无砟轨道铺轨后路基注浆效果检测方法的对比

(京沈铁路客运专线辽宁有限责任公司，辽宁 沈阳 110006)

近年来，虽然注浆加固技术取得了很大的进步，但是目前仍存在许多问题，最主要的问题是难以使浆液按照设计要求准确进入预定的注入范围，常出现注浆遗漏部位。注浆遗漏部位过多则会相互连通，造成隐患[1]。针对以上问题，需要对注浆效果进行评价，探查遗漏部位，验证注浆加固的可靠性。

高速铁路路基段在铺轨后，轨检小车进行无砟轨道几何状态检测时发现部分路基段出现下沉。经补勘分析得知路基基底地基表层土层具有湿陷性，水环境改变产生了附加变形引起路基沉降。为消除工程隐患，保证未来铁路的运营安全，采用袖阀管注浆对该地基特殊土层进行加固。加固完成后，针对铺轨条件下路基注浆效果开展注浆检测。虽然对路基填筑前地基注浆加固检测已经开展了大量研究[2-5]，但是对路基填筑、轨道结构铺设完成后，高路基填方下基底深层注浆检测的研究相对较少，且此类条件下注浆检测环境条件更为复杂。本文结合现场实际工程，对无砟轨道铺轨后路基深层注浆效果检测方法进行研究，研究成果可供类似路基注浆工程的注浆效果检测参考。

1 试验工点概况

试验工点路基段地势较平坦，路基填方较高，最大高度为8 m。该段地基表层覆盖粉质黏土，部分具有湿陷性，厚2.2～3.4 m，下覆全风化页岩。正线无砟轨道已铺设完毕，在无砟轨道底座板以下设置1.4 m厚混凝土基床，其下填料为0.85 m厚级配碎石掺5%水泥与0.45 m厚A，B组土。

路基段采用袖阀管注浆加固，注浆断面如图1所示。袖阀管注浆可以较好地控制注浆范围和注浆压力，还可以进行重复注浆，保证注浆质量。注浆加固的路基段无砟轨道正线两侧铺设有砟轨道联络线。为保证注浆范围，注浆孔布设于正线无砟轨道线间以及正线无砟轨道与两侧有砟轨道联络线线间。地基表层粉质黏土具有一定湿陷性，为本次注浆处理的重点层位。根据结构粉质黏土层的厚度及其上下界面条件，确定溢浆口的间距，使浆液尽量注入到粉质黏土中，注浆孔进入全风化岩的深度不小于0.5 m。

图1 注浆断面示意

2 注浆效果评价

注浆效果是指浆液在地层中的分布状态与预定注入范围的吻合程度及注浆后复合土质参数的提高情况。目前，常用的注浆效果评价方法主要有钻孔取芯、钻孔触探、旁压试验、压水试验、面波法、电探测法、电磁波CT、载荷试验等。不同的注浆效果检测方法有各自的优势和适用条件，需要根据注浆目的并结合工程特点和现场实际客观条件，选用最合适、有效的注浆效果评价方法。针对注浆效果评价方法，虽然目前相关规范中有一定要求，但是针对不同工程，煤炭、冶金、水利等部门规范各不相同，铁路系统也没有统一的标准。

无砟轨道铺轨后进行路基注浆检测，需将铺设完成的轨道结构视为成品进行严格的保护，并尽量少扰动已经碾压合格的路基本体，在此基础上应采用便捷的检测方法进行合理评价。因此，本文针对铺轨条件下路基注浆检测，通过钻芯取样、标准贯入、旁压试验3种方法进行注浆检测，综合评价注浆效果。

2.1 钻芯取样检测

遵循检测孔均匀布置的原则，对处理区段29个孔钻芯取样。钻芯取样是注浆检测最直观常见的方法，目前对于芯样主要采用表观观察法。依据“多处可见水泥结石体”、“基本填满可见缝隙”2条准则对注浆效果进行判别。

为了便于分析注浆范围软弱土层浆液的注入情况，提出水泥结石芯样占比的概念。定义每30 cm(地质钻机取样器长度)钻芯试样中，若发现其中某一段含有水泥结石体或芯样整体普遍含有水泥结石体，则此30 cm 芯样为可见水泥结石体芯样。水泥结石体芯样占比为可见水泥结石体芯样的总长度占注浆总长度之比。在所取芯样中，即便每一段所含水泥结石体较少，也可认为其为水泥结石体芯样。为进一步说明水泥结石体芯样占比概念，在29个钻孔中选取4个芯体，取芯结果以及水泥结石芯样占比见表1。

表1 4个钻孔取芯结果以及水泥结石体芯样占比

钻孔位置注浆范围约为3 m,ZK1芯样9.0～11.7 m 处含有水泥结石体，水泥结石体芯样长度为2.7 m，则水泥结石体芯样占比为90%；ZK2芯样8.0～8.6 m，10.2～11.4 m含有水泥结石体，水泥结石体芯样长度为1.8 m，则水泥结石体芯样占比为60%。无论芯样中含有较少的水泥结石体(见图2(a))，还是条状、柱状水泥结石体(见图2(b))，均认为其是含有水泥结石体的芯样。

图2 水泥结石体

本次钻孔验证的29个孔中，水泥结石体芯样占比平均值为65%，除个别孔外水泥结石体芯样占比均大于50%。说明此次注浆地层中，至少每50 cm芯样中就含有水泥结石体。水泥结石体芯样占比的概念能一定程度反应浆液的填充范围，简单易懂便于操作，可对规范中“多处可见水泥结石体”的要求进行半定量分析。

