试论高压旋喷桩在铁路路基病害整治中的应用

郑治国

(山东职业学院，山东济南 250104)

铁路路基是为了满足铁路轨道铺设和运营条件而修筑的长条形土工建筑物，由于沿线地形地质、水文气候等自然条件的差异，土石材料类型不同、填充不均匀，线路、桥梁、隧道不同刚度相连接，修建技术标准差异，或者受施工条件的限制，导致路基强度不足，再加上近年来铁路重载的发展和不断提速，致使既有线产生各种各样的路基病害，已有病害不断发展变化，造成基面不均匀下沉，导致线路不平顺，严重影响行车速度、行车安全和经济效益。如何在尽可能短的时间内经济高效地进行路基病害的预防和整治，是摆在铁路工务部门面前的一项重点工作。不足，在轨道静荷载与列车荷载的动荷载的长期作用下，产生微小变形，自然的形成道砟陷槽，道砟陷槽的存在又使得水被大量存积，致使路基强度进一步下降，病害进一步发育，病害形式也由单一变得多元。高速铁路病害主要有路基混凝土开裂上拱，高铁基床翻浆冒泥，泥浆从支撑层和道床板之间的缝隙喷出，影响轨道的平顺性，影响列车安全、高速运行。究其原因，也主要是因为路基强度不足，地下水严重发育并且不能及时排除，在高速列车动荷载的作用下，路基产生不均匀沉降和变形，从而使混凝土支撑层开裂，导致泥浆从裂隙中冒出。

1 铁路路基病害的基本类型及其成因分析

因为铁路路基受静荷载及列车动荷载和水文气候影响较大，所以铁路路基基床很容易产生各种永久变形，普通铁路根据基床病害的发生机理和表现特征，大致可以分为翻浆冒泥、基面下沉、边坡鼓坍和剪切外挤。铁路因为修建年代不同，修建技术不同，修建技术标准不同，再加上我们国家幅员辽阔，地质情况迥异，土质复杂多样，列车轴重荷载不同，曲线半径不一，行车速度差别也较大，致使铁路路基病害多发并且病害的类型、发育程度等具有一定的区域性和随机性。无论铁路路基病害的外在表现形式如何，究其原因，普通铁路都是因为路基本体尤其是路基基床强度

2 高压旋喷桩技术简介和加固机理分析

高压旋喷桩技术，就是在原来的钻孔灌注法的基础上，利用钻机把带有特制喷嘴的注浆管竖直或者倾斜钻进至土层的设计位置后，以高压设备将浆液加压到20 MPa～40 MPa，然后从特制的喷嘴喷射出来，喷射出来的可能是只有浆液，也可以将浆液和水或者高压空气分别喷射出来，土粒在喷射流的重力、离心力和冲击力等作用下，土体结构的原来排列方式便被破坏，土粒或土石混合物便从原来的整体结构中剥落下来与浆液搅拌混合，混合物经过充分固结后，便在土体中形成半刚性固结桩体，这些固结桩体的集合共同作用，挤密原来的土体结构，提高地基的强度，改善土的渗透性质，最终达到在上部结构动静荷载的反复作用下控制形变，达到加固目的。目前，根据喷射流的不同，在地基处理的工程实践中高压旋喷桩的施工方法主要有单管法、二重管法、三重管法和多重管法等。

高压旋喷桩的加固机理主要体现在以下三个主要方面:1)高压水、气、浆液喷射流切割下来的土体与浆液搅拌混合形成固结桩体，大量半刚性桩体的存在同时也改变了路基土体的渗透性质;2)高压喷射流在切割破碎土体与搅拌混合的过程中，会对桩体周围土体有一定的压力，这种压力对桩周围土体有压密作用，如果浆液选用膨胀材料，固结桩体也会对周围土体具有挤密作用;3)桩壁与桩周土之间存在摩阻力，桩群的存在也改变了土中应力传递的特征和分布，桩与桩间土一起形成复合地基，很好地阻止了土层侧向变形，从而达到加固地基，减小形变，整治路基病害的效果。对于整治铁路路基病害的旋喷桩，一般都是从路基边坡两侧倾斜深入路基本体内部，因为是倾斜的桩体，桩壁与桩周土之间摩阻力对强度影响较小，复合地基的作用较弱，主要靠桩体固结作用、挤密作用来提高抗压和抗剪强度，改善渗透性质，从而达到整治病害的目的。

