高铁运营中软土路基沉降病害处治技术

2014-07-25董明

铁道勘察 2014年5期

关键词：袖阀变位软土

董明

(北京中铁瑞威基础工程有限公司，北京 100055)

高铁运营中软土路基沉降病害处治技术

董明

(北京中铁瑞威基础工程有限公司，北京 100055)

结合沪宁城际铁路K300+208～K300+283段软土路基运营沉降病害处治的实践，在确定采用“高压旋喷桩止水帷幕+袖阀管注浆技术”作为整治方案的基础上，详细阐述其工艺原理、施工效率及加固效果等关键内容，这是此项技术在高铁软土路基运营沉降病害处治中的首次成功应用。

高铁软土路基高压旋喷桩止水帷幕袖阀管注浆

随着国民经济的增长和人们生活水平的不断提高，现有的传统交通工具已难以满足大众的出行需求，建设高速铁路成为势在必行的一种趋势[1]。我国软土分布相当广泛，运营中的很多高铁线路位于高压缩性的软土地区，尤其是南方珠三角、长三角地区，高铁软土路基引发的路基下沉问题尤为突出[2]。为了解决此类问题，国内外专家提出了各种技术措施，如换填法、强夯法、排水固结法、复合地基法等，但这些方法大多针对的是高速铁路建设期的软土地基处理，而对运营中的客运专线则鲜有涉及。

1 软土路基沉降病害处治方案

沪宁城际铁路K300+208～K300+283段属长江冲积阶地，地面高程在10～13 m之间，地势平坦，起伏微小，表层为人工填土，厚1.0～1.5 m；上部为冲洪积粉质黏土，软塑，基本承载力120 kPa，厚1.2～1.5 m；中部为冲积淤泥质粉质黏土，流塑，基本承载力90 kPa；下部为冲洪积粉质黏土，硬塑，基本承载力150 kPa；底部为冲洪积质粉质黏土，硬塑，基本承载力200 kPa。地下水不发育，主要为第四系孔隙水。高压旋喷桩在桩身强度达到要求后，加固土体的渗透性小，渗透系数可小于10-7～10-8cm/s，既能防止翻浆冒泥，又能阻止软土地基引发的不均匀沉降，施工工艺见图1。袖阀管注浆通过直径6 mm的袖阀管，用内压力挤碎套壳料，胀开橡胶圈，能在土中形成固结体，降低土层渗透性，增加土层强度(见图2)。经过理论分析和试验段实验后，最终采用袖阀管注浆对K300+208～K300+283处共计75 m的软土路基基础进行加固补强，在K300+208～K300+283靠近线路一侧设置了高压旋喷桩水泥土隔渗帷幕墙，以保证施工质量和作业效率。

图1 旋喷桩工艺

图2 袖阀管注浆示意

2 软土路基沉降病害处治施工

2.1 袖阀管注浆

袖阀管注浆法的工艺流程见图3。设计孔距为40 cm，施工时采用全站仪定出钻孔孔位并对孔位用水泥砂浆加固，钻孔注浆间隔2孔，待每排钻孔结束后再进行中间孔施工，以减小孔间的影响。钻孔注浆采用由外圈向内圈的顺序进行，钻孔采用合金钻头和泥浆护壁，泥浆稠度采用膨润土进行调配，施工中控制护壁泥浆比重在1.05～1.12范围内，钻孔时转速均匀。为避免扩孔，下放和提升时应保持垂直，遇岩石时钻头换用金刚石钻头。完成钻孔后，把泥浆管连接到挤压式注浆机上，孔内泥浆马上用套壳料进行置换，在压力作用下把套壳料压入钻杆底部进行泥浆置换，直至套壳料出现在排出泥浆中停止置换。置换结束后插入袖阀管，袖阀管长4 m，中间连接采用PVC套管，长0.2 m，用U-PVC胶合剂粘牢。在第一节袖阀安装堵头并注入清水，为减小袖阀管弯曲，地面以下2 m 袖阀管用不钻泄浆孔的花管，为防止管内进入杂物，袖阀管上端头高出地面0.2 m，用套头套牢。对待套壳料进行5～7 d养护，待强度达0.3～0.5 MPa后，将连接好的双塞管和注浆内管放入袖阀管底部，逐段由下往上进行注入双液浆注浆，控制好注浆效果[3]。

