袖閥管注漿技術在路基病害整治中的應用

賀雷寧

(中鐵十七局集團第三工程有限公司 河北石家莊 050081)

1 工程概況

某段路基位于站內，剝蝕平原地貌，最大填方高度為10.5 m。地質從上到下依次為:粉質黏土，黃褐色，軟塑～硬塑，黏性好；頁巖，灰褐色、灰黑色、黃褐色，全～弱風化，泥質結構，層狀構造，σ＝250 kPa(全)/400 kPa(強)/600 kPa(弱)，具有膨脹性。地下水為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水，主要由大氣降水和地下水徑流補給。地下水埋深5.0～6.6 m。

該段路基為站內路基，正線路基基床厚度2.7 m，自上而下由1.4 m基床混凝土+0.85 m級配碎石摻5%水泥+0.45 m AB組土組成，基床以下填料采用ABC組土。

2 路基病害情況及原因分析

2.1 路基病害情況

雨季過后，發現該段路基疑似沉降，經測量，沉降量為-3.59～-28.6 mm，具體情況如圖1所示。

圖1 軌道沉降縱斷面示意

2.2 病害產生的原因

經分析沉降觀測數據，根據路基挖驗、基底粉質黏土及全風化頁巖濕陷性室內試驗、平板載荷試驗判斷，粉質黏土是一種水敏感性較強、結構特殊的高壓縮性土，其具有的中度濕陷性是引起路基沉降的主要因素。

3 整治方案

由于面臨聯調聯試，加之該段路基位于站內兩站臺間，大型設備無法進入，常規的旋噴樁加固無法實施，人工挖孔樁作業時間長、費用高。經過方案比選，最終確定采用袖閥管注漿對基底進行加固。注漿孔沿線路方向間距1.2～1.5 m，末端間距2 m左右。注漿孔位布置如圖2～圖3所示?？咨畎催M入全風化頁巖(Ⅲ)W4地層不小于0.5 m控制[1]。

圖2 注漿橫斷面示意

圖3 注漿孔平面布置示意(單位：m)

4 袖閥管注漿施工工藝

4.1 工藝試驗

為確保注漿加固效果，在正式施工前必須對工藝流程、工藝參數、漿材配比、注漿順序進行試驗，以確定最佳方案[2]。注漿工藝試驗分線外和線上兩步進行。

(1)線外工藝試驗

在線外選擇合適位置模擬線上工況進行試驗，主要目的是確定漿材配比[3]。試驗孔共設置3組，每組間最小距離為3 m，每組9孔，矩形布置，縱橫向均為3排，孔間距1.5 m，孔深4～4.5 m，進入到全風化頁巖深度不小于0.5 m。注漿順序為3#→7#→1#→9#→6#→4#→2#→8#→5#。 試驗孔布置見圖4。

由于基底粉質黏土具有濕陷性，為盡量減少在注漿時漿液對土體的軟化，加劇路基下沉，因此需盡可能地提高漿液濃度，縮減其初凝時間[4]。結合以往施工經驗，線外試驗選用了三種漿材配比進行試驗，通過試驗對其性能指標進行了總結，具體見表1。

圖4 試驗孔平面布置

表1 漿材配比性能指標及效果評價

試驗結束后，對第一組注漿效果進行了挖槽驗證。通過挖驗可明顯看出，全風化頁巖具有較多層狀裂隙，漿液在全風化頁巖層中通過性強，注漿量大，形成層狀結石和少量粒狀結石；粉質黏土層中有明顯劈裂，漿液流過處形成層狀結石，漿液擴散至距注漿孔5～8 m[5]，從粉質黏土層中薄弱區域劈裂并向地表上溢。

通過線外試驗及挖槽驗證，最終選用配合比為水泥∶水∶速凝劑∶減水劑 ＝1∶0.8∶0.02∶0.02，初凝時間及注漿效果較為理想。

(2)線上工藝試驗

線上試驗主要目的是確定注漿順序及壓力?？傮w采用先封閉外側，隔2注1，形成隔斷，再由外及內，先下后上，隔2注1，完成整段路基注漿加固處理施工[6]。

外側封閉孔:采用后退式分段注漿，分段步距30～100 cm，1～3次注漿完成。每米注漿0.6 m3(理論注漿量)[7]或注漿壓力不小于1.2 MPa(地面以上為0.8 MPa)。

