高速鐵路地基注漿加固效果評(píng)價(jià)方法研究

周海強(qiáng)

（中鐵十七局集團(tuán)第三工程有限公司 河北石家莊 050081）

1 引言

作為新一代的高速運(yùn)輸方式，高速鐵路的出現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)鐵路的設(shè)計(jì)、施工提出了新的挑戰(zhàn)。在軟土地基上修建高速鐵路時(shí)，會(huì)遇到變形和穩(wěn)定問(wèn)題，應(yīng)用注漿加固處理軟土地基的技術(shù)在高速鐵路修建和維護(hù)過(guò)程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而如何對(duì)注漿加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)是一個(gè)極其關(guān)鍵的課題。雖然目前的鐵路、公路、民建、煤炭、冶金、水利等行業(yè)規(guī)范中有一定的要求，但要求各不相同，也沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本文依托工程實(shí)例，闡述了不同注漿加固效果評(píng)價(jià)方法在工程施工中的應(yīng)用，對(duì)同類(lèi)型工程的施工具有一定的借鑒作用。

2 依托項(xiàng)目背景

京沈客運(yùn)專(zhuān)線阜新段阜新站在施工完成后，地基發(fā)生不均勻沉降，后經(jīng)補(bǔ)勘、試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，阜新站段內(nèi)路基基底粉質(zhì)黏土是一種水敏感性較強(qiáng)的特殊結(jié)構(gòu)土，遇水有產(chǎn)生較大附加變形的可能。為消除隱患，確保運(yùn)營(yíng)安全，對(duì)已沉降段落及相似地基條件未沉降區(qū)段進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)處理［2］。

3 設(shè)計(jì)處理方案

（1）采用袖閥管注漿加固，注漿孔沿線路方向間距1.2～1.5 m，末端間距2 m左右，孔深以進(jìn)入全風(fēng)化巖不小于0.5 m控制［3］。

（2）注漿孔直徑110 mm，注漿管主要采用直徑76 mm剛性袖閥管，每根長(zhǎng)2 m，原地面以下部分每0.3 m預(yù)留4個(gè)φ1 cm溢漿孔，開(kāi)槽處安裝特制橡皮套。

（3）漿液選用水泥漿液，水灰比采用1∶1～0.8∶1［4］。套殼料水∶灰∶土比為1.6∶1∶1；水泥采用硫鋁酸鹽水泥；注漿壓力為 0.2～1.0 MPa［5］。

4 加固效果評(píng)價(jià)方法研究

對(duì)于注漿加固效果的檢測(cè)與評(píng)價(jià)，雖然目前的鐵路、公路、民建、煤炭、冶金、水利等行業(yè)相關(guān)規(guī)范中有一定的要求，但要求各不相同，也沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。常用的質(zhì)量檢測(cè)方法有鉆孔法、壓水試驗(yàn)、瞬態(tài)面波法、電探測(cè)法、電磁波CT等［6］。結(jié)合本項(xiàng)目的特點(diǎn)，采用了鉆芯法、標(biāo)準(zhǔn)貫入法、旁壓試驗(yàn)法、瞬態(tài)面波法對(duì)注漿加固效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，分別闡述各種檢測(cè)方法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方案，并對(duì)比各種檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為同類(lèi)工程提供借鑒。

4.1 鉆孔法

（1）鉆孔檢測(cè)方案

本著檢測(cè)孔均勻布置的原則，對(duì)處理區(qū)段進(jìn)行鉆孔取樣，分析注漿漿液在土層中的擴(kuò)散情況，判斷土層中孔隙填充效果，以此來(lái)評(píng)價(jià)注漿加固效果。鉆孔數(shù)量應(yīng)不少于注漿孔數(shù)的2%［7］。

（2）檢測(cè)結(jié)果分析

檢測(cè)結(jié)果顯示，芯樣內(nèi)能見(jiàn)多處水泥結(jié)石體，基本填滿(mǎn)可見(jiàn)縫隙，無(wú)未填充的可見(jiàn)大孔隙，芯樣詳細(xì)描述見(jiàn)表1。

鉆芯檢測(cè)法在注漿加固效果評(píng)價(jià)中是最為直觀的方法，能準(zhǔn)確分析漿體在土層中的擴(kuò)散情況，以判斷土層中孔隙填充效果。

表1 芯樣描述

4.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法

（1）檢測(cè)方案

在注漿加固處理前，對(duì)原地基土層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，評(píng)價(jià)其承載力［8］；在注漿加固處理后，在相近位置進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，評(píng)價(jià)其加固后的承載力。對(duì)比加固前后承載力變化情況，以此來(lái)評(píng)價(jià)加固效果。

（2）檢測(cè)結(jié)果分析

將地基土層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，未注漿加固前地基土層標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)在7～10擊，標(biāo)準(zhǔn)值為8.2擊。注漿前標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 注漿前標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

注漿后地基土層標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)為14～19擊，修正后為10.8～15.4擊，統(tǒng)計(jì)分析修正后標(biāo)準(zhǔn)值為12.8擊，較注漿前標(biāo)準(zhǔn)值提高4.6擊［9］。注漿后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范（遼寧地方標(biāo)準(zhǔn)）》（DB21/T 907-2015）附錄 C.0.3.3查表并參照鄰近地區(qū)勘察資料，綜合確定各地層地基承載力特征值（見(jiàn)表4）。注漿前地基土層標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為8.2擊，承載力特征值為150 kPa；注漿后地基土層統(tǒng)計(jì)擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值為12.8擊，承載力特征值為210 kPa。承載力特征值提高約為60 kPa，注漿加固效果明顯［10］。

