劉宗明

(鄭州鐵路局 鄭州橋工段，鄭州 450000)

應(yīng)用注漿技術(shù)整治粉土路基病害的實(shí)踐

劉宗明

(鄭州鐵路局 鄭州橋工段，鄭州 450000)

對(duì)粉土路基病害情況以及產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了分析，通過(guò)廢棄路基注漿試驗(yàn)以及在既有運(yùn)營(yíng)線的試驗(yàn)性施工，提出了粉土路基注漿的工藝和方法;達(dá)到了整治粉土路基病害的效果。

鐵路 既有線 路基 粉土 注漿

1 情況介紹

注漿法是指利用液壓、氣壓或電化學(xué)原理，通過(guò)注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿液以充填，滲透和擠密等方式趕走土顆粒間的水分和空氣后占據(jù)其位置，經(jīng)人工控制一定時(shí)間后，漿液將原來(lái)松散的土料或裂隙膠結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度大、防水性能高和化學(xué)元素穩(wěn)定性好的“結(jié)石體”。

鉆孔注漿加固路基，特別是在場(chǎng)地狹窄、地形條件復(fù)雜的情況下，運(yùn)用輕便的施工機(jī)械，可以起到施工方便、快速、經(jīng)濟(jì)節(jié)約的效果。在對(duì)運(yùn)營(yíng)中的京九鐵路鄭州橋工段管內(nèi)粉土路基病害整治時(shí)，采用注漿技術(shù)，通過(guò)試驗(yàn)性施工、廢棄路基開(kāi)挖試驗(yàn)等措施，適當(dāng)調(diào)整了注漿參數(shù)，取得了較好的效果，為今后路基病害整治提供了經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

鄭州橋工段管轄的京九線北起 K650+273，南至K718+300，全長(zhǎng)136.054 km，大部分是粉土為填料的路基，由于該種土松散、無(wú)黏聚力，遇水易流失且承載力下降嚴(yán)重，含水量高時(shí)容易造成液化。再持續(xù)降水的情況下，雨水通過(guò)道床滲入路基，因既有線路基床表面凹凸不平和道砟陷槽，雨水在基床中形成水囊，在水的滲透和列車的振動(dòng)荷載的持續(xù)作用下，路堤中的水囊不斷增大。到一定程度，水囊從路堤側(cè)面穿透形成粉土路基特有的“腰漏”病害，“腰漏”易造成道砟的陷落;在多個(gè)水囊連續(xù)的情況下就會(huì)造成整個(gè)線路路堤的倒塌，對(duì)鐵路安全運(yùn)輸以至旅客生命造成極大的威脅。該種病害一旦發(fā)生，其影響范圍廣，處置難度大，成本費(fèi)用高。

2000年到2004年間，我段京九線管內(nèi)累計(jì)發(fā)生水害約269處，其中邊坡溜坍、危及行車安全135處約47 km，線路下沉134處約20.8 km;正線因水害封鎖累計(jì)約47 h 10 min。

3 注漿方案設(shè)計(jì)

鐵道部在2005年對(duì)京九線路基病害進(jìn)行專項(xiàng)整治。

在大面積施工前，為了不影響行車，選取一段既有運(yùn)營(yíng)線路路基和一段廢舊路基作為試驗(yàn)段進(jìn)行粉土路基注漿加固的工藝、方法和設(shè)計(jì)參數(shù)試驗(yàn)。在注漿試驗(yàn)中，研究在不中斷行車條件下機(jī)械成孔灌漿成套施工方法，通過(guò)試驗(yàn)最終形成針對(duì)粉土路基的有效的注漿工藝，獲得注漿孔布置、孔深、漿液配備、注漿壓力、流量等重要技術(shù)參數(shù)，形成完整、經(jīng)濟(jì)、有效的整治方案。在廢舊路基上的注漿試驗(yàn)，可以通過(guò)開(kāi)挖檢測(cè)注漿質(zhì)量。在既有運(yùn)營(yíng)線上，檢測(cè)加固前后線路狀態(tài)的變化，評(píng)判加固的實(shí)際效果;觀測(cè)加固路堤的穩(wěn)定性及其動(dòng)態(tài)變化，評(píng)判加固方法的長(zhǎng)期效果。

