应用注浆技术整治粉土路基病害的实践

时间：2024-07-28

刘宗明

(郑州铁路局郑州桥工段，郑州 450000)

应用注浆技术整治粉土路基病害的实践

刘宗明

(郑州铁路局郑州桥工段，郑州 450000)

对粉土路基病害情况以及产生的机理进行了分析，通过废弃路基注浆试验以及在既有运营线的试验性施工，提出了粉土路基注浆的工艺和方法;达到了整治粉土路基病害的效果。

铁路既有线路基粉土注浆

1 情况介绍

注浆法是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以充填，渗透和挤密等方式赶走土颗粒间的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土料或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学元素稳定性好的“结石体”。

钻孔注浆加固路基，特别是在场地狭窄、地形条件复杂的情况下，运用轻便的施工机械，可以起到施工方便、快速、经济节约的效果。在对运营中的京九铁路郑州桥工段管内粉土路基病害整治时，采用注浆技术，通过试验性施工、废弃路基开挖试验等措施，适当调整了注浆参数，取得了较好的效果，为今后路基病害整治提供了经验。

2 工程概况

郑州桥工段管辖的京九线北起 K650+273，南至K718+300，全长136.054 km，大部分是粉土为填料的路基，由于该种土松散、无黏聚力，遇水易流失且承载力下降严重，含水量高时容易造成液化。再持续降水的情况下，雨水通过道床渗入路基，因既有线路基床表面凹凸不平和道砟陷槽，雨水在基床中形成水囊，在水的渗透和列车的振动荷载的持续作用下，路堤中的水囊不断增大。到一定程度，水囊从路堤侧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;在多个水囊连续的情况下就会造成整个线路路堤的倒塌，对铁路安全运输以至旅客生命造成极大的威胁。该种病害一旦发生，其影响范围广，处置难度大，成本费用高。

2000年到2004年间，我段京九线管内累计发生水害约269处，其中边坡溜坍、危及行车安全135处约47 km，线路下沉134处约20.8 km;正线因水害封锁累计约47 h 10 min。

3 注浆方案设计

铁道部在2005年对京九线路基病害进行专项整治。

在大面积施工前，为了不影响行车，选取一段既有运营线路路基和一段废旧路基作为试验段进行粉土路基注浆加固的工艺、方法和设计参数试验。在注浆试验中，研究在不中断行车条件下机械成孔灌浆成套施工方法，通过试验最终形成针对粉土路基的有效的注浆工艺，获得注浆孔布置、孔深、浆液配备、注浆压力、流量等重要技术参数，形成完整、经济、有效的整治方案。在废旧路基上的注浆试验，可以通过开挖检测注浆质量。在既有运营线上，检测加固前后线路状态的变化，评判加固的实际效果;观测加固路堤的稳定性及其动态变化，评判加固方法的长期效果。

开挖试验选择陇海线废旧路基，位于新改线的陇海线K528+000的西侧，靠近新改线路基，该段路基为粉土路基，路基高度为5～6 m，选择其中20 m做为试验路基。

既有运营线路注浆试验，选择京九线某站六股，该处道床中心存在道砟囊，有翻浆冒泥、下沉等病害。

1)注浆孔布置:一般来说，路基填方高度越高，所需的注浆孔数越多;注浆孔数越多，路基的加固效果越好，注浆孔的间距跟浆液扩散半径有关。在开挖试验中，分别按 1.1 m、1.3 m、1.5 m布设注浆孔，在 0.5 MPa压力下，均出现浆液渗透搭接效果，因此建议注浆孔的设计间距以1.5 m为宜。

2)注浆材料及其性能参数:试验中共采用两种注浆材料，分别为水泥—粉煤灰、水泥—水玻璃，分别对试验段注浆，择优选用。其中水泥采用强度等级为32.5的普通水泥，对水泥 +粉煤灰浆液，其质量比为水泥∶粉煤灰 =1∶4、水灰比为 0.9∶1 ～1.2∶1，在对结石体强度影响不大的情况下，增加粉煤灰用量可以有效降低工程造价。在低路基且砟囊较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较大的水灰比。

