(京沈鐵路客運(yùn)專線遼寧有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

近年來(lái)，雖然注漿加固技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，但是目前仍存在許多問(wèn)題，最主要的問(wèn)題是難以使?jié){液按照設(shè)計(jì)要求準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定的注入范圍，常出現(xiàn)注漿遺漏部位。注漿遺漏部位過(guò)多則會(huì)相互連通，造成隱患[1]。針對(duì)以上問(wèn)題，需要對(duì)注漿效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，探查遺漏部位，驗(yàn)證注漿加固的可靠性。

高速鐵路路基段在鋪軌后，軌檢小車進(jìn)行無(wú)砟軌道幾何狀態(tài)檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)部分路基段出現(xiàn)下沉。經(jīng)補(bǔ)勘分析得知路基基底地基表層土層具有濕陷性，水環(huán)境改變產(chǎn)生了附加變形引起路基沉降。為消除工程隱患，保證未來(lái)鐵路的運(yùn)營(yíng)安全，采用袖閥管注漿對(duì)該地基特殊土層進(jìn)行加固。加固完成后，針對(duì)鋪軌條件下路基注漿效果開展注漿檢測(cè)。雖然對(duì)路基填筑前地基注漿加固檢測(cè)已經(jīng)開展了大量研究[2-5]，但是對(duì)路基填筑、軌道結(jié)構(gòu)鋪設(shè)完成后，高路基填方下基底深層注漿檢測(cè)的研究相對(duì)較少，且此類條件下注漿檢測(cè)環(huán)境條件更為復(fù)雜。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程，對(duì)無(wú)砟軌道鋪軌后路基深層注漿效果檢測(cè)方法進(jìn)行研究，研究成果可供類似路基注漿工程的注漿效果檢測(cè)參考。

1 試驗(yàn)工點(diǎn)概況

試驗(yàn)工點(diǎn)路基段地勢(shì)較平坦，路基填方較高，最大高度為8 m。該段地基表層覆蓋粉質(zhì)黏土，部分具有濕陷性，厚2.2～3.4 m，下覆全風(fēng)化頁(yè)巖。正線無(wú)砟軌道已鋪設(shè)完畢，在無(wú)砟軌道底座板以下設(shè)置1.4 m厚混凝土基床，其下填料為0.85 m厚級(jí)配碎石摻5%水泥與0.45 m厚A，B組土。

路基段采用袖閥管注漿加固，注漿斷面如圖1所示。袖閥管注漿可以較好地控制注漿范圍和注漿壓力，還可以進(jìn)行重復(fù)注漿，保證注漿質(zhì)量。注漿加固的路基段無(wú)砟軌道正線兩側(cè)鋪設(shè)有砟軌道聯(lián)絡(luò)線。為保證注漿范圍，注漿孔布設(shè)于正線無(wú)砟軌道線間以及正線無(wú)砟軌道與兩側(cè)有砟軌道聯(lián)絡(luò)線線間。地基表層粉質(zhì)黏土具有一定濕陷性，為本次注漿處理的重點(diǎn)層位。根據(jù)結(jié)構(gòu)粉質(zhì)黏土層的厚度及其上下界面條件，確定溢漿口的間距，使?jié){液盡量注入到粉質(zhì)黏土中，注漿孔進(jìn)入全風(fēng)化巖的深度不小于0.5 m。

圖1 注漿斷面示意

2 注漿效果評(píng)價(jià)

注漿效果是指漿液在地層中的分布狀態(tài)與預(yù)定注入范圍的吻合程度及注漿后復(fù)合土質(zhì)參數(shù)的提高情況。目前，常用的注漿效果評(píng)價(jià)方法主要有鉆孔取芯、鉆孔觸探、旁壓試驗(yàn)、壓水試驗(yàn)、面波法、電探測(cè)法、電磁波CT、載荷試驗(yàn)等。不同的注漿效果檢測(cè)方法有各自的優(yōu)勢(shì)和適用條件，需要根據(jù)注漿目的并結(jié)合工程特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際客觀條件，選用最合適、有效的注漿效果評(píng)價(jià)方法。針對(duì)注漿效果評(píng)價(jià)方法，雖然目前相關(guān)規(guī)范中有一定要求，但是針對(duì)不同工程，煤炭、冶金、水利等部門規(guī)范各不相同，鐵路系統(tǒng)也沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

無(wú)砟軌道鋪軌后進(jìn)行路基注漿檢測(cè)，需將鋪設(shè)完成的軌道結(jié)構(gòu)視為成品進(jìn)行嚴(yán)格的保護(hù)，并盡量少擾動(dòng)已經(jīng)碾壓合格的路基本體，在此基礎(chǔ)上應(yīng)采用便捷的檢測(cè)方法進(jìn)行合理評(píng)價(jià)。因此，本文針對(duì)鋪軌條件下路基注漿檢測(cè)，通過(guò)鉆芯取樣、標(biāo)準(zhǔn)貫入、旁壓試驗(yàn)3種方法進(jìn)行注漿檢測(cè)，綜合評(píng)價(jià)注漿效果。

2.1 鉆芯取樣檢測(cè)

