試論高壓旋噴樁在鐵路路基病害整治中的應用

鄭治國

(山東職業學院，山東濟南 250104)

鐵路路基是為了滿足鐵路軌道鋪設和運營條件而修筑的長條形土工建筑物，由于沿線地形地質、水文氣候等自然條件的差異，土石材料類型不同、填充不均勻，線路、橋梁、隧道不同剛度相連接，修建技術標準差異，或者受施工條件的限制，導致路基強度不足，再加上近年來鐵路重載的發展和不斷提速，致使既有線產生各種各樣的路基病害，已有病害不斷發展變化，造成基面不均勻下沉，導致線路不平順，嚴重影響行車速度、行車安全和經濟效益。如何在盡可能短的時間內經濟高效地進行路基病害的預防和整治，是擺在鐵路工務部門面前的一項重點工作。不足，在軌道靜荷載與列車荷載的動荷載的長期作用下，產生微小變形，自然的形成道砟陷槽，道砟陷槽的存在又使得水被大量存積，致使路基強度進一步下降，病害進一步發育，病害形式也由單一變得多元。高速鐵路病害主要有路基混凝土開裂上拱，高鐵基床翻漿冒泥，泥漿從支撐層和道床板之間的縫隙噴出，影響軌道的平順性，影響列車安全、高速運行。究其原因，也主要是因為路基強度不足，地下水嚴重發育并且不能及時排除，在高速列車動荷載的作用下，路基產生不均勻沉降和變形，從而使混凝土支撐層開裂，導致泥漿從裂隙中冒出。

1 鐵路路基病害的基本類型及其成因分析

因為鐵路路基受靜荷載及列車動荷載和水文氣候影響較大，所以鐵路路基基床很容易產生各種永久變形，普通鐵路根據基床病害的發生機理和表現特征，大致可以分為翻漿冒泥、基面下沉、邊坡鼓坍和剪切外擠。鐵路因為修建年代不同，修建技術不同，修建技術標準不同，再加上我們國家幅員遼闊，地質情況迥異，土質復雜多樣，列車軸重荷載不同，曲線半徑不一，行車速度差別也較大，致使鐵路路基病害多發并且病害的類型、發育程度等具有一定的區域性和隨機性。無論鐵路路基病害的外在表現形式如何，究其原因，普通鐵路都是因為路基本體尤其是路基基床強度

2 高壓旋噴樁技術簡介和加固機理分析

高壓旋噴樁技術，就是在原來的鉆孔灌注法的基礎上，利用鉆機把帶有特制噴嘴的注漿管豎直或者傾斜鉆進至土層的設計位置后，以高壓設備將漿液加壓到20 MPa～40 MPa，然后從特制的噴嘴噴射出來，噴射出來的可能是只有漿液，也可以將漿液和水或者高壓空氣分別噴射出來，土粒在噴射流的重力、離心力和沖擊力等作用下，土體結構的原來排列方式便被破壞，土?；蛲潦旌衔锉銖脑瓉淼恼w結構中剝落下來與漿液攪拌混合，混合物經過充分固結后，便在土體中形成半剛性固結樁體，這些固結樁體的集合共同作用，擠密原來的土體結構，提高地基的強度，改善土的滲透性質，最終達到在上部結構動靜荷載的反復作用下控制形變，達到加固目的。目前，根據噴射流的不同，在地基處理的工程實踐中高壓旋噴樁的施工方法主要有單管法、二重管法、三重管法和多重管法等。

高壓旋噴樁的加固機理主要體現在以下三個主要方面:1)高壓水、氣、漿液噴射流切割下來的土體與漿液攪拌混合形成固結樁體，大量半剛性樁體的存在同時也改變了路基土體的滲透性質;2)高壓噴射流在切割破碎土體與攪拌混合的過程中，會對樁體周圍土體有一定的壓力，這種壓力對樁周圍土體有壓密作用，如果漿液選用膨脹材料，固結樁體也會對周圍土體具有擠密作用;3)樁壁與樁周土之間存在摩阻力，樁群的存在也改變了土中應力傳遞的特征和分布，樁與樁間土一起形成復合地基，很好地阻止了土層側向變形，從而達到加固地基，減小形變，整治路基病害的效果。對于整治鐵路路基病害的旋噴樁，一般都是從路基邊坡兩側傾斜深入路基本體內部，因為是傾斜的樁體，樁壁與樁周土之間摩阻力對強度影響較小，復合地基的作用較弱，主要靠樁體固結作用、擠密作用來提高抗壓和抗剪強度，改善滲透性質，從而達到整治病害的目的。