表3 注漿后標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

表4 標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)判斷承載力特征值

4.3 旁壓試驗(yàn)法

（1）測(cè)試方案

注漿前后分別在線間鉆孔布置測(cè)試斷面，對(duì)不同深度處地基土層開(kāi)展旁壓試驗(yàn)，分析對(duì)比注漿前后地基土層旁壓剪切模量、承載力特征值變化情況，以此來(lái)評(píng)價(jià)注漿加固效果。

（2）檢測(cè)結(jié)果分析

試驗(yàn)斷面1：其注漿前原地基土層旁壓剪切模量為3.8 MPa，承載力特征值為126 kPa；注漿后地基土層旁壓剪切模量為5.8 MPa，較注漿前提高52%，承載力特征值為168 kPa，較注漿前提高33%。試驗(yàn)斷面2：注漿前原地基土層旁壓剪切模量為5.0 MPa，承載力特征值為134 kPa；注漿后地基土層旁壓剪切模量為5.6 MPa，較注漿前提高12%，承載力特征值為157 kPa，較注漿前提高17%。注漿后地基土層旁壓剪切模量、承載力均有顯著提高，注漿加固效果明顯。旁壓試驗(yàn)強(qiáng)度與模量特征值見(jiàn)表5。

表5 旁壓試驗(yàn)強(qiáng)度與模量特征值

4.4 瞬態(tài)面波法

（1）檢測(cè)方案

依據(jù)《鐵路工程物理勘探規(guī)程》（TB 10013-2010）規(guī)定，在廣泛收集施工資料、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查踏勘和分析資料的基礎(chǔ)上，針對(duì)地基形態(tài)特征和注漿工程加固位置，在注漿加固前后應(yīng)各進(jìn)行一次面波檢測(cè)［11］，測(cè)線布置平行于線路縱向方向（見(jiàn)表6）。為避免路基混凝土基床和軌道結(jié)構(gòu)對(duì)物探觀測(cè)結(jié)果的影響，面波檢測(cè)測(cè)線布置在無(wú)砟軌道與有砟軌道線間，共布置12道低頻檢波器，道間距1 m，端點(diǎn)激發(fā)，偏移距6 m，測(cè)試深度為路基面以下12 m范圍［12］。

表6 面波測(cè)試范圍

（2）檢測(cè)結(jié)果分析

上行測(cè)線：路基面以下8～12 m為地基土加固范圍，注漿前波速為186～214 m/s，注漿后波速為201～241 m/s，最大增幅達(dá)到12.6%（見(jiàn)圖1）。

圖1 上行測(cè)線波速沿深度變化曲線

下行測(cè)線：路基面以下8～12 m為地基土加固范圍，注漿前波速為176～206 m/s，注漿后波速為284～233 m/s，最大增幅達(dá)到13.1%（見(jiàn)圖2）。

注漿前后面波測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表7。

圖2 下行測(cè)線波速沿深度變化曲線

表7 注漿前后面波測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論

（1）鉆芯檢測(cè)法在注漿加固效果評(píng)價(jià)中是最為直觀的方法，能準(zhǔn)確分析漿體在土層中的擴(kuò)散情況，判斷土層孔隙填充效果，但結(jié)果無(wú)法以數(shù)值方式進(jìn)行量化。

（2）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)測(cè)試深度大、速度快且數(shù)據(jù)連續(xù)，能直觀反映地基土層密實(shí)程度和均勻性的變化。通過(guò)對(duì)注漿加固處理前后地基土層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，對(duì)比其承載力的變化情況，可以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其加固效果，即承載力增幅越大，其加固效果越明顯。

（3）旁壓試驗(yàn)對(duì)地基土層不產(chǎn)生擾動(dòng)，其成果所確定的承載力最可靠，但其試驗(yàn)周期長(zhǎng)、速度慢、設(shè)備笨重，不適用于大面積檢測(cè)。通過(guò)對(duì)注漿加固處理前后地基土層進(jìn)行旁壓試驗(yàn)，對(duì)比其旁壓剪切模量、承載力的變化情況，可以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)其加固效果，即旁壓剪切模量增幅越大，承載力增幅就越大，加固效果越明顯。

（4）瞬態(tài)面波掃描法具有輕便、快捷、效率高的特點(diǎn)，可以對(duì)處理后地基土層在水平方向的均勻性做出評(píng)價(jià)，以及確定加固所影響的深度和范圍，其效果評(píng)價(jià)是整體的、宏觀的、連續(xù)的。

地基土層在加固以后，有必要也必須對(duì)其加固效果作出評(píng)價(jià)。本工程中所使用的四種方法各有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。在實(shí)際工程中，應(yīng)該根據(jù)工程需要，采用一種或多種行之有效的檢測(cè)方法，對(duì)地基加固質(zhì)量、加固深度、加固范圍以及加固的均勻性做出綜合評(píng)價(jià)，為后續(xù)的工程建設(shè)及運(yùn)營(yíng)提供可靠的安全保障。