2.2 标准贯入检测

对比注浆前后注浆土层标准贯入结果见表2。可知，未注浆加固土层标准贯入击数在9～15击，平均值为11.5击。根据探杆长度对标准贯入修正系数进行修正，修正后标准贯入击数标准值为9.9击。注浆后标准贯入击数在9～19击，平均值为15.0击，修正后为11.1击。注浆后土层标准贯入击数提高了1.2击，土体强度提高。

表2 标准贯入结果

由于注浆后土层中水泥块体分布不均匀，导致注浆后标准贯入击数离散性较大，注浆后标准贯入修正标准值的变异系数为0.182，大于注浆前修正后标准值的变异系数。部分标准贯入检测处无水泥块体，标准贯入击数只有9～10击，无法反应注浆效果；部分标准贯入检测处可能恰好在水泥块体上，标准贯入击数达到19击，在一定程度上反映的标准贯入击数偏大。因此，注浆后标准贯入击数统计值并不能完全反映注浆土体状态。同时，对于路基基底以下地基的深层土体进行注浆检测，探杆长度在9～13 m，需对原始击数进行杆长或地下水位的修正，增加了标准贯入击数统计的难度以及不可靠性。注浆后标准贯入击数统计值提高并不明显，修正后统计值只提高了1～2击。依据规范和地方经验值，通过标准贯入击数以查表的方式难以确定土层承载力特征值是否提高。标准贯入击数虽然可以反映出土体强度提高与否，但无法得到直接的土性参数，通过标准贯入击数统计值难以量化注浆检测效果。

2.3 旁压试验检测

在无砟轨道线间选取了2个孔位(A点和B点)，同一位置在路基注浆前后分别钻孔，对加固土层开展旁压试验，对比注浆前后土体性质参数的变化并对注浆效果进行检测。试验采用PM-2A型预钻式旁压仪，得到不同位置处压力和位移的关系曲线即旁压曲线，从而确定地基层的临界塑限压力、极限压力、旁压剪切模量等有关土力学指标。旁压试验结果见表3。

表3 旁压试验结果

由表3可知：注浆前A点土层旁压剪切模量为3.8 MPa，承载力特征值为126 kPa；注浆后土层旁压剪切模量为5.8 MPa，较注浆前提高52%，承载力特征值为168 kPa，较注浆前提高33%。注浆前B点土层旁压剪切模量为5.0 MPa，承载力特征值为134 kPa；注浆后土层旁压剪切模量为5.6 MPa，较注浆前提高12%，承载力特征值为157 kPa，较注浆前提高17%。可见，通过注浆前后旁压剪切模量和承载力特征值的变化能够定量反映出注浆后土体性质提高程度。旁压试验能够得到注浆前后土体性质的直接参数，且预钻式旁压试验受检测深度影响小，对黏性土、粉土、细砂等均匀土层的注浆检测有良好的效果。

值得指出的是，面波、声波、电磁波CT等无损检测方法在路基注浆检测中得到了良好的应用[6-9]，但是在无砟轨道铺设完成的条件下，常规的面波检测试验并未取得良好的效果。面波检测效果受路基上轨道以及其他附属结构、场地平整度影响，且检测精度受探查深度制约，不适用于铺轨条件下铁路路基注浆评价。

3 无砟轨道铺轨后路基注浆检测孔比例探讨

TB 10106—2010《铁路工程地基处理技术规程》及JGJ 79—2012《建筑地基处理技术规范》要求采用地质钻孔取芯，代表性检验点不小于注浆孔总数的2%。本次试验共做检测孔29个，约占总孔数的1.3%。由于无砟轨道线路和联络线已经施工完毕，钻芯取样位置受到很大限制，只能在无砟轨道正线线间和两侧路肩位置垂直取芯。根据钻孔注浆记录可知，该区域内满足地质钻孔施工条件的约850个。钻芯取样孔数虽然只占总注浆孔数的1.3%，但是占代表区域总孔数的3.4%。在注浆孔分布均匀、地质环境相似、施工过程各孔注浆量相近的前提下，检测孔基本能够代表整个区域内的注浆效果。

因此，对轨道结构已铺设完成的路基进行注浆检测时，若钻芯取样以及原位试验位置受限，可适当减小检测孔比例，并结合施工过程注浆量控制等情况对注浆效果进行综合判断。

4 结论

本研究通过钻芯取样、标准贯入、旁压试验3种注浆检测试验，分析了路基铺轨条件下的注浆检测效果，主要结论如下：

1)芯样普遍含有水泥结石体、孔隙完全填满。本文提出水泥结石体芯样占比的概念，能一定程度反映浆液的填充范围，对规范中“多处可见水泥结石体”的要求进行半定量分析。在此次注浆地层和参数中，至少每50 cm芯样中含有水泥结石体。

2)标准贯入击数可以定性反映出土体强度提高与否，而难以量化注浆检测效果。通过旁压试验能够得到注浆前后土体性质参数的变化，对于均匀土层的注浆效果检测适用性良好。

3)受铺轨条件限制，在注浆孔分布均匀、地质环境相似、施工过程中各孔注浆量相近的前提下，可适当减小检测孔比例，并依据施工过程控制等其他手段对注浆效果进行综合判断。