注漿法在加固路橋過渡段中的應用

胡東波 上海鐵路局阜陽工務段

阜淮鐵路既有線在路橋連接處大多未設置過渡段。由于路堤與橋涵剛度差別較大，引起軌道剛度的突變；同時路堤與橋涵的沉降不一致而導致軌面不平順，引起列車與線路結構的相互作用增加，使橋涵過渡段更容易產生橋頭跳車、道砟囊等病害，限制了列車的平順、舒適、安全運行，影響了線路的穩定性，極大地加重了養護維修工作量，也縮短了上部結構的使用壽命。因此有必要采取相應的加固措施，提高臺背處路基的力學強度和變形模量，增加抗滲能力。

1 加固方案選擇

加固方法選擇時既要考慮基床土質，又要結合養護維修情況，比如天窗時間等。由于阜淮線行車密度大、天窗時間短，所以選擇不干擾行車的注漿法作為過渡段的主要加固方法。

1.1 注漿機理

注漿法是通過鉆孔和利用注漿設備，運用液壓、氣壓或電化學原理，通過注漿管將漿液分層均勻地注入地層中。漿液以填充、滲透和擠密等方式排出土顆粒間裂隙中的水分和空氣，并占據土顆粒間的空間，使路基孔隙比減少，強度提高。經過一段時間水泥凝結后，漿液將原來松散的土顆粒或裂隙膠結成一個整體，形成一個強度大、防水性能高和化學穩定性好的結合體，從而達到加固路基的目的。

注漿的機理主要有滲入性注漿、劈裂注漿和壓密注漿三種。注漿法加固路橋過渡段是以滲透注漿為主，利用注漿泵將配制好的水泥漿液，通過注漿管注入臺腔填料，漿液在壓力作用下滲入填土的孔隙中，與土粒骨架產生固化反應，使臺背填土的密實度進一步提高，減少填土與橋臺之間的剛度差，消除因臺背填土沉降而產生橋頭跳車的現象。水泥漿液除能填補填料的空隙外，還能防止雨水下滲對臺背沉降產生的催化作用，如圖1、圖2所示。

圖1 過渡段注漿加固

圖2 注漿加固示意圖

1.2 施工工藝及參數

1.2.1 技術標準

在既有線上施工，按設計好的技術標準及施工程序操作非常重要，必須嚴格按有關程序作業。注漿位置示意如圖3、圖4所示。

圖3 注漿橫縱斷面示意圖

主要技術參數如下：

（1）注漿水灰比：0.6:1～1:1

（2）道砟陷槽中吹風壓力：≥6kg

（3）注漿壓力：0.05MPa～1.0MPa

（4）注漿位置：陷槽深≤1.0m時，注漿位置應比陷槽底高0.3m左右；陷槽深≥1.0m時，應分兩層注漿，下層比陷槽底高0.3m，上層離陷槽頂0.5m--0.7m左右。

圖4 注漿平面示意圖（cm）

1.2.2 施工工藝確定

施工操作按照放孔定位→鉆眼→吹風→下花管→注漿→封孔的標準程序進行。施工操作程序如圖5所示。

圖5 過渡段注漿工藝流程圖

（1）鉆眼：采用改裝過的手風鉆將厚壁鋼管加工出若干小孔（按壓力要求），以吹風和注漿用，鉆眼時角度要掌握好，以便保證注漿深度和位置。

（2）吹風：根據施工經驗，此步驟很重要。為注漿通道暢通，鋼管鉆到設計位置后，應用高壓風吹風，風壓應≥6kg。

（3）注漿：注漿時要分兩次注漿。第一次注漿10min-20min，壓力為0.05MPa--0.3MPa，然后停下來，再用高壓風通過注漿管吹風，主要目的為注漿時有些沒有注到的底部邊角部分用高壓風吹到，以提高注漿質量。間隔8h以后，再進行二次注漿，注漿壓力為0.3MPa～1.0MPa。此時注意觀察檢查孔或道砟坡腳處是否以出現漿液，如出現漿液應立即停注，注漿距離應在1.5m～2.0m間。如果為雙層注漿，則應先注下層，再注上層，時間間隔為水泥初凝后的時間。

注漿時注意以下幾點：

①注漿質量控制：每次注漿前，都要認真測量貯漿池中粘土原漿的粘度和比重，保證原漿粘度符合要求，原漿粘度不符合要求時不能注漿。在送漿時，要加強對漿液的過濾，清除漿液中的砂子、水泥結石塊等雜物，以保證注漿順利，減少注漿泵的磨損。

