水泥—水玻璃雙液注漿在鐵路淺基橋病害整治中的應用

摘要：文章結合湘桂鐵路東江橋淺基病害的工程實例，針對國內目前廣泛存在鐵路橋基礎防沖刷的問題，應用雙液注漿理論，通過對整治前后鐵路橋墩橫向振幅的變化進行分析，為鐵路淺基橋病害整治提供了一個很有價值的參考方案。

關鍵詞：水泥-水玻璃雙液注漿；鐵路；淺基橋；病害整治

中圖分類號：U457 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）27-0040-03

我國大部分鐵路建于20世紀五六十年代，在經歷了多年的運營后，存在不同程度的病害，其中以鐵路淺基橋病害尤為嚴重。

據不完全統計，我國鐵路每年因洪水沖刷淺基橋而中斷行車的災害平均約為數十次，造成列車脫線、顛覆、人員傷亡的事也時有發生。1958年黃河特大洪水將鄭州黃河大橋橋墩沖毀，使京廣鐵路中斷行車10天；1963年河北省特大暴雨沖毀橋梁209座，使京廣、津浦、石德、石太等鐵路線中斷行車達98天；1975年河南省特大暴雨，數十座橋梁遭破壞，使京廣鐵路中斷行車達數十天之久。洪水對河床沖刷嚴重，導致橋梁倒塌，不但嚴重影響鐵路運輸生產和國家建設，而且造成鐵路固定資產巨大的經濟損失以及帶來不計其數的人員傷亡。

1 工程概況

東江橋位于湘桂線永福站至葡萄站之間，中心里程為K404+745.43，全長77.27m，由兩孔上承鋼鈑梁和一孔上承鋼桁梁組成。

既有湘桂線東江橋橋墩為圓端型橋墩，1#橋墩為明挖擴大基礎，2#橋墩為木制沉箱基礎。該橋始建于1939年，抗日戰爭時期受到較大破壞，后經多次維修加固后一直運營至今。

1982年，為使東江橋滿足洪水位要求，在不中斷運營的前提下，首次采用液壓設備抬梁的方法將墩臺頂帽垂直加高2.5米。但沒有對橋墩身剛度進行相應的補強。

2003年桂林工務段反映該橋橫向振動擺動異常。2004年3月，柳局工務勘測設計所按照工務處下達的計劃要求，對該橋1#、2#墩進行了橫向振動測試。測試結果如下：

按中華人民共和國鐵道部《鐵路橋梁檢定規范》（鐵運函[2004]120號）計算墩頂橫向最大振幅（單峰值）的參考限值為：

1#墩：墩高H1為12.447米，墩全高H為15.447米，平均墩寬5.05米：

H1/B=12.447/5.05=2.46<2.5（低墩）

Amax≤H/30=15.447/30

Amax≤0.515mm

2#墩：墩高H1為10.744米，墩全高H為12.744米，平均墩寬5.05米：

H1/B=10.744/5.05=2.13<2.5（低墩）

由于2#墩為沉井基礎，根據《鐵路橋梁檢定規范》第10.0.7條規定，墩頂橫向振幅參考限

值為：

Amax≤H12/（100B）+0.1

=10.7442/（100×5.05）+0.1

Amax≤0.329mm

數據表明：貨物列車通過時，1#橋墩頂最大值為0.669mm，超出參考限值30%，2#墩頂最大值為1.164mm，超出參考限值254%，且2#墩超限次數比1#墩多。

2 橋墩橫向振幅超限的原因分析

將2011年3月實測河床斷面與原柳局桂北工務段繪制的本橋立面圖中橋位處地面線進行對比可以看出：雖然中心縱斷面與建橋時的地面線沒有大的差別，但在枯水季節，可以明顯看到原先設置在基礎周圍的防沖刷體下方土體已被水沖走；中心縱斷面下游10m處，地面線較建橋時下降了0.5～2.5m，最低處已與1號墩基底齊平，比2號墩基底低1.4m；中心縱斷面上游10m處，地面線較建橋時下降了0.3～1.5m，最低處與1號墩基底齊平。另外，從地質鉆探資料上看，

