论文部分内容阅读
【摘 要】 本文通过注浆法在津山铁路路基病害治理中的工程应用，对注浆技术参数、浆液材料、施工工艺、加固效果进行了研究，并对注浆过程中遇到的问题提出了处理措施。本文研究结果对于今后类似条件的软土路基加固有一定的参考价值。
【关键词】 既有铁路；软土路基；病害治理；注浆技术
注浆也称为灌浆，是将一定材料按比例配制成浆液，再通过专用压送设备把浆液注入地层、裂隙或空洞，使其产生充填、扩散、凝固或者硬化，从而提高其强度和稳定性，达到地层加固或堵漏防渗的目的[1]。注浆技术具有施工设备简单，操作易于控制，在矮小空间和狭窄场地均可施工，加固深度深浅可控，施工中产生的振动和噪声小、对环境影响小，损耗少、投资小、工期短、见效快等诸多优点[2]。本文通过注浆法在津山铁路病害治理中的工程应用，对注浆技术参数、浆液材料、施工工艺、加固效果进行了研究，并对注浆过程中遇到的问题提出了处理措施。
1 工程概况
1.1线路概况
津山铁路设计等级为I级，复线。路基为填土路堤，高度0.5～4m。
该线路进行提速改造后，在2006年经历汛期时一些区段在不同程度上出现了滑坡、路基下沉等病害。特别是K192+600～K198+900地段，路基出现不均匀沉降，引起铁道线路几何尺寸发生变化，影响到行车安全。为此，对该区段进行了限速，这成为制约列车提速顺利进行的一个技术关键。
1.2工程地质
本区段处于华北平原，地面坡度一般在1/2000范围内，地面绝对高程介于1～4米之间，地层厚度大于200米，表层40米深度范围内为第四系全新统冲洪积地层，主要以粘性土为主，夹细砂、粉砂、薄层粉土。地层性质及主要参数见表1。
2 加固方案选择
津山线为铁路主要干线，运输特别繁忙，治理措施必须既能保证路基的正常加固，又能保证列车的正常运行。汛期结束后，本着经济、安全、可靠又不影响正常行车的整治原则，并结合地质条件，经研究比选，决定采用注浆法进行整治和加固处理。
根据路基病害性质和类型，采取注浆法对K192+700～K193+800段1.1km范围的路基进行加固，内容包括：
（1）填充空洞和加固松散路基土。
（2）防止雨水渗入路基浸泡并加固提高路基整体强度。
3 注浆加固
3.1注浆设计
3.1.1注浆浆液材料及配合比
浆液采用水泥-水玻璃混合浆液，普通硅酸盐水泥标号为32.5，水玻璃浓度为30°Be′。水玻璃可促使水泥浆早凝，水泥凝固后可产生较高的抗压强度。为得到较为理想的配合比，对不同配比的浆液进行了试验。由试验可知，水泥-水玻璃混合浆液的凝固时间可在几十秒内准确地控制，水玻璃与水泥浆的比例越大水泥浆越浓，凝结时间就越短。试验结果如图1，其曲线代表了水玻璃波美度在（30～45）之间，不同水灰比下的综合曲线之趋势。
图1 水泥浆与水玻璃浆体积比对浆液28天强度影响
从图1可以看出，水泥-水玻璃配比在一定的条件下，水灰比减小，结实体强度提高，并且在相同的水灰比条件下，当水泥-水玻璃的体积比为0.3～0.8时，结石体强度较高。
据此试验结果，并结合现场施工经验，选定水灰比为1：1，水泥与水玻璃体积比为1：0.7。
3.1.2浆液扩散半径和注浆孔布置
浆液扩散半径受地层土质、渗透系数、地层不均匀性等因素影响，理论计算与实践相比往往有一定差距，一般由单管注浆溶液经现场试验确定。正式注浆前，选取3个不同位置和不同深度的钻孔进行注浆试验，深度为2.5、3.5和5.5m的注浆压力分别为0.25、0.44和0.8Mpa。注浆后在孔四周钻孔取样进行物理分析，经测定距孔中心0.98、1.08和1.13m处的土质均达标，因此确定浆液扩散半径为1.0m。
考虑到垂直钻孔会影响既有铁路正常行车，因而设计采用斜孔注浆，孔与水平面夹角分别为20°和45°，长度分别为5m和3m，如图2所示。