3 高壓旋噴樁在鐵路路基病害整治工程中的應用

高壓旋噴樁技術在新建鐵路的軟土地基處理上應用很廣泛，取得了很好地經濟效益。對于鐵路既有線路的路基病害用高壓旋噴樁來進行整治還處于研究起步、探索試應用階段。對于既有鐵路路基病害整治，旋噴樁大多不是豎直的，而是從兩側邊坡向路基內部或者地基深處設置傾斜旋噴樁。主要通過旋噴樁從兩側邊坡傾斜打入路基本體或地基內部并且相互穿插咬合后，在路基本體或者地基內形成立體交織的傾斜旋噴樁體，在道砟陷槽地段，道砟囊或者道砟袋中的道砟也可與漿液攪拌固結，這種傾斜的樁體集合主要靠擠密作用和固結作用起到提高路基抗壓、抗剪強度，改善排水條件，改善滲透條件，從而對防治翻漿冒泥、基面下沉、剪切擠出、邊坡坍塌都會起到非常好的效果。

應用傾斜旋噴樁進行既有線路路基病害的整治有著傳統整治方法不可比擬的優勢。對于既有線路的病害防治，日常處理辦法一般是利用行車間隙或開天窗進行道砟抬道，這種方法治標不治本，只能臨時維持正常行車，直到鐵路線路大中修的時候再挖開路基面進行設置砂墊層、設置封閉層或者結合土工合成材料進行徹底整治。傳統整治方法施工和行車相互干擾較大，道砟抬道要經常進行，費時費力費錢，利用鐵路線路大中修來整治要中斷行車，成本也很高。尤其是高速鐵路線路，道床采用的是鋪設無碴軌道的整體道床，混凝土支撐層的存在也使采用常規方法對路基本體或者地基進行補強更加的困難。高壓旋噴樁整治既有線路路基病害具有對線路正常通車擾動影響較小，施工工藝相對比較簡便，施工時間靈活多變，不用專門等到鐵路線路大中修，對于不同病害或者同種病害不同發展程度只需簡單改變漿液的成分和配比即可，都可以采用大致相同措施進行整治，對于形成道砟陷槽地段可以充分利用道砟陷槽里面道砟形成固結體，不用清砟，提高工作效率，施工工期可以有效縮短。另外還具有旋噴樁體固結速度快，樁體固結之后耐久性好，對病害整治較為徹底的優勢。對于由于季節性排水不暢、凍脹、軟土等容易發生路基病害的地區，也可以在病害發展初期階段，在基本不影響正常行車的情況下，提前采取高壓旋噴樁注漿進行病害預防，防止病害進一步發展，從而達到用較少的成本抑制病害發展的目的。

旋噴樁進行既有線路路基病害的整治雖然有很多優勢，但因為處于探索起步階段，工程實踐還不是很多，還存在著許多有待改進之處。軟土地區新建工程的旋噴樁加固在工程實踐中應用較多，基本上已經成為比較成熟的技術。整治路基病害的旋噴樁因為是傾斜的，對于樁和樁周土之間作用機理與豎直樁具有很大的不同，傾斜樁擠密作用和樁體固結作用發揮較多，樁土摩擦作用、復合地基作用稍差，這種作用機理的不同致使傾斜樁不利于建立數學模型進行檢算，所以對于旋噴樁的樁長、樁徑、樁間距、行間距，都需要大量的工程實踐，在實踐中總結經驗，以達到高效經濟的目的。整治路基病害的旋噴樁因為是傾斜的，樁的連續性比垂直樁更難控制，新建工程軟土地基旋噴樁處理可以采取抽檢的形式檢查成樁質量，而既有鐵路線路病害處理的旋噴樁無法做到抽樣檢查，所以質量監控比較困難。與新建工地相比，鐵路既有線病害處理施工場地一般都受到地形或者安全行車的限制，所以就要求開發專門用于鐵路既有線病害處理的小型化高壓噴射注漿設備，這些設備要求能夠很好地適應路基邊坡傾斜施工，機械設備結構要求緊湊占地小，方便移動施工，震動要小，盡可能減少對路基本體的擾動，減少對正常行車的干擾，尤其是對于以病害預防為目的的高壓旋噴樁施工機械設備，就更要求設備的小型化。要加強對微膨脹性材料和漿液的研究，對于普通旋噴樁的漿液一般固結之后體積都會有所收縮，鐵路既有線病害處理傾斜旋噴樁固結之后如果體積收縮，就會給線路的平順性帶來不利影響，尤其對高速鐵路路基，高速度對線路的高平順性提出更高的要求，更要控制樁體的體積收縮。通過應用微膨脹材料，做好微

膨脹漿液配方的開發研究，更好地發揮旋噴樁的擠密作用，以長期控制沉降和變形，從而達到整治路基病害的效果。

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