注浆法在加固路桥过渡段中的应用

胡东波 上海铁路局阜阳工务段

阜淮铁路既有线在路桥连接处大多未设置过渡段。由于路堤与桥涵刚度差别较大，引起轨道刚度的突变；同时路堤与桥涵的沉降不一致而导致轨面不平顺，引起列车与线路结构的相互作用增加，使桥涵过渡段更容易产生桥头跳车、道砟囊等病害，限制了列车的平顺、舒适、安全运行，影响了线路的稳定性，极大地加重了养护维修工作量，也缩短了上部结构的使用寿命。因此有必要采取相应的加固措施，提高台背处路基的力学强度和变形模量，增加抗渗能力。

1 加固方案选择

加固方法选择时既要考虑基床土质，又要结合养护维修情况，比如天窗时间等。由于阜淮线行车密度大、天窗时间短，所以选择不干扰行车的注浆法作为过渡段的主要加固方法。

1.1 注浆机理

注浆法是通过钻孔和利用注浆设备，运用液压、气压或电化学原理，通过注浆管将浆液分层均匀地注入地层中。浆液以填充、渗透和挤密等方式排出土颗粒间裂隙中的水分和空气，并占据土颗粒间的空间，使路基孔隙比减少，强度提高。经过一段时间水泥凝结后，浆液将原来松散的土颗粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个强度大、防水性能高和化学稳定性好的结合体，从而达到加固路基的目的。

注浆的机理主要有渗入性注浆、劈裂注浆和压密注浆三种。注浆法加固路桥过渡段是以渗透注浆为主，利用注浆泵将配制好的水泥浆液，通过注浆管注入台腔填料，浆液在压力作用下渗入填土的孔隙中，与土粒骨架产生固化反应，使台背填土的密实度进一步提高，减少填土与桥台之间的刚度差，消除因台背填土沉降而产生桥头跳车的现象。水泥浆液除能填补填料的空隙外，还能防止雨水下渗对台背沉降产生的催化作用，如图1、图2所示。

图1 过渡段注浆加固

图2 注浆加固示意图

1.2 施工工艺及参数

1.2.1 技术标准

在既有线上施工，按设计好的技术标准及施工程序操作非常重要，必须严格按有关程序作业。注浆位置示意如图3、图4所示。

图3 注浆横纵断面示意图

主要技术参数如下：

（1）注浆水灰比：0.6:1～1:1

（2）道砟陷槽中吹风压力：≥6kg

（3）注浆压力：0.05MPa～1.0MPa

（4）注浆位置：陷槽深≤1.0m时，注浆位置应比陷槽底高0.3m左右；陷槽深≥1.0m时，应分两层注浆，下层比陷槽底高0.3m，上层离陷槽顶0.5m--0.7m左右。

图4 注浆平面示意图（cm）

1.2.2 施工工艺确定

施工操作按照放孔定位→钻眼→吹风→下花管→注浆→封孔的标准程序进行。施工操作程序如图5所示。

图5 过渡段注浆工艺流程图

（1）钻眼：采用改装过的手风钻将厚壁钢管加工出若干小孔（按压力要求），以吹风和注浆用，钻眼时角度要掌握好，以便保证注浆深度和位置。

（2）吹风：根据施工经验，此步骤很重要。为注浆通道畅通，钢管钻到设计位置后，应用高压风吹风，风压应≥6kg。

（3）注浆：注浆时要分两次注浆。第一次注浆10min-20min，压力为0.05MPa--0.3MPa，然后停下来，再用高压风通过注浆管吹风，主要目的为注浆时有些没有注到的底部边角部分用高压风吹到，以提高注浆质量。间隔8h以后，再进行二次注浆，注浆压力为0.3MPa～1.0MPa。此时注意观察检查孔或道砟坡脚处是否以出现浆液，如出现浆液应立即停注，注浆距离应在1.5m～2.0m间。如果为双层注浆，则应先注下层，再注上层，时间间隔为水泥初凝后的时间。

注浆时注意以下几点：

①注浆质量控制：每次注浆前，都要认真测量贮浆池中粘土原浆的粘度和比重，保证原浆粘度符合要求，原浆粘度不符合要求时不能注浆。在送浆时，要加强对浆液的过滤，清除浆液中的砂子、水泥结石块等杂物，以保证注浆顺利，减少注浆泵的磨损。