采取单排注浆，隔孔交替灌注，使压力逐渐升高，间隙能完全充填。为保证每一个点都在浆液扩散范围之内，获得最佳加固效果，平面上相邻两个孔的注浆材料要重迭0.2m，因而确定孔间距为0.9m，如图3所示。
3.1.3容许注浆压力
注浆压力是影响扩散半径及注浆效果的主要参数。在施工中要注意随时观测压力变化，进行合理调节，以加强注浆效果。同时，采取自上而下分层注浆法，利用上一层注浆结石体的强度增加下一层的注浆压力。
注浆最大容许压力采取文献[3]中的计算公式，即：
由表2可知，在实际施工中，注浆压力值和计算有较大的出入，施工中注浆压力调整所得值远大于计算容许注浆压力值。这是因为钻孔加固時，要单孔分段多次注浆，采取由上而下分层注浆方法，由于上层注浆后结石强度的增加而使下层注浆压力大大增加，从而加强了注浆效果。
根据现场试验，表层碎石石屑层由于空隙大，采用低压注浆，压力在0.1MPa之内；2.5m以内的土层注浆压力为0.2～1.0Mpa。
3.1.4注浆量计算
注浆量按单孔注浆量控制，按照如下经验公式计算[3]：
式中：——单孔注浆量（m3）；——土体体积（m3）；——注浆率，取0.13。
以上各参数均查文献[3]获得。经计算，单孔注浆量为1.0m3。
根据工程实践经验，注浆量约为土体体积的10%或更大些，施工中通过观测得到的注浆压力变化决定注浆量的实际大小，其结果与设计值相吻合。
在全面注浆之前，先选取20m线路进行现场注浆试验，试验结果表明，设计所确定的注浆参数是合理的。 3.2注浆施工
3.2.1注浆工艺
图4 注浆工艺流程图（1）
图5 注浆工艺流程图（2）
3.2.2注浆施工
（1）钻孔
注浆时采取隔一注一的间隔交替注浆法，沿铁路线走向单排循环布置2个不同方向的注浆孔，注浆孔间距为0.9m，如图3所示。注浆孔方向及深度分别为：20°孔深5m，45°孔深3m。钻孔时先钻导孔，再将Φ89mm、长800mm的孔口管击入孔内，然后继续钻进成孔。
（2）注浆
①注浆方式：采用双泵双液注浆，分别输送水泥浆和水玻璃。地表窜浆时，应立即停止注浆，待浆液初凝后，窜浆孔自行封闭，再继续压浆。采用这种压浆方法，地基强度增强的因素主要有2个方面：一是浆液在孔内形成不规则网格状，降低粉质粘土整体的流塑性；二是压浆过程中，部分浆液与粘土混合，水泥浆与土发生化学反应，使分散的土团粒被凝聚成具有整体性、水稳定性和一定强度的土，提高了地基强度。
②注浆标准：注浆终压1MPa，单孔注浆量为1.0m3，注浆速度为20～40L/min，注浆扩散半径为1.0m。注浆结束标准采用定压定量相结合，以定压为主的原则。在注浆过程中应严格控制注浆压力，由小逐渐调整增大，开始不允许用较大压力。如果注浆量达到要求而注浆压力长时间不升至1MPa压力，则采用间歇式注浆。
③注浆方案：首先施工20°孔，为增加注浆压力，增加上层强度，减少地面变形，使浆液在地层中充分扩散，该孔采用由上向下分段注浆。第1次钻进3.0m后注浆，注浆压力为0.2～0.5MPa，使土体产生压缩形成结石。第2次钻进至5m注浆，注浆压力为0.4～1.0MPa，补充第1次注浆未注到的空隙，对周围土体再次压密，从而实现最佳注浆效果。该方向钻孔注浆的主要目的是提高道碴下部粘土层的抗压强度。其次施工45°孔。该方向钻孔一次成孔，一次压浆，其目的是提高基础的抗压强度和起到防渗作用。注浆结束后撤导管回填，恢复道床原状。
3.2.3注浆过程中遇到的问题及处理措施
（1）钻孔为斜孔，列车行驶易引起钻孔坍塌，因此对已钻但未能及时注浆的孔采用钢管护孔。
（2）注浆压力过大而使地面鼓起，引起线路变化影响行车，但此时注浆量还未达到要求。遇到这种情况，采取以下措施：