遵循檢測(cè)孔均勻布置的原則，對(duì)處理區(qū)段29個(gè)孔鉆芯取樣。鉆芯取樣是注漿檢測(cè)最直觀常見(jiàn)的方法，目前對(duì)于芯樣主要采用表觀觀察法。依據(jù)“多處可見(jiàn)水泥結(jié)石體”、“基本填滿可見(jiàn)縫隙”2條準(zhǔn)則對(duì)注漿效果進(jìn)行判別。

為了便于分析注漿范圍軟弱土層漿液的注入情況，提出水泥結(jié)石芯樣占比的概念。定義每30 cm(地質(zhì)鉆機(jī)取樣器長(zhǎng)度)鉆芯試樣中，若發(fā)現(xiàn)其中某一段含有水泥結(jié)石體或芯樣整體普遍含有水泥結(jié)石體，則此30 cm 芯樣為可見(jiàn)水泥結(jié)石體芯樣。水泥結(jié)石體芯樣占比為可見(jiàn)水泥結(jié)石體芯樣的總長(zhǎng)度占注漿總長(zhǎng)度之比。在所取芯樣中，即便每一段所含水泥結(jié)石體較少，也可認(rèn)為其為水泥結(jié)石體芯樣。為進(jìn)一步說(shuō)明水泥結(jié)石體芯樣占比概念，在29個(gè)鉆孔中選取4個(gè)芯體，取芯結(jié)果以及水泥結(jié)石芯樣占比見(jiàn)表1。

表1 4個(gè)鉆孔取芯結(jié)果以及水泥結(jié)石體芯樣占比

鉆孔位置注漿范圍約為3 m,ZK1芯樣9.0～11.7 m 處含有水泥結(jié)石體，水泥結(jié)石體芯樣長(zhǎng)度為2.7 m，則水泥結(jié)石體芯樣占比為90%；ZK2芯樣8.0～8.6 m，10.2～11.4 m含有水泥結(jié)石體，水泥結(jié)石體芯樣長(zhǎng)度為1.8 m，則水泥結(jié)石體芯樣占比為60%。無(wú)論芯樣中含有較少的水泥結(jié)石體(見(jiàn)圖2(a))，還是條狀、柱狀水泥結(jié)石體(見(jiàn)圖2(b))，均認(rèn)為其是含有水泥結(jié)石體的芯樣。

圖2 水泥結(jié)石體

本次鉆孔驗(yàn)證的29個(gè)孔中，水泥結(jié)石體芯樣占比平均值為65%，除個(gè)別孔外水泥結(jié)石體芯樣占比均大于50%。說(shuō)明此次注漿地層中，至少每50 cm芯樣中就含有水泥結(jié)石體。水泥結(jié)石體芯樣占比的概念能一定程度反應(yīng)漿液的填充范圍，簡(jiǎn)單易懂便于操作，可對(duì)規(guī)范中“多處可見(jiàn)水泥結(jié)石體”的要求進(jìn)行半定量分析。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入檢測(cè)

對(duì)比注漿前后注漿土層標(biāo)準(zhǔn)貫入結(jié)果見(jiàn)表2?？芍醋{加固土層標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)在9～15擊，平均值為11.5擊。根據(jù)探桿長(zhǎng)度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入修正系數(shù)進(jìn)行修正，修正后標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為9.9擊。注漿后標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)在9～19擊，平均值為15.0擊，修正后為11.1擊。注漿后土層標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)提高了1.2擊，土體強(qiáng)度提高。

表2 標(biāo)準(zhǔn)貫入結(jié)果

由于注漿后土層中水泥塊體分布不均勻，導(dǎo)致注漿后標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)離散性較大，注漿后標(biāo)準(zhǔn)貫入修正標(biāo)準(zhǔn)值的變異系數(shù)為0.182，大于注漿前修正后標(biāo)準(zhǔn)值的變異系數(shù)。部分標(biāo)準(zhǔn)貫入檢測(cè)處無(wú)水泥塊體，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)只有9～10擊，無(wú)法反應(yīng)注漿效果；部分標(biāo)準(zhǔn)貫入檢測(cè)處可能恰好在水泥塊體上，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)達(dá)到19擊，在一定程度上反映的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)偏大。因此，注漿后標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)統(tǒng)計(jì)值并不能完全反映注漿土體狀態(tài)。同時(shí)，對(duì)于路基基底以下地基的深層土體進(jìn)行注漿檢測(cè)，探桿長(zhǎng)度在9～13 m，需對(duì)原始擊數(shù)進(jìn)行桿長(zhǎng)或地下水位的修正，增加了標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)統(tǒng)計(jì)的難度以及不可靠性。注漿后標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)統(tǒng)計(jì)值提高并不明顯，修正后統(tǒng)計(jì)值只提高了1～2擊。依據(jù)規(guī)范和地方經(jīng)驗(yàn)值，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)以查表的方式難以確定土層承載力特征值是否提高。標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)雖然可以反映出土體強(qiáng)度提高與否，但無(wú)法得到直接的土性參數(shù)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)統(tǒng)計(jì)值難以量化注漿檢測(cè)效果。