開(kāi)挖試驗(yàn)選擇隴海線廢舊路基，位于新改線的隴海線K528+000的西側(cè)，靠近新改線路基，該段路基為粉土路基，路基高度為5～6 m，選擇其中20 m做為試驗(yàn)路基。

既有運(yùn)營(yíng)線路注漿試驗(yàn)，選擇京九線某站六股，該處道床中心存在道砟囊，有翻漿冒泥、下沉等病害。

1)注漿孔布置:一般來(lái)說(shuō)，路基填方高度越高，所需的注漿孔數(shù)越多;注漿孔數(shù)越多，路基的加固效果越好，注漿孔的間距跟漿液擴(kuò)散半徑有關(guān)。在開(kāi)挖試驗(yàn)中，分別按 1.1 m、1.3 m、1.5 m布設(shè)注漿孔，在 0.5 MPa壓力下，均出現(xiàn)漿液滲透搭接效果，因此建議注漿孔的設(shè)計(jì)間距以1.5 m為宜。

2)注漿材料及其性能參數(shù):試驗(yàn)中共采用兩種注漿材料，分別為水泥—粉煤灰、水泥—水玻璃，分別對(duì)試驗(yàn)段注漿，擇優(yōu)選用。其中水泥采用強(qiáng)度等級(jí)為32.5的普通水泥，對(duì)水泥 +粉煤灰漿液，其質(zhì)量比為水泥∶粉煤灰 =1∶4、水灰比為 0.9∶1 ～1.2∶1，在對(duì)結(jié)石體強(qiáng)度影響不大的情況下，增加粉煤灰用量可以有效降低工程造價(jià)。在低路基且砟囊較大的路段采用小的水灰比，在高路基且砟囊裂隙小的路段采用較大的水灰比。

對(duì)水泥—水玻璃漿液，一般情況下水泥漿:水玻璃=1∶1～1∶0.5(體積比)。在水泥漿中摻入水玻璃可以加快凝固速度，原來(lái)主要用于堵漏等工程中;采用單液注漿泵時(shí)容易造成管路的堵塞，必須采用雙液注漿泵;另外，此配方造價(jià)較高，約為水泥—粉煤灰配方造價(jià)的2～3倍。

3)注漿順序:先對(duì)離道砟線最遠(yuǎn)的外側(cè)豎直注漿孔進(jìn)行注漿，這樣做的目的是首先形成一個(gè)注漿區(qū)域，以免在后續(xù)注漿時(shí)，漿液向注漿區(qū)域外滲漏，造成不必要的浪費(fèi)。其次對(duì)離道砟線最近、離路基頂面距離最小的注漿孔進(jìn)行注漿，因?yàn)檫@排注漿孔對(duì)路基頂面是否被頂起有著重要的作用，這排孔注漿完之后限制了后續(xù)的漿液在這排孔與路基頂面區(qū)域內(nèi)的滲流，能有效防止后續(xù)注漿對(duì)路基頂面的頂起作用。接下來(lái)按照橫斷面圖上注漿孔由上到下的順序進(jìn)行注漿。

4)注漿壓力:注漿壓力是影響擴(kuò)散半徑及注漿效果的的主要參數(shù)。采用較大的注漿壓力可以增加漿液的擴(kuò)散能力，從而減少鉆孔數(shù)量，還能使一些微細(xì)孔隙張開(kāi)提高可注性，擠出多余水分，增加加固效果。在既有運(yùn)營(yíng)鐵路路基注漿，當(dāng)注漿壓力超過(guò)被注地層上部強(qiáng)度時(shí)，造成路基頂面土被頂起，鋼軌變形，影響安全行車。因此，需要采取由上而下分層注漿，待上層注漿結(jié)石體凝固后二次注漿等措施。