①减小注浆压力，同时加强观测，一旦发现线路变形马上停止加压。
②在相邻两孔之间增加钻孔进行注浆。
③加强线路的养护。
（3）路基单侧加固施工，容易导致两侧产生不均匀沉降。因而采用在路基的两侧同时进行施工，既可以解决上述问题，又可以充分利用场地条件，加快施工速度，有利于较长路段的地基的处理。
4 注浆效果
4.1路基强度
注浆结束后，共钻取样孔60个，在不同深度取土样120个，通过土工试验，进行物理力学试验分析，总合格率为93.6%。试验测得注浆前后土的物理力学性质指标如表3所示。
钻孔取样表明，表层浆液充填于碎石空隙之间，形成混凝土般的硬质物，强度很高。下部软土注浆后，土样中含有不同粒径的水泥结石，结石约占10%～70%，结石粒径在0.1～6.5cm之间，土的孔隙比减小，含水量降低，密度增加，透水性降低，压缩性降低，土的整个物理力学性质均有明显改善。
通过测试，结果表明，注浆后混合浆液形成了较连续的网格状浆层和较大的浆块，部分路基基床表层基本承载力达到180KPa，路基整体承载能力提高1.3倍，满足了工程的要求。
4.2路基沉降
注浆加固后，对线路沉降观测结果表明，经加固的路基基本无下沉。图4.8和图4.9分别为路基加固前与加固后的沉降量。从图中可以明顯看出，加固前路基沉降量范围大致在6～10mm之间，而加固后在1～4mm之间，沉降减小70%以上，沉降量明显减少。
以上试验与测试结果和线路运行的实际情况都表明，注浆加固后的路基，满足了对强度和沉降的要求，通过了铁路提速和雨季的考验，取得了良好的加固效果。注浆法对于今后处理类似条件的软土路基加固具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]龚晓南.地基处理新技术[M].西安：陕西科学技术出版社，1997.
[2]刘挠敏.注浆技术的发展及应用[M].安徽建筑，2002，3
[3]邝健政，昝月稳，王杰等.岩土注浆理论与工程实践[M].北京：科学出版社，2001
【关键词】 既有铁路；软土路基；病害治理；注浆技术
注浆也称为灌浆，是将一定材料按比例配制成浆液，再通过专用压送设备把浆液注入地层、裂隙或空洞，使其产生充填、扩散、凝固或者硬化，从而提高其强度和稳定性，达到地层加固或堵漏防渗的目的[1]。注浆技术具有施工设备简单，操作易于控制，在矮小空间和狭窄场地均可施工，加固深度深浅可控，施工中产生的振动和噪声小、对环境影响小，损耗少、投资小、工期短、见效快等诸多优点[2]。本文通过注浆法在津山铁路病害治理中的工程应用，对注浆技术参数、浆液材料、施工工艺、加固效果进行了研究，并对注浆过程中遇到的问题提出了处理措施。
1 工程概况
1.1线路概况
津山铁路设计等级为I级，复线。路基为填土路堤，高度0.5～4m。
该线路进行提速改造后，在2006年经历汛期时一些区段在不同程度上出现了滑坡、路基下沉等病害。特别是K192+600～K198+900地段，路基出现不均匀沉降，引起铁道线路几何尺寸发生变化，影响到行车安全。为此，对该区段进行了限速，这成为制约列车提速顺利进行的一个技术关键。
1.2工程地质
本区段处于华北平原，地面坡度一般在1/2000范围内，地面绝对高程介于1～4米之间，地层厚度大于200米，表层40米深度范围内为第四系全新统冲洪积地层，主要以粘性土为主，夹细砂、粉砂、薄层粉土。地层性质及主要参数见表1。
2 加固方案选择
津山线为铁路主要干线，运输特别繁忙，治理措施必须既能保证路基的正常加固，又能保证列车的正常运行。汛期结束后，本着经济、安全、可靠又不影响正常行车的整治原则，并结合地质条件，经研究比选，决定采用注浆法进行整治和加固处理。