基底土層承載力僅為250kPa，偏小。

3 整治思路及具體實施方案

3.1 地質概況

根據本項目2011年10月《工程地質勘察報告（定測勘察）》，河床地層工程地質特征自上而下為：

第四系全新統沖積層（Q4al）：圓礫土（1層）：淺褐、灰褐色，飽和，較密實，圓礫多為砂巖質，磨圓度較好，呈橢圓及亞圓狀，分選性差，粒徑以1～10cm為主，含量50%～80%，充填物為砂土。層頂標高133.1～134.4m，層厚3.9～5.3m，基本承載力σ0=250kPa。

泥盆系上統榴江組（D3l）：灰巖（2層）：灰黑夾灰白色，微風化，含炭質，中厚層，塊狀，細晶質結構，含灰白色方解石脈，巖芯堅硬，多呈柱狀及長柱狀。層頂標高128.0～129.7m，鉆進深度15.4～16.1m，基本承載力σ0=2000kPa。

3.2 整治實施方案確立

湘桂線屬國鐵Ⅰ級，每天通行車次較多，為湖南通往廣西沿海地區的主線，目前，復線尚在建設當中，故東江橋的整治前提必須不中斷既有線的行車。

鑒于湘桂線的重要性及東江橋病害的嚴重性，南寧鐵路局工務處曾多次組織專家深入現場進行調查研究分析，提出多種整治方案，最終因各種因素而放棄。

2011年8月16日，南寧鐵路局工務處向鐵路局局領導遞交了《關于湘桂線東江橋淺基病害異常嚴重急需整治的請示》，隨后鐵路局局領導將東江橋納入緊急搶險工程，并再次組織專家進行方案評審與論證，并確定雙液注漿方案為最優方案。

3.3 雙液注漿的基本原理及整治思路

雙液注漿是以水泥、水玻璃為主劑，將兩者按一定的比例配制成漿液，經專用壓送設備將其注入地層，在壓力作用下對地層進行充填、滲透、擠密或劈裂，漿液經膠凝或固化后，達到加固地層的目的的一種施工工藝。

由于橋墩位于東江河河道中，河道水深約4～5m，基礎四周及基底均為圓礫土，雖結構較密實，但仍屬散體材料，根據取樣顆粒分析實驗，圓礫土中顆粒粒徑大于20mm含量40.9%～66.8%，2～20mm含量29.1%～32.8%，小于2mm含量12.5%～26.3%，其顆粒組成中粒徑較小的砂礫石易被洪水掏蝕后帶走。

根據現場地質特征，采用雙液注漿能夠很好地填充土層中的間隙并在較短的時間里將圓礫土層與水泥漿液膠結在一起，形成堅硬密實的復合地基，使基底土承載力大幅提高，并在墩周圍形成一道密不透水的防沖刷墻。

3.4 整治具體實施步驟及方法

具體實施步驟及方法如下：

3.4.1 施工前需協調有關部門，利用下游水壩放水使河內水面標高不高于施工水位137.74m。

3.4.2 在河道內拋填片石筑搗修建臨時施工便道，便道長約58.5m，坡率1：1，路面標高高出施工水位0.5m，筑搗時注意預留草袋圍堰施工空間。為方便河道排水，需在河床低洼處修建4-φ1.5m市政鋼筋砼圓管涵。河床內便道需與衡陽端臺后公路修建的施工便道相接。

