高速鐵路路基沉降注漿加固施工技術(shù)

王 欽

中鐵十一局集團(tuán)第四工程有限公司，湖北 武漢 430000

1 路基沉降的類型

從病害程度的角度來看，可分為瞬時沉降、主固結(jié)沉降、次固結(jié)沉降三種，以下對這三種類型展開論述。

1.1 瞬時沉降

高速鐵路路基受到某重力作用時，將在短時間內(nèi)快速發(fā)生沉降，其主要與飽和軟土中孔隙水外排效率較低有關(guān)，此時土體有形變現(xiàn)象。瞬時沉降的基本特點在于發(fā)生時間較短且具有突然性，并且會對路基帶來較為嚴(yán)重的不良影響，因此需要加大防控力度，切實規(guī)避瞬時沉降所帶來的不良影響。

1.2 主固結(jié)沉降

在孔隙水壓逐步減小的情況下，土體的壓縮性能增強(qiáng)，隨該變化的持續(xù)發(fā)展，逐步顯現(xiàn)出滲透性固結(jié)沉降現(xiàn)象。

1.3 次固結(jié)沉降

超靜孔隙水壓力減小直至消失是誘發(fā)次固結(jié)沉降問題的關(guān)鍵成因，其結(jié)果則是土粒表面與水膜接觸并發(fā)生反應(yīng)，有較為明顯的松動現(xiàn)象，并且在含腐殖質(zhì)或其他類型有機(jī)質(zhì)的土質(zhì)中體現(xiàn)得更為明顯。盡管次固結(jié)沉降的發(fā)生概率較低，但仍有較嚴(yán)重的不良影響，因此需對其引起高度重視。

2 高速鐵路路基沉降的常規(guī)處理技術(shù)

路基沉降是高速鐵路路基施工中較為常見的問題，若未得到有效的處理，將嚴(yán)重影響列車的安全通行。對此，需明確沉降部位的發(fā)生位置、程度等基礎(chǔ)內(nèi)容，制訂相適應(yīng)的處理方案，以科學(xué)的手段將處理工作落實到位。對于高速鐵路路基沉降的常規(guī)處理技術(shù)，主要有如下三類。

（1）局部換填加固。經(jīng)承載力試驗后，對地基的承載特性做出判斷，從而精準(zhǔn)劃分不良施工地段。隨后，將該路基表層下方的不良填料挖除，回填優(yōu)質(zhì)的沙質(zhì)材料或碎石質(zhì)材料，充分發(fā)揮出此類材料抗腐蝕性、穩(wěn)定性、耐久性等多重應(yīng)用優(yōu)勢。回填宜采取分層的方法，各層回填到位后適度壓實，以保證填料具有足夠的穩(wěn)定性。

（2）擠密樁加固。以沖擊或振動為主要手段，將合適尺寸的圓形鋼管樁打至基床的特定深度內(nèi)，從而提高周邊土體的密實度，保證該部分土體具有足夠的承載性能。隨后，將前期插入的圓形鋼管樁拔出，向其中填入適量的碎石、砂石等材料，并進(jìn)行夯實處理，使樁體與填土結(jié)合，形成完整且穩(wěn)定的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

（3）土工格室加固。以局部換填為核心手段，在換填作業(yè)區(qū)域內(nèi)增設(shè)格柵網(wǎng)，通過該裝置的應(yīng)用，有效約束土體的橫向變形，以此提高換填區(qū)的承載力。土工格室加固現(xiàn)場圖如圖1所示。

圖1 土工格室加固現(xiàn)場圖

前述所提的三種方法均較為常見，雖然各自在路基沉降加固中可以取得較好的應(yīng)用效果，但施工期間的干擾作用較強(qiáng)，易破壞正常交通秩序，同時過往列車對現(xiàn)場施工的影響也較為明顯，并且受現(xiàn)場空間的限制，通常難以啟用大型工程機(jī)械，由此影響施工質(zhì)量和施工效率。對于以上局限性，可以采用注漿加固的方法，其除了能夠較好地滿足注漿加固施工要求，還能夠減小過往車輛帶來的不良影響，從而達(dá)到提質(zhì)增效的效果，下文著重對注漿施工技術(shù)展開探討。

3 注漿加固施工技術(shù)

3.1 關(guān)鍵作用

注漿加固具有多重作用：一是有效處理路基沉降問題，以免路基出現(xiàn)大范圍的沉降；二是切實提高土體的強(qiáng)度，從而改善路基的使用狀態(tài)，使其具有足夠的承載力以及穩(wěn)定性，有效減小土體壓縮量以及土體變形量。

3.2 技術(shù)原理

以水泥漿液或其他質(zhì)量較佳的漿液為施工材料，在壓力作用下，將該部分漿液注入待處理的地層內(nèi)，壓力具有一定程度的“切割作用”，可有效破碎土體，從而使細(xì)狀土體更為全面地與漿液接觸，連同漿液共同組成完整的混合體，達(dá)到加固的效果。成型的混合體結(jié)構(gòu)完整、強(qiáng)度較高，故可以規(guī)避地基沉降問題。

3.3 注漿加固設(shè)計

（1）設(shè)計前對施工現(xiàn)場進(jìn)行全面勘察，準(zhǔn)確掌握實際施工條件，例如現(xiàn)場的地質(zhì)、地形、氣候等，在此基礎(chǔ)上制訂注漿施工方案，并進(jìn)行可行性論證，從中發(fā)現(xiàn)不足之處并優(yōu)化，最終得到完善、可行的注漿施工方案。