根据路基病害性质和类型，采取注浆法对K192+700～K193+800段1.1km范围的路基进行加固，内容包括：
（1）填充空洞和加固松散路基土。
（2）防止雨水渗入路基浸泡并加固提高路基整体强度。
3 注浆加固
3.1注浆设计
3.1.1注浆浆液材料及配合比
浆液采用水泥-水玻璃混合浆液，普通硅酸盐水泥标号为32.5，水玻璃浓度为30°Be′。水玻璃可促使水泥浆早凝，水泥凝固后可产生较高的抗压强度。为得到较为理想的配合比，对不同配比的浆液进行了试验。由试验可知，水泥-水玻璃混合浆液的凝固时间可在几十秒内准确地控制，水玻璃与水泥浆的比例越大水泥浆越浓，凝结时间就越短。试验结果如图1，其曲线代表了水玻璃波美度在（30～45）之间，不同水灰比下的综合曲线之趋势。
图1 水泥浆与水玻璃浆体积比对浆液28天强度影响
从图1可以看出，水泥-水玻璃配比在一定的条件下，水灰比减小，结实体强度提高，并且在相同的水灰比条件下，当水泥-水玻璃的体积比为0.3～0.8时，结石体强度较高。
据此试验结果，并结合现场施工经验，选定水灰比为1：1，水泥与水玻璃体积比为1：0.7。
3.1.2浆液扩散半径和注浆孔布置
浆液扩散半径受地层土质、渗透系数、地层不均匀性等因素影响，理论计算与实践相比往往有一定差距，一般由单管注浆溶液经现场试验确定。正式注浆前，选取3个不同位置和不同深度的钻孔进行注浆试验，深度为2.5、3.5和5.5m的注浆压力分别为0.25、0.44和0.8Mpa。注浆后在孔四周钻孔取样进行物理分析，经测定距孔中心0.98、1.08和1.13m处的土质均达标，因此确定浆液扩散半径为1.0m。
考虑到垂直钻孔会影响既有铁路正常行车，因而设计采用斜孔注浆，孔与水平面夹角分别为20°和45°，长度分别为5m和3m，如图2所示。
采取单排注浆，隔孔交替灌注，使压力逐渐升高，间隙能完全充填。为保证每一个点都在浆液扩散范围之内，获得最佳加固效果，平面上相邻两个孔的注浆材料要重迭0.2m，因而确定孔间距为0.9m，如图3所示。
3.1.3容许注浆压力
注浆压力是影响扩散半径及注浆效果的主要参数。在施工中要注意随时观测压力变化，进行合理调节，以加强注浆效果。同时，采取自上而下分层注浆法，利用上一层注浆结石体的强度增加下一层的注浆压力。
注浆最大容许压力采取文献[3]中的计算公式，即：
由表2可知，在实际施工中，注浆压力值和计算有较大的出入，施工中注浆压力调整所得值远大于计算容许注浆压力值。这是因为钻孔加固時，要单孔分段多次注浆，采取由上而下分层注浆方法，由于上层注浆后结石强度的增加而使下层注浆压力大大增加，从而加强了注浆效果。
根据现场试验，表层碎石石屑层由于空隙大，采用低压注浆，压力在0.1MPa之内；2.5m以内的土层注浆压力为0.2～1.0Mpa。
3.1.4注浆量计算
注浆量按单孔注浆量控制，按照如下经验公式计算[3]：
式中：——单孔注浆量（m3）；——土体体积（m3）；——注浆率，取0.13。
以上各参数均查文献[3]获得。经计算，单孔注浆量为1.0m3。
根据工程实践经验，注浆量约为土体体积的10%或更大些，施工中通过观测得到的注浆压力变化决定注浆量的实际大小，其结果与设计值相吻合。
在全面注浆之前，先选取20m线路进行现场注浆试验，试验结果表明，设计所确定的注浆参数是合理的。 3.2注浆施工
3.2.1注浆工艺
图4 注浆工艺流程图（1）
图5 注浆工艺流程图（2）
3.2.2注浆施工
（1）钻孔
注浆时采取隔一注一的间隔交替注浆法，沿铁路线走向单排循环布置2个不同方向的注浆孔，注浆孔间距为0.9m，如图3所示。注浆孔方向及深度分别为：20°孔深5m，45°孔深3m。钻孔时先钻导孔，再将Φ89mm、长800mm的孔口管击入孔内，然后继续钻进成孔。
