注漿加固技術(shù)在巖溶鐵路路基中的應(yīng)用

唐小軍

摘要：隨著我國(guó)鐵路建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，高速鐵路在當(dāng)代經(jīng)濟(jì)建設(shè)中擔(dān)負(fù)著重要的作用。在高速鐵路修建中，巖溶段鐵路路基采用注漿加固技術(shù)，該技術(shù)可克服不良地基的影響，有效提高鐵路路基的施工質(zhì)量。文章簡(jiǎn)要介紹了注漿加固技術(shù)在某巖溶段鐵路路基施工中應(yīng)用。結(jié)果表明：注漿加固技術(shù)適用性強(qiáng)、施工成本低、加固效果明顯。

Abstract： With the continuous development of China's railway construction， high-speed railway plays an important role in the contemporary economic construction. In the construction of high-speed railway， the grouting reinforcement technology is used in the railway roadbed in karst section. This technology can overcome the impact of poor foundation， and effectively improve the quality of the construction of the railway subgrade. This paper briefly introduces the application of grouting reinforcement technology in the construction of railway subgrade in karst section. The results show that grouting reinforcement technology has great applicability， low construction cost， and obvious strengthening effect.

關(guān)鍵詞：高速鐵路；巖溶；注漿加固

Key words： high-speed railway；karst；grouting reinforcement

中圖分類(lèi)號(hào)：U213.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）35-0131-02

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，高速鐵路在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著巨大的作用。而鐵路路基作為高速鐵路的關(guān)鍵部位，在高速鐵路建設(shè)中顯得至關(guān)重要。鐵路路基的加固程度直接影響著高速鐵路的使用質(zhì)量。在鐵路路基建設(shè)中經(jīng)常會(huì)穿越一些不良地質(zhì)帶，如巖溶路基段，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、承載力低，使路基建成后產(chǎn)生不均勻沉降。文章結(jié)合某巖溶路段下的鐵路路基施工，簡(jiǎn)要介紹了注漿加固技術(shù)的施工步驟，并對(duì)其工后質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。工程實(shí)踐表明，注漿加固技術(shù)是鐵路路基施工中一種有效的質(zhì)量控制技術(shù)，可較大程度地提高路基承載能力。然而，由于注漿加固技術(shù)的研究尚未成熟，工后易出現(xiàn)加固效果差，承載力低等現(xiàn)象。因此，須不斷加強(qiáng)注漿加固技術(shù)中的操作規(guī)范，優(yōu)化施工步驟、提升施工水平，以提高不良地質(zhì)條件下的路基施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)鐵路建設(shè)事業(yè)的良性發(fā)展。

1 加固機(jī)理

注漿加固技術(shù)是在不改變地層組織的情況下，憑借壓力作用，通過(guò)注漿管將漿液穩(wěn)步均勻地注入地層中。漿液在進(jìn)入地層后以滲透、填充和擠密的方式，將土顆粒及巖石裂隙中的水、空氣等強(qiáng)制擠出，一段時(shí)間后，原有的松散土顆?；蛄严对跐{液的作用下膠結(jié)成一個(gè)整體，形成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大、化學(xué)穩(wěn)定性好、防水性能好的“結(jié)體石”。同時(shí)其可形成水平注漿帷幕，阻斷降水和地表水的下滲，可有效降低地表水下滲時(shí)對(duì)上層土體的潛蝕作用，降低巖溶水和上部土層內(nèi)地下水間的垂直聯(lián)系，以避免深層地下水的升降變化侵蝕上部土層。另外注漿加固還能有效增大土層內(nèi)的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，使地基土層得到加固，從而起到加固和穩(wěn)定路基的作用。

2 工程概況

某高速鐵路地處云貴高原淺丘、垅崗地區(qū)。路基設(shè)計(jì)主要以路堤、路塹和半填半挖為主，路基挖填8～10m。線路內(nèi)褶皺強(qiáng)烈，棋盤(pán)格式斷裂縱橫交錯(cuò)。下伏二疊系與下統(tǒng)茅口組灰?guī)r，顏色呈灰色，屬中等風(fēng)化類(lèi)巖石，其裂隙、節(jié)理及溶蝕空洞較為發(fā)育。表層下0～15m為一層溶洞，溶洞尺寸0.3～18.5m，部分溶洞內(nèi)存在大量軟塑性粘土和少量灰?guī)r碎塊。其巖溶形態(tài)主要為溶蝕裂隙、溶蝕破碎帶及空溶洞。路基范圍內(nèi)表層土體為第四系粉質(zhì)黏土，土層厚0～2.5m。為確保路基施工質(zhì)量，經(jīng)多次技術(shù)方案比選，決定對(duì)該巖溶路段采用注漿加固技術(shù)處理。