2.2 高压旋喷桩止水帷幕

单管旋喷注浆法是利用钻机把安装在注浆管(单管)底部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以20 MPa左右的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，经过一定时间凝固，便在土中形成一定形状的固结体。施工前用全站仪定控制点，埋石标记，然后进行钻机进就位，钻杆与桩位偏差不超过10 mm，钻孔垂直度误差不超过0.3%，采用在钻塔旁用红油漆标注深度线和校验钻杆长度的方法保证孔底设计高程满足规定要求。为保证机械运转正常，先进行地面试喷后进行孔钻进。完成引孔后，将岩芯管拔出，插入喷射注浆管，接通泥浆泵，进行旋喷排出泥浆。为防止旋喷管扭断，旋喷管应在喷射压力合格后逐渐提升，喷嘴在设计深度处原位旋转10 s，在孔口正常冒浆后旋喷提升，1 m范围内增加喷浆旋喷时间，以保证底端桩的质量。喷提升时按照土层对旋喷参数进行调整。为防止出现断桩，连续进行提升和旋转，喷嘴至桩顶设计高程后，停止旋喷，提升钻头，对输送管道和注浆泵进行清洗，再进行钻机移位[4]。

图3 袖阀管施工工艺流程

3 软土路基沉降病害处治效果

3.1 旋喷桩效果检验

为了检验桩身完整性，试验段完成后，共对桩身进行了6次钻芯取样，数量占总桩数的1%；位置分别位于中间一排桩的中心和内侧一排桩与中间一排桩的咬合部位(如图4)，取芯检测结果(如图5、图6)的最大值为1.6，最小值1，平均值1.2，大于设计标准值，表明桩身完整性良好。为了检验桩身强度，在监理工程师的见证下，留置了三组混凝土试块进行强度测试，权威检测机构出具的试桩报告显示，送检试块的无侧限抗压强度达到1.1～1.5 MPa，符合设计和规范要求。

图4 旋喷桩钻孔取芯位置示意

图5 1号取芯孔取出的芯样

图6 2号取芯孔取出的芯样

3.2 袖阀管注浆效果检验

鉴于本项目对施工过程中的轨道几何尺寸变化和路基本体变形控制有着非常高的要求，业主特聘请第三方权威监测机构对施工过程进行24 h全天候监测，监测内容包括轨面高程变化和轨道水平位移情况。根据监测单位绘制的测点点位图(如图7)，此次在上下行线路各布置17个高程监测点和共计38个水平位移监测点。根据监测数据分别绘制了上下行线路高程变化曲线(图8、图9)。可以看出，上行线最大隆起出现在4月29日，点位为D01测点，最大隆起量1.515 mm，最大沉降则分别出现在6月4日和6月6日，点位均为D21测点，最大沉降量为-2.17 mm；下行线最大隆起同样出现在4月29日，点位为D02测点，最大隆起量1.44 mm，最大沉降则出现在6月6日，点位为D22测点，最大沉降量为-2.89 mm。图10、图11给出了线路水平位移在X、Y方向上的最大变位，可以看出，X方向的最大变位分别出现在5月8日和5月10日，点位为P29和P27测点，最大变位值分别为-1.4 mm和1.5 mm；Y方向的最大变位则出现在5月8日，点位为P21和P31测点，最大变位值分别为1.9 mm和-2.3 mm。结果表明，无论是轨面高程还是线路水平位移的变化幅度均在高铁规范要求的范围之内，未出现超限。