（2）注浆
①注浆方式：采用双泵双液注浆，分别输送水泥浆和水玻璃。地表窜浆时，应立即停止注浆，待浆液初凝后，窜浆孔自行封闭，再继续压浆。采用这种压浆方法，地基强度增强的因素主要有2个方面：一是浆液在孔内形成不规则网格状，降低粉质粘土整体的流塑性；二是压浆过程中，部分浆液与粘土混合，水泥浆与土发生化学反应，使分散的土团粒被凝聚成具有整体性、水稳定性和一定强度的土，提高了地基强度。
②注浆标准：注浆终压1MPa，单孔注浆量为1.0m3，注浆速度为20～40L/min，注浆扩散半径为1.0m。注浆结束标准采用定压定量相结合，以定压为主的原则。在注浆过程中应严格控制注浆压力，由小逐渐调整增大，开始不允许用较大压力。如果注浆量达到要求而注浆压力长时间不升至1MPa压力，则采用间歇式注浆。
③注浆方案：首先施工20°孔，为增加注浆压力，增加上层强度，减少地面变形，使浆液在地层中充分扩散，该孔采用由上向下分段注浆。第1次钻进3.0m后注浆，注浆压力为0.2～0.5MPa，使土体产生压缩形成结石。第2次钻进至5m注浆，注浆压力为0.4～1.0MPa，补充第1次注浆未注到的空隙，对周围土体再次压密，从而实现最佳注浆效果。该方向钻孔注浆的主要目的是提高道碴下部粘土层的抗压强度。其次施工45°孔。该方向钻孔一次成孔，一次压浆，其目的是提高基础的抗压强度和起到防渗作用。注浆结束后撤导管回填，恢复道床原状。
3.2.3注浆过程中遇到的问题及处理措施
（1）钻孔为斜孔，列车行驶易引起钻孔坍塌，因此对已钻但未能及时注浆的孔采用钢管护孔。
（2）注浆压力过大而使地面鼓起，引起线路变化影响行车，但此时注浆量还未达到要求。遇到这种情况，采取以下措施：
①减小注浆压力，同时加强观测，一旦发现线路变形马上停止加压。
②在相邻两孔之间增加钻孔进行注浆。
③加强线路的养护。
（3）路基单侧加固施工，容易导致两侧产生不均匀沉降。因而采用在路基的两侧同时进行施工，既可以解决上述问题，又可以充分利用场地条件，加快施工速度，有利于较长路段的地基的处理。
4 注浆效果
4.1路基强度
注浆结束后，共钻取样孔60个，在不同深度取土样120个，通过土工试验，进行物理力学试验分析，总合格率为93.6%。试验测得注浆前后土的物理力学性质指标如表3所示。
钻孔取样表明，表层浆液充填于碎石空隙之间，形成混凝土般的硬质物，强度很高。下部软土注浆后，土样中含有不同粒径的水泥结石，结石约占10%～70%，结石粒径在0.1～6.5cm之间，土的孔隙比减小，含水量降低，密度增加，透水性降低，压缩性降低，土的整个物理力学性质均有明显改善。
通过测试，结果表明，注浆后混合浆液形成了较连续的网格状浆层和较大的浆块，部分路基基床表层基本承载力达到180KPa，路基整体承载能力提高1.3倍，满足了工程的要求。
4.2路基沉降
注浆加固后，对线路沉降观测结果表明，经加固的路基基本无下沉。图4.8和图4.9分别为路基加固前与加固后的沉降量。从图中可以明顯看出，加固前路基沉降量范围大致在6～10mm之间，而加固后在1～4mm之间，沉降减小70%以上，沉降量明显减少。
以上试验与测试结果和线路运行的实际情况都表明，注浆加固后的路基，满足了对强度和沉降的要求，通过了铁路提速和雨季的考验，取得了良好的加固效果。注浆法对于今后处理类似条件的软土路基加固具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]龚晓南.地基处理新技术[M].西安：陕西科学技术出版社，1997.
[2]刘挠敏.注浆技术的发展及应用[M].安徽建筑，2002，3
[3]邝健政，昝月稳，王杰等.岩土注浆理论与工程实践[M].北京：科学出版社，2001