②注漿壓力調整和控制：當注漿壓力偏離設計壓力值時，應及時調整漿液原漿粘度，或調整注漿速度、漿液配比及結構劑加量，使壓力回到設計值。

③觀察注漿泵的工作情況：注漿過程中，應仔細觀察注漿的工作情況，發現漿泵工作不正常或不吸漿或管路發生堵塞時，要及時處理，盡快使其恢復正常。

④掌握好壓水量：在每次注完漿后，都應加一定量的清水，以防漿液在管路與注漿泵中凝固。但清水壓入量要適當。

（4）恢復道床：注漿完畢后，要將道床恢復完整，以保證列車安全運行。

2 注漿加固效果檢測

對注漿加固前后進行現場測試，分析對比注漿加固效果，從而評價補強效果是否明顯。

下面以阜淮線路橋過渡段K78+690加固效果進行分析。

2.1 現場原位檢驗

2.1.1 輕型動力觸探試驗

用10kg重錘，以0.5m的落高將相應標準尺寸的圓錐探頭貫入土層，以每30cm錘擊數為測定結果，來區分地層及確定其物理力學指標，用于基床填筑情況和承載能力的檢測。K78+690段基床表層加固前基本承載力平均值約為160kPa，加固后約為172kPa；基床底層基本承載力平均值約為125kPa，加固后約為143kPa。輕型動力觸探試驗結果見圖6。

圖6 K78+690段輕型動力觸探結果

2.1.2 波速測試試驗

在路堤兩側分別確定振源點和接收點，測得剪切波在路堤土體中的傳播速度，據此評價路基的力學狀況。K78+690加固前的剪切波速為188.5m/s，加固后為189.7m/s，剪切波速測試曲線如圖7。

圖7 K78+690剪切波速測試曲線

2.2 室內土工試驗

利用現場取土通過室內試驗測試土的含水量、液塑限、最優含水量、最大干密度、土的比重等物理力學指標，確定土的類別及填料組別，同時了解加固前后土性參數的變化。加固前后土性變化如表1所示。

表1 K78+690加固前后室內試驗結果匯總

結果表明：路基填土為粉砂土的，適合注漿加固。注漿以后，密度、比重、壓縮模量、凝聚力都有所提高，孔隙比、壓縮系數顯著降低，證明土體的物理力學性質得到明顯改善，達到了土體改性的目的。

2.3 路基沉降長期監測

為進一步了解注漿效果，對加固區段進行長期的路基沉降監測，如圖8所示。路基沉降變形在注漿前后有較大變化，注漿后路基沉降速率明顯降低，每次觀測沉降值相對上次大部分有減小趨勢，且經過一段時間后趨于穩定，說明注漿對治理路橋過渡段沉降有一定的效果。

圖8 K78+690觀測沉降曲線圖

3 結論及建議

3.1 主要結論

（1）注漿加固基床對填料和漿液的可灌性要求較高。通常黏性土、細粒土只能采用劈裂注漿，即采用高壓力將土層劈裂，導致脈狀注入，使薄弱處得到加強。但對既有線路基來說，基床施工壓力過大，會導致線路上拱，甚至影響路基邊坡穩定；壓力太小，則漿液難以滲透。因此，既有線黏性土、細粒土基床不宜采用注漿加固，可采用擠密樁或換填法加固，或者考慮換填土質較好的填料，而粗粒土、砂性土基床易采用注漿加固。

（2）通過對路橋過渡段的注漿加固處理，承載力得到了明顯的改善，路基結構動態性能明顯得到提高，動力學特征及變化明顯改善。經過一個汛期后，檢測結果表明，注漿加固后的路基沒有發生病害，減少了以往需要起道填砟來維持線路平順性的情況。

（3）利用注漿技術進行整治路橋過渡段，具有工程造價低、工期短、對既有行車干擾小的特點，其加固效果良好。即通過注漿的方法，能夠提高線路質量。

（4）注漿加固既有線路基的最終效果是通過軌道質量的狀態反映出來，而軌道質量狀態與路基存在一定的關系。軌檢資料分析表明，注漿加固以后軌道質量狀態有所提高。

（5）通過對加固區段路基長期沉降監測的數據分析看出，注漿加固以后試驗區段沉降變形速率明顯降低，說明注漿加固起到一定的作用。

3.2 建議

在加強監控的情況下，加固處理宜根據路基狀況、結合工程改造和維修養護等情況，抓住有利時機，有計劃地逐步進行。對加固效果的檢測，可采用探地雷達對加固前后路基質量和基床病害進行調查。另外，需要進一步積累試驗數據，并結合多年來過渡段加固技術的資料，通過理論分析和現場試驗數據分析，提出既有線路橋過渡段加固的技術條件。