樁體應力疊加，防止鐵路路基出現(xiàn)較大變形。

根據(jù)注水膨脹試驗得知，與黏土相比，粉砂變形速率更大，所以，施工人員在粉砂層施工時要合理控制注漿管的提升速度，不斷縮短粉砂層注水時間，保持注漿壓力的穩(wěn)定性，防止粉砂出現(xiàn)較大變形，在滿足鐵路路基加固施工要求的同時，減小路基隆起量[5]。

3.3.2 降低孔隙水壓力。為了降低孔隙水壓力的影響，在旋噴樁接近鐵路一側，施工人員可以設置一排鋼管，以此作為泄壓孔，鋼管之間的距離不宜超過1 m，鋼管壁之間的距離為50 mm，同時在鋼管壁表面設置[Φ]20 mm小孔，在鋼管內部填入砂土。高壓旋噴施工期間，鋼管起到良好的阻擋作用，能夠避免高壓噴射注漿對鐵路地基底部產生較大沖擊，同時孔隙水壓力會通過鋼管中小孔逐漸消散，少量泥沙可以從孔中流出，避免對鐵路路基產生沖擊，防止鐵路路基出現(xiàn)大面積隆起。

另外，施工人員要調整高壓噴射注漿施工范圍，盡可能在鐵路外側施工。結合相關理論得知，減小孔體周圍壓力，能夠提升鐵路地基穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)大面積擠壓。對于其他原因引起的鐵路路基隆起，施工人員可以調整高壓噴射注漿施工參數(shù)，也可以將原有的二重管施工方法改成單管施工，有效減小氣壓力對鐵路路基產生的不利影響[6]。

對于施工單位來講，做好鐵路路基沉降觀測特別重要。施工人員要根據(jù)鐵路運行情況，確定工作基點樁位并埋設，如果工作基點樁埋設位置不準確，會對后續(xù)觀測結果產生影響，降低鐵路路基加固效果。在確定工作基點樁位的過程中，觀測人員要結合觀測對象的結構特點和分布范圍，找到鐵路基坑隆起分布規(guī)律，在鐵路路基隆起量較大的位置，可以適當增加施工控制點的數(shù)量，保證各項觀測數(shù)據(jù)更加準確。

在地表水觀測過程中，觀測人員要在邊樁周圍設置觀測點。對于觀測人員來講，在高壓噴射注漿加固前，要對該地區(qū)的地質與水文情況進行全方面勘測，為后續(xù)的監(jiān)控量測提供有力支持，進而更好地確定施工參數(shù)，減小高壓噴射注漿施工對鐵路路基的影響[7]。在此工程項目中，觀測人員可以結合各個工段的具體情況，詳細分析各施工參數(shù)，并在路堤兩側埋設邊樁，從而更加準確地觀測鐵路路基隆起量與位移量。

3.2.3 高壓噴射注漿加固注意事項。第一，在開挖工作面之前，要保持施工場地平整，并做好場地清理工作。第二，工作溝開挖結束后，在擋墻兩側，設置控制點，并結合控制點具體位置，放出孔位，在實際注漿施工前，還要標明孔號[8]。第三，施工人員要進行試樁，根據(jù)設計要求，有序開展試樁工作，進而更好地確定高壓噴射注漿施工參數(shù)，如注漿壓力與水灰比等，更好地保證高壓噴射注漿質量，防止鐵路路基出現(xiàn)較大隆起。第四，在成孔鉆進過程中，如果遇到地下障礙，施工人員禁止強行鉆進，探明障礙物后，方可繼續(xù)注漿施工。第五，高壓噴射注漿施工采用的水泥漿液要充分攪拌，攪拌均勻后才能進行噴射施工，施工人員要隨用隨攪拌，嚴禁出現(xiàn)灰水離析現(xiàn)象，漿液初凝之前全部用完，避免石塊或雜物落入漿液中[9]。注漿施工期間，密切關注鐵路路基隆起情況，及時調整注漿壓力。

3.2.4 采取有效的質量控制措施。在此工程項目中，施工單位要在施工現(xiàn)場成立QC質量管理小組，針對高壓噴射注漿施工現(xiàn)場所出現(xiàn)的問題，采用QC管理方法，找到工程施工質量問題的產生原因，并制定解決方案，及時改正。針對影響工程施工質量的部位或重要工序位置，要設置適量的控制點。

施工現(xiàn)場內部的各項電氣設備和電氣施工機械設備要采取安全的接零保護措施。一些大型施工機械設備無法進行接零保護，需要進行接地保護。在各個供電回路中，要在其首末端位置重復接地。若施工線路過長，要適當增加重復接地點。施工現(xiàn)場配電箱上部要設置防雨棚[10]。

3.3 施工效果分析

第一，工程施工期間，高壓噴射注漿引起鐵路路基隆起的原理與注水膨脹原理相同，膨脹變形量主要由應力變小與孔隙水壓力增大等兩方面原因引起，由于孔隙水壓力的逐漸增大，土骨架瞬間膨脹，產生較大應力。另外，土體顆粒的黏性流動率與孔隙水流動率下降，也容易引發(fā)鐵路路基隆起。

第二，鐵路路基隆起，和高壓噴射注漿施工過程中樁體周圍所產生的擠壓應力有一定聯(lián)系。因為樁體周圍產生較大的擠壓應力，該應力明顯大于土體自身所承受的孔隙水壓力，使得土體對鐵路路基產生較大的沖擊破壞，鐵路路基底部出現(xiàn)隆起。施工單位除了要控制高壓噴射注漿壓力，還要合理選擇施工參數(shù)，并結合高壓噴射注漿隆起量，適當降低高壓噴射注漿施工效率，調整各項施工參數(shù)，以顯著減少鐵路路基隆起量[11]。

第三，施工人員要適當降低施工速度，不斷減少粉砂層施工時間，優(yōu)化高壓噴射注漿施工工藝，更好地保證工程施工質量。

4 結語

本文從多個角度介紹了鐵路路基隆起原因，并提出降低注漿壓力、降低孔隙水壓力等對策，以期顯著提升鐵路路基的安全性，避免鐵路路基出現(xiàn)較大沉降。此鐵路路基加固期間采用上述措施，工程施工效率得到提升，鐵路路基隆起量得到有效控制，經專業(yè)檢驗機構檢測，工程質量達標，鐵路路基隆起量滿足規(guī)定要求，因此可以為類似工程項目提供一定參考。

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