內側孔:采用后退式分段注漿，分段步距30～100 cm，1～3次注漿完成。采用注漿壓力控制，地面以下注漿壓力不小于1.2 MPa，地面以上注漿壓力不小于0.8 MPa。

C′、c′及 B′、b′孔(左右最外側各兩排)注漿完成后，變形觀測數據無變化；A′、a′孔(左右最外側第三排)注漿，現場目測基床兩側與填料之間出現裂紋，變形觀測數據顯示軌道抬升8.56 mm；完成C、c及B、b孔(左右最外側第四、五排)注漿，變形觀測數據顯示軌道抬升23.54 mm，接近設計值，完成本段注漿。

4.2 施工工藝

袖閥管注漿主要工藝流程為:鉆進成孔→安裝袖閥管→制備注入套殼料→制備及注漿。

4.2.1 鉆孔

鉆孔采用多功能履帶鉆機，困難區域采用小型潛孔鉆機。在布置的孔位處按設計傾角、孔深進行鉆孔，孔徑、孔深不小于設計值，鉆孔順序嚴格按工藝試驗總結進行，過程中對孔位、傾角、深度、地質等情況詳細記錄[8]。若遇到塌(縮)孔現象，注漿管無法下入時，可采用套管跟進、加壓注漿、適當調整孔徑(深)、調整鉆桿等方法，直到按設計要求完成鉆孔。

4.2.2 袖閥管加工及安裝

為減小大面積鉆孔造成路基沉降，鉆孔完成后立即安裝袖閥管，注入套殼料。袖閥管采用φ76×5 mm鋼袖閥管，分段長度2 m。原地面以下每0.3 m鉆4個φ1 cm溢漿孔；原地面以上每1 m鉆4個φ1 cm溢漿孔，兩兩對稱。溢漿孔處開槽，開槽寬度為30 mm，深度為2.5 mm，開槽處安裝特制橡皮套。袖閥管插入時相鄰兩節袖閥管用公母槽扣套接并焊接，下放時盡量保證袖閥管的中心與鉆孔中心重合。袖閥管上口露出地面不小于20 cm。

4.2.3 注套殼料

注套殼料是袖閥管注漿的核心技術之一，是與花管注漿最大的區別之處[9]。套殼料的主要作用是使漿液在一定高度范圍內橫向流動，阻止漿液的上下流動，并填充管壁和孔壁之間的縫隙，減小由于塌孔而造成路基的變形。套殼料采用膨潤土和水泥現場配制，配合比(重量比)為水∶膨潤土∶水泥＝1.6∶1∶1。攪拌時先量取80 kg水加入攪拌桶中，再加入50 kg膨潤土，強力攪拌后加入50 kg水泥攪拌均勻即可。

4.2.4 制備及注入漿液

漿液配比采用工藝試驗確定的配比，一般初凝時間應控制在60 min以內，終凝時間應在120 min以內[10]。

注漿方式采用后退式分段注漿，注漿速度10～20 L/min。每孔首次注漿完畢后立即用清水沖洗注漿管，確保再次注漿時管道暢通[11]。

嚴格分批分次按順序進行注漿，采用兩側對稱、先外后內、先下后上進行。為防止相鄰兩孔串漿，采用隔孔注漿。每孔注漿次數原則上不受限制，一般以1～4次注滿為宜[12]，總注入量以土層飽和為原則，施工中采用自動流量和壓力記錄儀進行注漿施工如實記錄。

終止注漿以壓力控制為主、注漿量控制為輔，符合下列條件之一時，終止注漿:

(1)注漿壓力≥1.2 MPa(路基本體0.8 MPa)，當吸漿量＜2.5 L/min，穩定25 min；

(2)發現底座、軌道有上抬的趨勢時，停止注漿；

(3)發生串漿、冒漿或漿液漏失嚴重時，停止注漿，洗孔，待漿液初凝后進行二次注漿。

5 變形監測及軌道幾何尺寸控制方法

5.1 變形監測

注漿施工過程可能引起路基及軌道結構產生變形。為了有效控制該變形，采用自動監測為主、人工觀測為輔的監測手段。

5.1.1 自動監測

自動監測分為沉降位移自動監測系統和平面位移自動監測系統。

(1)沉降自動監測系統

測點布設于左右線底座外緣，間隔5 m布設?；鶞庶c布設在注漿影響區域外。為了解注漿過程中不同地層的沉降情況，布設高精度分層沉降位移計，對不同地層的沉降情況進行測量。