2.3 旁壓試驗(yàn)檢測(cè)

在無(wú)砟軌道線間選取了2個(gè)孔位(A點(diǎn)和B點(diǎn))，同一位置在路基注漿前后分別鉆孔，對(duì)加固土層開展旁壓試驗(yàn)，對(duì)比注漿前后土體性質(zhì)參數(shù)的變化并對(duì)注漿效果進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)采用PM-2A型預(yù)鉆式旁壓儀，得到不同位置處壓力和位移的關(guān)系曲線即旁壓曲線，從而確定地基層的臨界塑限壓力、極限壓力、旁壓剪切模量等有關(guān)土力學(xué)指標(biāo)。旁壓試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 旁壓試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知：注漿前A點(diǎn)土層旁壓剪切模量為3.8 MPa，承載力特征值為126 kPa；注漿后土層旁壓剪切模量為5.8 MPa，較注漿前提高52%，承載力特征值為168 kPa，較注漿前提高33%。注漿前B點(diǎn)土層旁壓剪切模量為5.0 MPa，承載力特征值為134 kPa；注漿后土層旁壓剪切模量為5.6 MPa，較注漿前提高12%，承載力特征值為157 kPa，較注漿前提高17%。可見(jiàn)，通過(guò)注漿前后旁壓剪切模量和承載力特征值的變化能夠定量反映出注漿后土體性質(zhì)提高程度。旁壓試驗(yàn)?zāi)軌虻玫阶{前后土體性質(zhì)的直接參數(shù)，且預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)受檢測(cè)深度影響小，對(duì)黏性土、粉土、細(xì)砂等均勻土層的注漿檢測(cè)有良好的效果。

值得指出的是，面波、聲波、電磁波CT等無(wú)損檢測(cè)方法在路基注漿檢測(cè)中得到了良好的應(yīng)用[6-9]，但是在無(wú)砟軌道鋪設(shè)完成的條件下，常規(guī)的面波檢測(cè)試驗(yàn)并未取得良好的效果。面波檢測(cè)效果受路基上軌道以及其他附屬結(jié)構(gòu)、場(chǎng)地平整度影響，且檢測(cè)精度受探查深度制約，不適用于鋪軌條件下鐵路路基注漿評(píng)價(jià)。

3 無(wú)砟軌道鋪軌后路基注漿檢測(cè)孔比例探討

TB 10106—2010《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》及JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》要求采用地質(zhì)鉆孔取芯，代表性檢驗(yàn)點(diǎn)不小于注漿孔總數(shù)的2%。本次試驗(yàn)共做檢測(cè)孔29個(gè)，約占總孔數(shù)的1.3%。由于無(wú)砟軌道線路和聯(lián)絡(luò)線已經(jīng)施工完畢，鉆芯取樣位置受到很大限制，只能在無(wú)砟軌道正線線間和兩側(cè)路肩位置垂直取芯。根據(jù)鉆孔注漿記錄可知，該區(qū)域內(nèi)滿足地質(zhì)鉆孔施工條件的約850個(gè)。鉆芯取樣孔數(shù)雖然只占總注漿孔數(shù)的1.3%，但是占代表區(qū)域總孔數(shù)的3.4%。在注漿孔分布均勻、地質(zhì)環(huán)境相似、施工過(guò)程各孔注漿量相近的前提下，檢測(cè)孔基本能夠代表整個(gè)區(qū)域內(nèi)的注漿效果。

因此，對(duì)軌道結(jié)構(gòu)已鋪設(shè)完成的路基進(jìn)行注漿檢測(cè)時(shí)，若鉆芯取樣以及原位試驗(yàn)位置受限，可適當(dāng)減小檢測(cè)孔比例，并結(jié)合施工過(guò)程注漿量控制等情況對(duì)注漿效果進(jìn)行綜合判斷。

4 結(jié)論

本研究通過(guò)鉆芯取樣、標(biāo)準(zhǔn)貫入、旁壓試驗(yàn)3種注漿檢測(cè)試驗(yàn)，分析了路基鋪軌條件下的注漿檢測(cè)效果，主要結(jié)論如下：

1)芯樣普遍含有水泥結(jié)石體、孔隙完全填滿。本文提出水泥結(jié)石體芯樣占比的概念，能一定程度反映漿液的填充范圍，對(duì)規(guī)范中“多處可見(jiàn)水泥結(jié)石體”的要求進(jìn)行半定量分析。在此次注漿地層和參數(shù)中，至少每50 cm芯樣中含有水泥結(jié)石體。

2)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)可以定性反映出土體強(qiáng)度提高與否，而難以量化注漿檢測(cè)效果。通過(guò)旁壓試驗(yàn)?zāi)軌虻玫阶{前后土體性質(zhì)參數(shù)的變化，對(duì)于均勻土層的注漿效果檢測(cè)適用性良好。

3)受鋪軌條件限制，在注漿孔分布均勻、地質(zhì)環(huán)境相似、施工過(guò)程中各孔注漿量相近的前提下，可適當(dāng)減小檢測(cè)孔比例，并依據(jù)施工過(guò)程控制等其他手段對(duì)注漿效果進(jìn)行綜合判斷。