高鐵運營中軟土路基沉降病害處治技術

2014-07-25 11:29:01董明

鐵道勘察 2014年5期

關鍵詞：施工

董明

(北京中鐵瑞威基礎工程有限公司，北京 100055)

高鐵運營中軟土路基沉降病害處治技術

董明

(北京中鐵瑞威基礎工程有限公司，北京 100055)

結合滬寧城際鐵路K300+208～K300+283段軟土路基運營沉降病害處治的實踐，在確定采用“高壓旋噴樁止水帷幕+袖閥管注漿技術”作為整治方案的基礎上，詳細闡述其工藝原理、施工效率及加固效果等關鍵內容，這是此項技術在高鐵軟土路基運營沉降病害處治中的首次成功應用。

高鐵軟土路基高壓旋噴樁止水帷幕袖閥管注漿

隨著國民經濟的增長和人們生活水平的不斷提高，現有的傳統交通工具已難以滿足大眾的出行需求，建設高速鐵路成為勢在必行的一種趨勢[1]。我國軟土分布相當廣泛，運營中的很多高鐵線路位于高壓縮性的軟土地區，尤其是南方珠三角、長三角地區，高鐵軟土路基引發的路基下沉問題尤為突出[2]。為了解決此類問題，國內外專家提出了各種技術措施，如換填法、強夯法、排水固結法、復合地基法等，但這些方法大多針對的是高速鐵路建設期的軟土地基處理，而對運營中的客運專線則鮮有涉及。

1 軟土路基沉降病害處治方案

滬寧城際鐵路K300+208～K300+283段屬長江沖積階地，地面高程在10～13 m之間，地勢平坦，起伏微小，表層為人工填土，厚1.0～1.5 m；上部為沖洪積粉質黏土，軟塑，基本承載力120 kPa，厚1.2～1.5 m；中部為沖積淤泥質粉質黏土，流塑，基本承載力90 kPa；下部為沖洪積粉質黏土，硬塑，基本承載力150 kPa；底部為沖洪積質粉質黏土，硬塑，基本承載力200 kPa。地下水不發育，主要為第四系孔隙水。高壓旋噴樁在樁身強度達到要求后，加固土體的滲透性小，滲透系數可小于10-7～10-8cm/s，既能防止翻漿冒泥，又能阻止軟土地基引發的不均勻沉降，施工工藝見圖1。袖閥管注漿通過直徑6 mm的袖閥管，用內壓力擠碎套殼料，脹開橡膠圈，能在土中形成固結體，降低土層滲透性，增加土層強度(見圖2)。經過理論分析和試驗段實驗后，最終采用袖閥管注漿對K300+208～K300+283處共計75 m的軟土路基基礎進行加固補強，在K300+208～K300+283靠近線路一側設置了高壓旋噴樁水泥土隔滲帷幕墻，以保證施工質量和作業效率。

圖1 旋噴樁工藝

圖2 袖閥管注漿示意

2 軟土路基沉降病害處治施工

2.1 袖閥管注漿

袖閥管注漿法的工藝流程見圖3。設計孔距為40 cm，施工時采用全站儀定出鉆孔孔位并對孔位用水泥砂漿加固，鉆孔注漿間隔2孔，待每排鉆孔結束后再進行中間孔施工，以減小孔間的影響。鉆孔注漿采用由外圈向內圈的順序進行，鉆孔采用合金鉆頭和泥漿護壁，泥漿稠度采用膨潤土進行調配，施工中控制護壁泥漿比重在1.05～1.12范圍內，鉆孔時轉速均勻。為避免擴孔，下放和提升時應保持垂直，遇巖石時鉆頭換用金剛石鉆頭。完成鉆孔后，把泥漿管連接到擠壓式注漿機上，孔內泥漿馬上用套殼料進行置換，在壓力作用下把套殼料壓入鉆桿底部進行泥漿置換，直至套殼料出現在排出泥漿中停止置換。置換結束后插入袖閥管，袖閥管長4 m，中間連接采用PVC套管，長0.2 m，用U-PVC膠合劑粘牢。在第一節袖閥安裝堵頭并注入清水，為減小袖閥管彎曲，地面以下2 m 袖閥管用不鉆泄漿孔的花管，為防止管內進入雜物，袖閥管上端頭高出地面0.2 m，用套頭套牢。對待套殼料進行5～7 d養護，待強度達0.3～0.5 MPa后，將連接好的雙塞管和注漿內管放入袖閥管底部，逐段由下往上進行注入雙液漿注漿，控制好注漿效果[3]。