对水泥—水玻璃浆液，一般情况下水泥浆:水玻璃=1∶1～1∶0.5(体积比)。在水泥浆中掺入水玻璃可以加快凝固速度，原来主要用于堵漏等工程中;采用单液注浆泵时容易造成管路的堵塞，必须采用双液注浆泵;另外，此配方造价较高，约为水泥—粉煤灰配方造价的2～3倍。

3)注浆顺序:先对离道砟线最远的外侧竖直注浆孔进行注浆，这样做的目的是首先形成一个注浆区域，以免在后续注浆时，浆液向注浆区域外渗漏，造成不必要的浪费。其次对离道砟线最近、离路基顶面距离最小的注浆孔进行注浆，因为这排注浆孔对路基顶面是否被顶起有着重要的作用，这排孔注浆完之后限制了后续的浆液在这排孔与路基顶面区域内的渗流，能有效防止后续注浆对路基顶面的顶起作用。接下来按照横断面图上注浆孔由上到下的顺序进行注浆。

4)注浆压力:注浆压力是影响扩散半径及注浆效果的的主要参数。采用较大的注浆压力可以增加浆液的扩散能力，从而减少钻孔数量，还能使一些微细孔隙张开提高可注性，挤出多余水分，增加加固效果。在既有运营铁路路基注浆，当注浆压力超过被注地层上部强度时，造成路基顶面土被顶起，钢轨变形，影响安全行车。因此，需要采取由上而下分层注浆，待上层注浆结石体凝固后二次注浆等措施。

由文献[3]可知，当注浆孔上部土体开始破坏时，有

P0≥ 2γH+St

式中，P0为注浆孔内的注浆压力，γ为土体重度，H为注浆孔轴线埋深，St为土的抗拉强度。粉土的抗拉强度近似为零，由上式可知，当压力达到P0后，浆液进入劈裂流动阶段，压力降低，裂缝发展到一定阶段后，压力重新上升，进入被动土压力阶段，最大容许压力为

Pmax=γgH+St

可以根据这个公式来确定调整注浆压力，在废弃路基段注浆试验中，计算出的注浆压力值基本和计算值吻合。

但对压力的控制必须引起高度的重视，2009年4月15号，某段在陇海线注浆时就造成路基拱起，轨道几何尺寸严重不良，动检车检查出7个四级、3个三级偏差。压力过大容易造成线路变形，这也给施工人员造成了一定程度的心理压力，在施工中刻意降低注浆压力，甚至有些施工队伍弄虚作假。

4 整治效果

2005年京九线开封工务段对管内的42座桥头进行了注浆加固实践，取得了很好的效果，桥头路基下沉基本得到治理，汛期没有发生水害，基床排水良好，减少了维修工作量。通过对注浆前后土体的干密度进行分析表明，土体注浆后干重度有较大幅度的增加，由注浆前的平均16.28 kN/m3增加到平均18.04 kN/m3，注浆后强度增加的一个重要原因是充填材料的密度增加。注浆前后，土体的孔隙比由0.65左右下降到0.45左右。路基压缩模量由12～14 MPa，上升到20～40 MPa。路基回弹模量由60～80 MPa，上升到80～120 MPa。

路基注浆加固的效果主要由两个方面决定的，一方面在土中注浆，一部分浆块附着在被加固体上，加强了被加固体与土体的相互作用，这一作用能显著提高被加固体的承载能力(如糖葫芦状浆块);另一方面，注入土中的大量浆液形成与被加固体联系松散的浆块(如板状浆块)，加固了被加固体周围的土体，并改变了土中应力的传递方式，这一作用对提高被加固体承载力效果相对不明显。