(2)平面位移自動監測系統

按照CPⅢ測量原理對注漿過程中軌道變形情況進行實時測量。在每個作業區段布設兩臺自動全站儀，全站儀應設置在變形區域以外。測點以棱鏡作為觀測位移點，布設于底座上方外緣，沿線路方向每隔10 m布設一棱鏡。高精度自動全站儀布設見圖5。

圖5 全自動全站儀測量示意

(3)監測頻次

沉降系統:1次/10 s；

自動全向傳感水平位移計:1次/10 min；

分層沉降位移計:1次/60 min；

自動全站儀:1次/30 min，具體設定可根據現場施工情況進行調整。

(4)監測預警值

考慮監測系統精度、施工交叉影響及扣件調整量等因素，垂直變形應控制在-5 mm～1 mm之內，橫向變形達到1.5 mm時進行預警，立即停止注漿。

5.1.2 人工監測

位移監測網可利用原有的沉降觀測工作基點及CPⅢ軌道控制網，在每單元無砟軌道底座四角設置位移觀測點，利用電子水準儀和全站儀進行觀測，架設儀器遠離注漿區域不小于50 m。

5.2 軌道幾何尺寸控制

由于扣件系統調整量有限，為避免無砟軌道返工，有時需要對由于地質、施工質量和鉆孔注漿等原因造成的沉降漏斗區域通過注漿進行抬升調整。國內最成功的案例都是通過切割使底座與道床分離，利用千斤頂將道床抬升到合適高度，用特殊材料填塞縫隙的方法。該方法效果較好，但成本較高，工期較長。

在注漿過程中，勢必會造成軌道上拱或者下沉，這也是注漿加固的“副作用”之一。如果控制方法得當，也可利用其“副作用”抬升軌道對沉降漏斗進行補救，避免軌道結構返工。在抬升軌道時要按照“縱向分段，左右對稱，監控到位，寧低勿高，實時調整”的原則進行。縱向分段需按照軌道單元結構分段進行注漿；左右對稱指的是注漿時嚴格按照左右孔位對稱、壓力一致的原則進行注漿，可有效防止軌道中心偏移；在注漿抬升時要對軌道變形情況實時監測，實時溝通，專人指揮；寧低勿高是指在抬升軌道時要根據前后軌道幾何數據和扣件調整量，留有一定的預留量，避免抬升過高，但也應適當考慮注漿后的沉降量；實時調整是指在注漿過程中，若軌道無明顯變化，就需對注漿位置、壓力等根據現場情況進行調整或分次注漿。注漿過程通過精細化控制，最終達到了預期目的，避免了軌道結構返工。

6 注漿效果檢查及評定

目前，相關規范中對注漿加固質量檢測和效果評定并沒有統一的標準和方法。應根據設計要求和工程實際，采用簡單易操作、結果可靠的方法進行效果評定。路基注漿加固效果評價可采用鉆芯取樣觀察法、填充率反算法、原位測試對比法、沉降評估法等方法。

6.1 鉆芯取樣觀察法

按照不小于設計孔數2%的數量進行鉆孔取芯，取樣孔能見多處水泥結石體，基本填滿可見縫隙，無未填充的可見大孔隙即可。

6.2 填充率反算法

一般情況下，漿液填充率(實際注漿量和設計注漿量之比)大于80%，可判定為達到加固效果。設計注漿量可按下式計算[3]:

式中，Q為注漿量(m3)；V為被加固的土體體積(m3)；n為地層孔隙率，可按地質勘查報告中地層孔隙率取值；α為地層填充系數，深孔注漿宜取0.6～1.0；β為漿液損失系數，宜取1.2～1.4。

6.3 原位測試對比法

該方法是在注漿前后分別進行標準貫入、動力觸探原位測試，對測試結果進行對比分析，從而對注漿效果進行評定。

6.4 沉降評估法

對于由于路基不均勻沉降造成的病害，注漿結束后，按照常規的沉降觀測方法進行沉降觀測，也是注漿效果評定的主要方法之一。

7 結束語

該段路基通過袖閥管注漿加固，達到了預期效果，也為后期類似問題的處理積累了一定的經驗。但由于目前認識水平、工藝水平、監測方法、檢測方法等還存在一定的局限性，還需在以后的工程實踐中繼續研究和總結。