3 注漿加固施工流程及步驟

3.1 施工流程

注漿加固施工工藝主要流程：定孔位→鉆孔→清孔→ 配漿→注漿→回抽注漿管→注漿結(jié)束→移至新孔位

3.2 施工步驟

3.2.1 注漿孔定位

注漿加固施工前，測(cè)量人員應(yīng)根據(jù)路基橫斷面圖，注漿孔平面布置圖及現(xiàn)場(chǎng)鉆孔驗(yàn)證所確定的加固范圍，并用全站儀進(jìn)行放樣，用木樁進(jìn)行標(biāo)識(shí)和編號(hào)。當(dāng)?shù)乇砑暗孛嫦麓嬖谡系K物時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，適當(dāng)移動(dòng)注漿孔位置，但其移動(dòng)位移量應(yīng)≤0.1m，特殊情況下可移動(dòng)至0.5m。

3.2.2 注漿孔施鉆

該工程中采用200型盤(pán)式鉆孔機(jī)旋轉(zhuǎn)施鉆，鉆頭直徑50mm，并依靠Ф48普管護(hù)壁。為充分利用漿液，注漿孔施工時(shí)應(yīng)先兩側(cè)后中間。同時(shí)鉆孔施工中采用干鉆法，過(guò)程中嚴(yán)禁加水。當(dāng)鉆孔設(shè)計(jì)深度與現(xiàn)場(chǎng)情況不符時(shí)，應(yīng)確保鉆孔深度達(dá)到基巖面下方≥3.0m。注漿孔施工時(shí)若采用跳孔施鉆，施工時(shí)應(yīng)先在兩側(cè)進(jìn)行注漿，再對(duì)中線施鉆，此時(shí)中線鉆孔既可作為兩側(cè)注漿孔內(nèi)注漿效果的檢查孔，又可作為下步工序的注漿孔。注漿孔鉆進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)鉆孔下方的土洞、溶洞、土石界線、裂隙深度，裂隙內(nèi)的充填狀態(tài)及水文地質(zhì)的變化情況。

3.2.3 清孔及注漿孔檢查

注漿加固施工中對(duì)注漿孔的清洗效果將直接影響到后期注漿孔的注漿質(zhì)量。工程設(shè)計(jì)上一般采用沿鉆桿注入清水的方法進(jìn)行洗孔，但實(shí)際施工中，因鉆孔深、土層厚，且泥漿內(nèi)含碎石土顆粒沉碴較多，導(dǎo)致沿鉆桿注清水的洗孔效果差。實(shí)際施工中，采用改進(jìn)后的直徑為Ф50mm的小導(dǎo)管，將導(dǎo)管插入注漿孔底部并利用注漿泵的大壓力和大流量進(jìn)行洗孔。該方法對(duì)巖溶較為發(fā)育路段內(nèi)的充填物清洗效果明顯，可有效提高施工效率，保證洗孔質(zhì)量。為確保注漿孔的成孔質(zhì)量和加固效果，注漿前須對(duì)注漿孔的孔位、孔徑、孔深及孔口管進(jìn)行核對(duì)。

3.2.4 配制漿液

該工程中漿液采用P.S.A32.5硅酸鹽純水泥漿與水玻璃的混合液，同時(shí)為增大漿液的滲透能力，漿液中采用超細(xì)水泥。漿液中水灰比控制在1：1～1.1：1，其中水玻璃的摻入量為水泥用量的5%。通常情況下，漿液的攪拌時(shí)間應(yīng)控制在≥5min，同時(shí)注漿材料28天的抗壓強(qiáng)度應(yīng)≥5MPa。對(duì)全充填溶洞一般采用單液注漿，其灰砂重量比為1：3～1：6；當(dāng)裂隙通道發(fā)育，漿液擴(kuò)散較遠(yuǎn)或地表冒漿嚴(yán)重時(shí)要采用雙液注漿：其水泥漿與水玻璃配比為1：0.1～1：0.05。