2.2 高壓旋噴樁止水帷幕

單管旋噴注漿法是利用鉆機把安裝在注漿管(單管)底部側面的特殊噴嘴，置入土層預定深度后，用高壓泥漿泵等裝置，以20 MPa左右的壓力，把漿液從噴嘴中噴射出去沖擊破壞土體，使漿液與從土體上崩落下來的土攪拌混合，經過一定時間凝固，便在土中形成一定形狀的固結體。施工前用全站儀定控制點，埋石標記，然后進行鉆機進就位，鉆桿與樁位偏差不超過10 mm，鉆孔垂直度誤差不超過0.3%，采用在鉆塔旁用紅油漆標注深度線和校驗鉆桿長度的方法保證孔底設計高程滿足規定要求。為保證機械運轉正常，先進行地面試噴后進行孔鉆進。完成引孔后，將巖芯管拔出，插入噴射注漿管，接通泥漿泵，進行旋噴排出泥漿。為防止旋噴管扭斷，旋噴管應在噴射壓力合格后逐漸提升，噴嘴在設計深度處原位旋轉10 s，在孔口正常冒漿后旋噴提升，1 m范圍內增加噴漿旋噴時間，以保證底端樁的質量。噴提升時按照土層對旋噴參數進行調整。為防止出現斷樁，連續進行提升和旋轉，噴嘴至樁頂設計高程后，停止旋噴，提升鉆頭，對輸送管道和注漿泵進行清洗，再進行鉆機移位[4]。

圖3 袖閥管施工工藝流程

3 軟土路基沉降病害處治效果

3.1 旋噴樁效果檢驗

為了檢驗樁身完整性，試驗段完成后，共對樁身進行了6次鉆芯取樣，數量占總樁數的1%；位置分別位于中間一排樁的中心和內側一排樁與中間一排樁的咬合部位(如圖4)，取芯檢測結果(如圖5、圖6)的最大值為1.6，最小值1，平均值1.2，大于設計標準值，表明樁身完整性良好。為了檢驗樁身強度，在監理工程師的見證下，留置了三組混凝土試塊進行強度測試，權威檢測機構出具的試樁報告顯示，送檢試塊的無側限抗壓強度達到1.1～1.5 MPa，符合設計和規范要求。

圖4 旋噴樁鉆孔取芯位置示意

圖5 1號取芯孔取出的芯樣

圖6 2號取芯孔取出的芯樣

3.2 袖閥管注漿效果檢驗

鑒于本項目對施工過程中的軌道幾何尺寸變化和路基本體變形控制有著非常高的要求，業主特聘請第三方權威監測機構對施工過程進行24 h全天候監測，監測內容包括軌面高程變化和軌道水平位移情況。根據監測單位繪制的測點點位圖(如圖7)，此次在上下行線路各布置17個高程監測點和共計38個水平位移監測點。根據監測數據分別繪制了上下行線路高程變化曲線(圖8、圖9)。可以看出，上行線最大隆起出現在4月29日，點位為D01測點，最大隆起量1.515 mm，最大沉降則分別出現在6月4日和6月6日，點位均為D21測點，最大沉降量為-2.17 mm；下行線最大隆起同樣出現在4月29日，點位為D02測點，最大隆起量1.44 mm，最大沉降則出現在6月6日，點位為D22測點，最大沉降量為-2.89 mm。圖10、圖11給出了線路水平位移在X、Y方向上的最大變位，可以看出，X方向的最大變位分別出現在5月8日和5月10日，點位為P29和P27測點，最大變位值分別為-1.4 mm和1.5 mm；Y方向的最大變位則出現在5月8日，點位為P21和P31測點，最大變位值分別為1.9 mm和-2.3 mm。結果表明，無論是軌面高程還是線路水平位移的變化幅度均在高鐵規范要求的范圍之內，未出現超限。