張春利

摘 要：高壓注漿加固技術(shù)施工操作簡便，可以廣泛應(yīng)用于鐵路路基處理中，效果較好。本文結(jié)合工程應(yīng)用案例，簡要介紹了高壓注漿加固技術(shù)的特點(diǎn)，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(guān)鍵詞：高壓注漿加固技術(shù);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(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大。在鐵路路基處理過程中，高壓注漿加固技術(shù)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(diǎn)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(gòu)施工工藝，利用管片進(jìn)行有效支撐。工程所在區(qū)域的水文地質(zhì)條件如下：地下水位淺部為潛水，外界降雨補(bǔ)給，對混凝土結(jié)構(gòu)無侵蝕，黏土滲透系數(shù)為（0.21～3.90）×10-6 cm/s，粉質(zhì)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(shù)特點(diǎn)

高壓注漿加固技術(shù)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(jīng)過一段時(shí)間后，漿液能夠?qū)⒃械耐令w粒膠結(jié)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(yùn)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(yùn)用，在實(shí)際施工過程中，施工單位要嚴(yán)格控制注漿材料質(zhì)量，并結(jié)合鐵路路基結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工程所在區(qū)域的地質(zhì)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(jié)合注漿目的，包括受注體的地質(zhì)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(xué)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(jī)化學(xué)材料與有機(jī)化學(xué)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(gòu)機(jī)施工工藝，順著鐵路隧道中心軸線方向，產(chǎn)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(gòu)機(jī)下穿鐵路）對鐵路運(yùn)行的負(fù)面影響，盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行期間，施工單位決定在鐵路兩側(cè)采取旋噴樁進(jìn)行土體加固。

施工人員在旋噴樁的內(nèi)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(shè)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(shí)鐵路基坑內(nèi)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(jìn)度產(chǎn)生較大影響。

因?yàn)椴捎酶邏簢娚渥{工藝，在實(shí)際施工過程中，產(chǎn)生的注漿壓力比較大，對鐵路路基產(chǎn)生一定沖擊與破壞，從而影響鐵路基礎(chǔ)上部各項(xiàng)設(shè)備與設(shè)施的安全運(yùn)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(nèi)部注入高壓漿液，其施工原理和土體注水試驗(yàn)類似，相關(guān)人員通過開展土體注水試驗(yàn)，進(jìn)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(zhì)進(jìn)行全面分析，在黏土與黏土夾粉砂中開展注水試驗(yàn)，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(guān)人員根據(jù)擠土效果，深入分析無限土體中的小孔擴(kuò)張現(xiàn)象，運(yùn)用土彈塑性理論得知，在擠壓的瞬間，土體應(yīng)力達(dá)到最大，最終引發(fā)變形。

3.2.2 施工技術(shù)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(huì)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(shí)有大約20%漿液自旋噴樁孔冒出，剩余的漿液和土粒固結(jié)，成為基礎(chǔ)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(fù)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(jìn)行施工，注漿管在噴射高壓漿液的過程中會(huì)噴射高壓空氣，水氣同軸復(fù)合噴射過程中，高壓空氣流會(huì)對土體產(chǎn)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(qiáng)，擴(kuò)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(jié)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(huì)導(dǎo)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(yīng)變現(xiàn)象，施工人員要適當(dāng)降低高壓噴射注漿壓力，保證土體應(yīng)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(yīng)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(dāng)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(shí)彈性變形快速恢復(fù)，將每隔1個(gè)樁體施工，變?yōu)槊扛?個(gè)樁體施工，避免相鄰樁體應(yīng)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(yàn)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(shí)要合理控制注漿管的提升速度，不斷縮短粉砂層注水時(shí)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(shí)，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(cè)，施工人員可以設(shè)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(shí)在鋼管壁表面設(shè)置[Φ]20 mm小孔，在鋼管內(nèi)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(chǎn)生較大沖擊，同時(shí)孔隙水壓力會(huì)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(chǎn)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(diào)整高壓噴射注漿施工范圍，盡可能在鐵路外側(cè)施工。結(jié)合相關(guān)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(diào)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(chǎn)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(yùn)行情況，確定工作基點(diǎn)樁位并埋設(shè)，如果工作基點(diǎn)樁埋設(shè)位置不準(zhǔn)確，會(huì)對后續(xù)觀測結(jié)果產(chǎn)生影響，降低鐵路路基加固效果。在確定工作基點(diǎn)樁位的過程中，觀測人員要結(jié)合觀測對象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(dāng)增加施工控制點(diǎn)的數(shù)量，保證各項(xiàng)觀測數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

在地表水觀測過程中，觀測人員要在邊樁周圍設(shè)置觀測點(diǎn)。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(zhì)與水文情況進(jìn)行全方面勘測，為后續(xù)的監(jiān)控量測提供有力支持，進(jìn)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(xiàng)目中，觀測人員可以結(jié)合各個(gè)工段的具體情況，詳細(xì)分析各施工參數(shù)，并在路堤兩側(cè)埋設(shè)邊樁，從而更加準(zhǔn)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(xiàng)。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(jié)束后，在擋墻兩側(cè)，設(shè)置控制點(diǎn)，并結(jié)合控制點(diǎn)具體位置，放出孔位，在實(shí)際注漿施工前，還要標(biāo)明孔號(hào)[8]。第三，施工人員要進(jìn)行試樁，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，有序開展試樁工作，進(jìn)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(zhì)量，防止鐵路路基出現(xiàn)較大隆起。第四，在成孔鉆進(jìn)過程中，如果遇到地下障礙，施工人員禁止強(qiáng)行鉆進(jìn)，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?jǐn)嚢?，攪拌均勻后才能進(jìn)行噴射施工，施工人員要隨用隨攪拌，嚴(yán)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(guān)注鐵路路基隆起情況，及時(shí)調(diào)整注漿壓力。

3.2.4 采取有效的質(zhì)量控制措施。在此工程項(xiàng)目中，施工單位要在施工現(xiàn)場成立QC質(zhì)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(zhì)量問題的產(chǎn)生原因，并制定解決方案，及時(shí)改正。針對影響工程施工質(zhì)量的部位或重要工序位置，要設(shè)置適量的控制點(diǎn)。

施工現(xiàn)場內(nèi)部的各項(xiàng)電氣設(shè)備和電氣施工機(jī)械設(shè)備要采取安全的接零保護(hù)措施。一些大型施工機(jī)械設(shè)備無法進(jìn)行接零保護(hù)，需要進(jìn)行接地保護(hù)。在各個(gè)供電回路中，要在其首末端位置重復(fù)接地。若施工線路過長，要適當(dāng)增加重復(fù)接地點(diǎn)。施工現(xiàn)場配電箱上部要設(shè)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(yīng)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(chǎn)生較大應(yīng)力。另外，土體顆粒的黏性流動(dòng)率與孔隙水流動(dòng)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(chǎn)生的擠壓應(yīng)力有一定聯(lián)系。因?yàn)闃扼w周圍產(chǎn)生較大的擠壓應(yīng)力，該應(yīng)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(chǎn)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(jié)合高壓噴射注漿隆起量，適當(dāng)降低高壓噴射注漿施工效率，調(diào)整各項(xiàng)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(dāng)降低施工速度，不斷減少粉砂層施工時(shí)間，優(yōu)化高壓噴射注漿施工工藝，更好地保證工程施工質(zhì)量。

4 結(jié)語

本文從多個(gè)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(jīng)專業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢測，工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)，鐵路路基隆起量滿足規(guī)定要求，因此可以為類似工程項(xiàng)目提供一定參考。

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