②注浆压力调整和控制：当注浆压力偏离设计压力值时，应及时调整浆液原浆粘度，或调整注浆速度、浆液配比及结构剂加量，使压力回到设计值。

③观察注浆泵的工作情况：注浆过程中，应仔细观察注浆的工作情况，发现浆泵工作不正常或不吸浆或管路发生堵塞时，要及时处理，尽快使其恢复正常。

④掌握好压水量：在每次注完浆后，都应加一定量的清水，以防浆液在管路与注浆泵中凝固。但清水压入量要适当。

（4）恢复道床：注浆完毕后，要将道床恢复完整，以保证列车安全运行。

2 注浆加固效果检测

对注浆加固前后进行现场测试，分析对比注浆加固效果，从而评价补强效果是否明显。

下面以阜淮线路桥过渡段K78+690加固效果进行分析。

2.1 现场原位检验

2.1.1 轻型动力触探试验

用10kg重锤，以0.5m的落高将相应标准尺寸的圆锥探头贯入土层，以每30cm锤击数为测定结果，来区分地层及确定其物理力学指标，用于基床填筑情况和承载能力的检测。K78+690段基床表层加固前基本承载力平均值约为160kPa，加固后约为172kPa；基床底层基本承载力平均值约为125kPa，加固后约为143kPa。轻型动力触探试验结果见图6。

图6 K78+690段轻型动力触探结果

2.1.2 波速测试试验

在路堤两侧分别确定振源点和接收点，测得剪切波在路堤土体中的传播速度，据此评价路基的力学状况。K78+690加固前的剪切波速为188.5m/s，加固后为189.7m/s，剪切波速测试曲线如图7。

图7 K78+690剪切波速测试曲线

2.2 室内土工试验

利用现场取土通过室内试验测试土的含水量、液塑限、最优含水量、最大干密度、土的比重等物理力学指标，确定土的类别及填料组别，同时了解加固前后土性参数的变化。加固前后土性变化如表1所示。

表1 K78+690加固前后室内试验结果汇总

结果表明：路基填土为粉砂土的，适合注浆加固。注浆以后，密度、比重、压缩模量、凝聚力都有所提高，孔隙比、压缩系数显著降低，证明土体的物理力学性质得到明显改善，达到了土体改性的目的。

2.3 路基沉降长期监测

为进一步了解注浆效果，对加固区段进行长期的路基沉降监测，如图8所示。路基沉降变形在注浆前后有较大变化，注浆后路基沉降速率明显降低，每次观测沉降值相对上次大部分有减小趋势，且经过一段时间后趋于稳定，说明注浆对治理路桥过渡段沉降有一定的效果。

图8 K78+690观测沉降曲线图

3 结论及建议

3.1 主要结论

（1）注浆加固基床对填料和浆液的可灌性要求较高。通常黏性土、细粒土只能采用劈裂注浆，即采用高压力将土层劈裂，导致脉状注入，使薄弱处得到加强。但对既有线路基来说，基床施工压力过大，会导致线路上拱，甚至影响路基边坡稳定；压力太小，则浆液难以渗透。因此，既有线黏性土、细粒土基床不宜采用注浆加固，可采用挤密桩或换填法加固，或者考虑换填土质较好的填料，而粗粒土、砂性土基床易采用注浆加固。

（2）通过对路桥过渡段的注浆加固处理，承载力得到了明显的改善，路基结构动态性能明显得到提高，动力学特征及变化明显改善。经过一个汛期后，检测结果表明，注浆加固后的路基没有发生病害，减少了以往需要起道填砟来维持线路平顺性的情况。

（3）利用注浆技术进行整治路桥过渡段，具有工程造价低、工期短、对既有行车干扰小的特点，其加固效果良好。即通过注浆的方法，能够提高线路质量。

（4）注浆加固既有线路基的最终效果是通过轨道质量的状态反映出来，而轨道质量状态与路基存在一定的关系。轨检资料分析表明，注浆加固以后轨道质量状态有所提高。

（5）通过对加固区段路基长期沉降监测的数据分析看出，注浆加固以后试验区段沉降变形速率明显降低，说明注浆加固起到一定的作用。

3.2 建议

在加强监控的情况下，加固处理宜根据路基状况、结合工程改造和维修养护等情况，抓住有利时机，有计划地逐步进行。对加固效果的检测，可采用探地雷达对加固前后路基质量和基床病害进行调查。另外，需要进一步积累试验数据，并结合多年来过渡段加固技术的资料，通过理论分析和现场试验数据分析，提出既有线路桥过渡段加固的技术条件。