由文獻(xiàn)[3]可知，當(dāng)注漿孔上部土體開(kāi)始破壞時(shí)，有

P0≥ 2γH+St

式中，P0為注漿孔內(nèi)的注漿壓力，γ為土體重度，H為注漿孔軸線埋深，St為土的抗拉強(qiáng)度。粉土的抗拉強(qiáng)度近似為零，由上式可知，當(dāng)壓力達(dá)到P0后，漿液進(jìn)入劈裂流動(dòng)階段，壓力降低，裂縫發(fā)展到一定階段后，壓力重新上升，進(jìn)入被動(dòng)土壓力階段，最大容許壓力為

Pmax=γgH+St

可以根據(jù)這個(gè)公式來(lái)確定調(diào)整注漿壓力，在廢棄路基段注漿試驗(yàn)中，計(jì)算出的注漿壓力值基本和計(jì)算值吻合。

但對(duì)壓力的控制必須引起高度的重視，2009年4月15號(hào)，某段在隴海線注漿時(shí)就造成路基拱起，軌道幾何尺寸嚴(yán)重不良，動(dòng)檢車檢查出7個(gè)四級(jí)、3個(gè)三級(jí)偏差。壓力過(guò)大容易造成線路變形，這也給施工人員造成了一定程度的心理壓力，在施工中刻意降低注漿壓力，甚至有些施工隊(duì)伍弄虛作假。

4 整治效果

2005年京九線開(kāi)封工務(wù)段對(duì)管內(nèi)的42座橋頭進(jìn)行了注漿加固實(shí)踐，取得了很好的效果，橋頭路基下沉基本得到治理，汛期沒(méi)有發(fā)生水害，基床排水良好，減少了維修工作量。通過(guò)對(duì)注漿前后土體的干密度進(jìn)行分析表明，土體注漿后干重度有較大幅度的增加，由注漿前的平均16.28 kN/m3增加到平均18.04 kN/m3，注漿后強(qiáng)度增加的一個(gè)重要原因是充填材料的密度增加。注漿前后，土體的孔隙比由0.65左右下降到0.45左右。路基壓縮模量由12～14 MPa，上升到20～40 MPa。路基回彈模量由60～80 MPa，上升到80～120 MPa。

路基注漿加固的效果主要由兩個(gè)方面決定的，一方面在土中注漿，一部分漿塊附著在被加固體上，加強(qiáng)了被加固體與土體的相互作用，這一作用能顯著提高被加固體的承載能力(如糖葫蘆狀漿塊);另一方面，注入土中的大量漿液形成與被加固體聯(lián)系松散的漿塊(如板狀漿塊)，加固了被加固體周圍的土體，并改變了土中應(yīng)力的傳遞方式，這一作用對(duì)提高被加固體承載力效果相對(duì)不明顯。

5 結(jié)論

實(shí)踐表明，注漿可在不影響行車的條件下進(jìn)行施工。通過(guò)注漿，使路基中道砟陷槽中的道砟、土壤和水泥漿結(jié)合凝固，形成封閉的基床面及光滑的路基表面，有效恢復(fù)路基的排水功能，使道砟陷槽注漿后不再遭雨水沖刷擴(kuò)大，陷槽不會(huì)擴(kuò)展，道床內(nèi)的水可從基床排出，從根本上提高了路基的穩(wěn)定性和線路的質(zhì)量。

[1]劉正峰.地基與基礎(chǔ)工程新技術(shù)[M].北京.海潮出版社，2000.

[2]李景安.注漿處理鐵路高路基下沉和溜坍施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2008(2):83-85.

[3]王哲等.劈裂注漿法在運(yùn)營(yíng)鐵路軟土地基處理中的應(yīng)用[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005(5):1621.

[4]祁健政等.巖土注漿理論與工程實(shí)例[M].北京.科學(xué)出版社，2001.

[5]危鳳海，郭建芳.注漿法在加固既有路橋過(guò)渡段中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2008(11):62-65.

U213.1+5

B

1003-1995(2010)04-0079-02

2009-09-18;

2010-02-25

劉宗明(1972— )，男，河南柘城人，工程師。

(責(zé)任審編 王天威)