（2）在注漿設(shè)計工作中，相關(guān)工作人員應(yīng)具有全局理念，考慮各項注漿施工參數(shù)，例如注漿所用漿液的質(zhì)量參數(shù)、注漿壓力、注漿速度等，形成集多類參數(shù)于一體的綜合性方案，以確保注漿施工可以順利推進(jìn)。

3.4 施工流程

按特定的流程有序施工，主要的注漿施工工藝流程：樁位放線→鉆機(jī)就位→鉆探成孔→孔口密封→壓力注漿。

4 注漿加固施工技術(shù)在工程實例中的應(yīng)用

4.1 工程概況

某高速鐵路工程現(xiàn)場以復(fù)雜的山區(qū)地形為主，隨通車時間的延長，橋頭路基處出現(xiàn)不均勻的路基沉降現(xiàn)象。經(jīng)有關(guān)單位的實地檢測后發(fā)現(xiàn)，該部分路基沉降量約5.5cm，嚴(yán)重影響列車通行的平順性與安全性。此外，橋頭處出現(xiàn)橫向裂縫，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的完整性不足，若未及時處理，裂縫將有進(jìn)一步發(fā)展的變化趨勢，易造成更為嚴(yán)重的影響。

4.2 原材料質(zhì)量控制

原材料的質(zhì)量將直接影響注漿施工效果，因此加強(qiáng)原材料質(zhì)量控制的重要性不言而喻。在原材料的選材過程中，保水性、和易性為需重點考慮的內(nèi)容，此外還應(yīng)兼顧運輸距離、經(jīng)濟(jì)效益等多方面要求。在該項目中，采用的是水泥、粉煤灰、膨脹劑及早強(qiáng)劑，按特定的比例混合，經(jīng)充分?jǐn)嚢韬笾频玫臐{液均勻性較好，可用于注漿施工。

4.3 布孔

從現(xiàn)場地質(zhì)條件出發(fā)，依據(jù)灌漿標(biāo)準(zhǔn)，精準(zhǔn)確定各注漿孔的孔位，梅花形布孔，并控制各注漿孔的直徑、孔深。經(jīng)注漿孔布設(shè)后，要求漿液的注漿有效范圍彼此重疊，以便全面加固現(xiàn)場的地基。

工程經(jīng)驗表明，漏漿和漿液溢出是注漿施工中較為普遍的質(zhì)量問題，且在斷縫區(qū)域體現(xiàn)得尤為明顯。對此，將注漿孔的間隔設(shè)為1.5m，共設(shè)置5排注漿孔，以便進(jìn)行后期注漿施工。

4.4 鉆進(jìn)成孔

鉆孔存在較明顯的擾動性作用，因此應(yīng)有效控制鉆孔的布置位置和深度，不可損傷原路基結(jié)構(gòu)。在正式鉆孔環(huán)節(jié)，應(yīng)用干鉆法較為合適，其特點在于可有效減少加水量，以免因水的侵蝕而導(dǎo)致路基結(jié)構(gòu)受損。項目現(xiàn)場的地質(zhì)條件較差，為在較小擾動的狀態(tài)下高效鉆進(jìn)施工，采用的是油壓鉆機(jī)設(shè)備，鉆孔深度約1m，具體根據(jù)實際施工條件靈活調(diào)整。此外，項目還采用了下套管鉆進(jìn)的方法，其應(yīng)用優(yōu)勢在于可降低塌孔的發(fā)生概率，以保證孔壁的完整性與穩(wěn)定性。

4.5 壓力注漿

鉆孔工作落實到位后，清理孔內(nèi)的雜物，將提前加工好的注漿管安裝至指定設(shè)計深度處，此環(huán)節(jié)采取自下而上的順序，使注漿管可以穩(wěn)定在鉆孔內(nèi)。注漿施工期間，注漿壓力的控制為重點內(nèi)容，應(yīng)將其穩(wěn)定在許可范圍內(nèi)。若注漿壓力偏小，將難以提供足夠的推動力，導(dǎo)致漿液的流動效果較差，局部因無法得到漿液的填充而仍處于沉降的狀態(tài)；若注漿壓力偏大，此時易損傷路基結(jié)構(gòu)，同時路基所受負(fù)荷也有所增加，嚴(yán)重時將出現(xiàn)路基邊坡移動、抬升等質(zhì)量問題。

注漿采取先外后內(nèi)的順序，并引入隔行跳打的施工工藝。加強(qiáng)對注漿量的控制，以免其出現(xiàn)跑漿、冒漿等異?，F(xiàn)象。注漿時應(yīng)遵循連續(xù)性原則，需提前與漿液生產(chǎn)工作人員溝通，告知其實際需求量，以便制備足量的漿液，將其及時投入使用，一次注漿到位。

5 結(jié)束語

綜上所述，合理應(yīng)用注漿加固施工技術(shù)可以較好地解決鐵路路基沉降問題，使存在質(zhì)量問題的部位恢復(fù)至正常使用狀態(tài)。在后續(xù)類似工程的施工中，相關(guān)工作人員需要從實際情況出發(fā)，合理應(yīng)用注漿加固施工技術(shù)，按特定的流程有序落實各項工作，例如前期設(shè)計、布孔、鉆孔、注漿等均是重點施工內(nèi)容，施工過程中需加強(qiáng)質(zhì)量控制，充分提高該項施工技術(shù)的綜合效益。