3 高压旋喷桩在铁路路基病害整治工程中的应用

高压旋喷桩技术在新建铁路的软土地基处理上应用很广泛，取得了很好地经济效益。对于铁路既有线路的路基病害用高压旋喷桩来进行整治还处于研究起步、探索试应用阶段。对于既有铁路路基病害整治，旋喷桩大多不是竖直的，而是从两侧边坡向路基内部或者地基深处设置倾斜旋喷桩。主要通过旋喷桩从两侧边坡倾斜打入路基本体或地基内部并且相互穿插咬合后，在路基本体或者地基内形成立体交织的倾斜旋喷桩体，在道砟陷槽地段，道砟囊或者道砟袋中的道砟也可与浆液搅拌固结，这种倾斜的桩体集合主要靠挤密作用和固结作用起到提高路基抗压、抗剪强度，改善排水条件，改善渗透条件，从而对防治翻浆冒泥、基面下沉、剪切挤出、边坡坍塌都会起到非常好的效果。

应用倾斜旋喷桩进行既有线路路基病害的整治有着传统整治方法不可比拟的优势。对于既有线路的病害防治，日常处理办法一般是利用行车间隙或开天窗进行道砟抬道，这种方法治标不治本，只能临时维持正常行车，直到铁路线路大中修的时候再挖开路基面进行设置砂垫层、设置封闭层或者结合土工合成材料进行彻底整治。传统整治方法施工和行车相互干扰较大，道砟抬道要经常进行，费时费力费钱，利用铁路线路大中修来整治要中断行车，成本也很高。尤其是高速铁路线路，道床采用的是铺设无碴轨道的整体道床，混凝土支撑层的存在也使采用常规方法对路基本体或者地基进行补强更加的困难。高压旋喷桩整治既有线路路基病害具有对线路正常通车扰动影响较小，施工工艺相对比较简便，施工时间灵活多变，不用专门等到铁路线路大中修，对于不同病害或者同种病害不同发展程度只需简单改变浆液的成分和配比即可，都可以采用大致相同措施进行整治，对于形成道砟陷槽地段可以充分利用道砟陷槽里面道砟形成固结体，不用清砟，提高工作效率，施工工期可以有效缩短。另外还具有旋喷桩体固结速度快，桩体固结之后耐久性好，对病害整治较为彻底的优势。对于由于季节性排水不畅、冻胀、软土等容易发生路基病害的地区，也可以在病害发展初期阶段，在基本不影响正常行车的情况下，提前采取高压旋喷桩注浆进行病害预防，防止病害进一步发展，从而达到用较少的成本抑制病害发展的目的。

旋喷桩进行既有线路路基病害的整治虽然有很多优势，但因为处于探索起步阶段，工程实践还不是很多，还存在着许多有待改进之处。软土地区新建工程的旋喷桩加固在工程实践中应用较多，基本上已经成为比较成熟的技术。整治路基病害的旋喷桩因为是倾斜的，对于桩和桩周土之间作用机理与竖直桩具有很大的不同，倾斜桩挤密作用和桩体固结作用发挥较多，桩土摩擦作用、复合地基作用稍差，这种作用机理的不同致使倾斜桩不利于建立数学模型进行检算，所以对于旋喷桩的桩长、桩径、桩间距、行间距，都需要大量的工程实践，在实践中总结经验，以达到高效经济的目的。整治路基病害的旋喷桩因为是倾斜的，桩的连续性比垂直桩更难控制，新建工程软土地基旋喷桩处理可以采取抽检的形式检查成桩质量，而既有铁路线路病害处理的旋喷桩无法做到抽样检查，所以质量监控比较困难。与新建工地相比，铁路既有线病害处理施工场地一般都受到地形或者安全行车的限制，所以就要求开发专门用于铁路既有线病害处理的小型化高压喷射注浆设备，这些设备要求能够很好地适应路基边坡倾斜施工，机械设备结构要求紧凑占地小，方便移动施工，震动要小，尽可能减少对路基本体的扰动，减少对正常行车的干扰，尤其是对于以病害预防为目的的高压旋喷桩施工机械设备，就更要求设备的小型化。要加强对微膨胀性材料和浆液的研究，对于普通旋喷桩的浆液一般固结之后体积都会有所收缩，铁路既有线病害处理倾斜旋喷桩固结之后如果体积收缩，就会给线路的平顺性带来不利影响，尤其对高速铁路路基，高速度对线路的高平顺性提出更高的要求，更要控制桩体的体积收缩。通过应用微膨胀材料，做好微

膨胀浆液配方的开发研究，更好地发挥旋喷桩的挤密作用，以长期控制沉降和变形，从而达到整治路基病害的效果。

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