3.4.3 填筑草袋圍堰完畢后，在圍堰內填砂夾碎石及普通土至設計標高并夯實。

3.4.4 在1、2號橋墩承臺外圍布設4排鉆孔，鉆孔直徑130mm，按梅花形布設，間距為0.35m，鉆孔至微風化巖層不小于2m。

3.4.5 在鉆孔過程中需安設PVC套管，外徑110mm，管底要求設置于微風化基巖面，并在管底至注漿頂面段設置梅花狀注漿孔。

3.4.6 在每根套管中心垂直安設一根直徑32mm的HRB335鋼筋，鋼筋底齊鉆孔底，鋼筋頂端距圈梁頂5cm。

3.4.7 鋼筋安設就位后高壓灌注水泥漿化學漿液。

3.4.8 在1號、2號橋墩基礎頂布設垂直鉆孔和斜鉆孔，孔間距0.5m，鉆孔直徑91/110mm，采用

標準φ48PVC袖閥管對基底進行高壓化學注漿處理。

3.4.9 在兩端橋臺前端和兩側布設φ48PVC袖閥管，間距0.5m，緊貼基礎底外側布設傾斜鉆孔，要求鉆孔深度至微風化巖面以下0.5m，進行高壓化學注漿，以對既有橋梁墩臺基底地基進行加固。

3.4.10 在0號及3號橋臺前端布置4排鉆孔，鉆孔直徑91/110mm，按梅花形布設，間距為0.5m，鉆孔至微風化巖層不小于0.5m。

3.4.11 在1號及2號墩基礎防沖刷注漿孔上設置厚0.5m的鋼筋砼圈梁以固定墩周鉆孔內布設的鋼筋。圈梁與既有橋墩墩身或基礎間設置3cm寬的沉降縫，用瀝青浸制木板形成。

3.5 施工過程中墩頂位移及高程控制措施

為了不影響行車，注漿過程中一個非常重要的環節就是隨時觀測墩頂位移及高程的變化。在東江橋淺基整治過程中，采用以下措施加以控制：將防沖刷注漿壓力控制在2.5MPa以內，將基底注漿壓力控制在1.5MPa以內，此壓力值持續時間不得超過5分鐘；在梁體外側布置激光監控報警系統，若梁橫向位移變化值超過5mm，則立刻報警并停止施工；在每個墩頂上布置4個高程控制點，注漿過程中每5分鐘測量一次，非注漿時段每天上午和下午各測量各測量2次；在細透明膠管內灌入水，將其固定在墩頂帽上，管兩端各立一鋼尺，注漿過程中時刻注意水柱高度的變化，若變化大于5mm，則立刻停止施工并分析原因。

4 整治前后橋墩墩頂最大橫向振幅對比分析

2012年8月10～21日期間，由資質地質檢測單位對東江橋雙液注漿效果進行檢測，結果顯示：1號及2號橋墩基底土層間隙中填滿了水泥漿液，多處可見水泥結石體，復合地基基本承載力超過450kPa；1號及2號橋墩四周防沖刷體膠結密實，抗沖刷能力大幅提高，基本承載力超過550kPa。

與此同時，對1號及2號橋墩墩頂橫向振幅再次進行檢測，檢測結果如下：

從上面的圖表中可以看出：1號墩最大橫向振幅為0.343mm，超限率為4.26%；2號墩最大橫向振幅為0.587mm，超限率為14%。

與整治前相比，1號墩和2號墩墩頂橫向振幅超限率均有明顯下降。但由于先前將墩頂加高2.5m而未對墩身進行加固補強處理，故整治后依然存在橫向振幅小額超限的問題。

5 結語

本文采用水泥-水玻璃雙液注漿的方法，根據橋位處的實際地質情況，成功地將基底及周邊土體進行固化，提高基底承載力的同時解決了橋墩基礎防沖刷的問題。采用該方法時應根據不同的地質資料合理配制漿液比例，保證其初凝時間和加固強度，并事先做好相應的安全防護措施。

參考文獻

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑工程水泥-水玻璃雙液注漿技術規程[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[2] 中華人民共和國鐵道部.鐵路橋梁檢定規范[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[3] 中華人民共和國鐵道部.鐵路工程地基處理技術規程[M].北京：中國鐵道出版社，2010.

作者簡介：張良軍（1978-），男，湖北仙桃人，中鐵四院集團南寧勘察設計院有限公司工程師，碩士，研究方向：橋梁動力學。

（責任編輯：秦遜玉）