3.2.5 注漿壓力

在注漿加固施工中，注漿壓力的選取往往與土體的重度、強(qiáng)度、初始應(yīng)力、孔深及注漿次序等因素有關(guān)，而這些因素難以準(zhǔn)確測(cè)定。一般情況下，注漿壓力控制在0.2～0.4MPa，終注壓力0.2～0.5MPa。該工程中采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)注漿壓力為0.4MPa。

3.2.6 注漿

該工程注漿施工中采用HP—013型注漿泵，注漿壓力4MPa，注漿流量80L/min。為確保注漿加固的深度，注漿前應(yīng)檢查管路的暢通性及密封性，同時(shí)對(duì)樁孔進(jìn)行深度測(cè)量和壓水試驗(yàn)。另外為保證注漿質(zhì)量，應(yīng)及時(shí)掌握樁孔內(nèi)吸水量和地面的溢水狀況。注漿過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照：壓力由小到大、濃度由稀到濃、速度由慢到快的原則穩(wěn)步進(jìn)行。注漿時(shí)先采用自流式注漿，待漿液到達(dá)孔口時(shí)采用有壓注漿，注漿壓力應(yīng)由小到大逐步增加，且最大壓力不得超過(guò)終注壓力的2倍。一般情況下，漿液以純水泥漿為主，若存在較大溶洞和裂隙時(shí)，須先灌入粗粒充填料后再注入較大濃度的水泥漿。當(dāng)注漿狀態(tài)達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可完成該孔注漿：①注漿孔冒漿量已滲出注漿范圍外3～5m時(shí)；②注漿孔壓力保持在0.2MPa，其吸漿量≤40L/min，且持續(xù)該狀態(tài)30min時(shí)；③單孔注漿量達(dá)到平均注漿量的1.5～2.0倍，且其注漿量明顯降低時(shí)。

4 注漿質(zhì)量檢測(cè)

注漿加固技術(shù)屬隱蔽工程，對(duì)其質(zhì)量控制至關(guān)重要。為確保路基施工質(zhì)量，路基施工中應(yīng)采用多角度、多時(shí)段、多方法對(duì)注漿效果進(jìn)行檢測(cè)。常用的注漿加固質(zhì)量檢測(cè)方法包括：注漿前后鉆孔注水試驗(yàn)對(duì)比法和面波檢測(cè)法。

4.1 注漿前后鉆孔注水試驗(yàn)對(duì)比法

注漿加固施工完成后，對(duì)該段進(jìn)行了95次壓水試驗(yàn)。結(jié)果顯示：注漿完成后土體和巖層中的平均單位吸水率較注漿前分別下降了92.86%和82.65%，具體檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表1，表明注漿完成后漿液有效充填了土體和巖層中的空洞和裂隙，提高了巖土體強(qiáng)度。

4.2 面波檢測(cè)法

面波檢測(cè)法是通過(guò)無(wú)線面波儀對(duì)成樁質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。該儀器使用無(wú)線傳輸設(shè)備，配備高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和專(zhuān)用電源高度集成電子測(cè)試系統(tǒng)。其原理示意圖見(jiàn)圖1。注漿加固施工完成后，對(duì)該段選取了1500孔進(jìn)行面波檢測(cè)，對(duì)注漿效果的檢測(cè)，不能單從面波速度或頻散比較結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，應(yīng)綜合二者進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示：滿(mǎn)足表2，達(dá)到好、良好以上的樁孔1435個(gè)，占選取樁孔總數(shù)的95.64%，表明該巖溶路基段注漿加固效果明顯，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

注漿加固技術(shù)在不改變地層組織的情況下，應(yīng)用于巖溶發(fā)育路段內(nèi)路基施工時(shí)，可快速增強(qiáng)其地基承載力，提高其力學(xué)強(qiáng)度和變形模量，優(yōu)化路基施工質(zhì)量。同時(shí)該技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)效益好、污染小、施工質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的推廣與運(yùn)用價(jià)值。

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