鋼花管和TGRM特種水泥基灌漿料技術(shù)在南昆鐵路路基沉降加固中的應(yīng)用

杜永輝 / 昆明鐵路局昆明南工務(wù)段

鋼花管和TGRM特種水泥基灌漿料技術(shù)在南昆鐵路路基沉降加固中的應(yīng)用

杜永輝 / 昆明鐵路局昆明南工務(wù)段

以南昆鐵路K595+770-+805路基下沉病害為研究對象，在充分調(diào)查和分析其路基下沉病害特征的基礎(chǔ)上，采用鋼花管和TGRM水泥基特種灌漿料注漿加固技術(shù)對沉陷下沉的路基病害進行整治，表明既有鐵路軟土路基采用這種方法加固是有效地，能夠?qū)Φ鼗浫醭料荨⒙返烫罘匠两档雀鞣N路基病害進行有效整治，進而使得鐵路軌面沉降和高低不平順的問題得到有效解決，不破壞路基、工程費用較低、施工速度較快，能保證列車行車安全。

路基病害；鋼花管；TGRM水泥基特種灌漿料；注漿技術(shù)；加固

一、前言

通過研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致鐵路軌面沉降以及高低不平順的原因有很多，例如路基（路堤）填方沉降導(dǎo)致開裂變形、軟弱地基沉降等多種病害都可導(dǎo)致鐵路軌面沉降以及高低不平順。

本文針對南昆鐵路K595+770-+805填方路基下沉病害進行分析。該段路基為填方路堤，路堤填方高度5～8米，位于原生緩坡地段，在k595+800－+820路堤填方處原有小溝谷匯水，鐵路建設(shè)時在k595+812設(shè)有1-1.0米蓋板箱涵，涵洞凈空1.6米，全長11.65米。在連續(xù)降雨情況下，線路部分路肩發(fā)生下沉外擠，最大下沉量16cm。分析原因，該段線路路基施工時采用就地取土方式，原地質(zhì)情況為粉砂質(zhì)泥巖，填料為粘土，屬C類填料。因土質(zhì)回填不密實，在連續(xù)降雨情況下，地表水通過粘土層下滲后匯積于路堤下方原生粉砂質(zhì)泥巖，造成粉砂質(zhì)泥巖遇水軟化，承載力降低，在列車作用下導(dǎo)致路基產(chǎn)生下沉外擠病害，嚴重威脅到列車運行安全。

二、采用鋼花管和TGRM水泥基特種灌漿料技術(shù)加固路基

1.鋼花管注漿技術(shù)。

鋼花管注漿就是從鉆孔之中將鋼花管埋入到需要進行加固的路基地層之中，并通過鋼花管進行注漿。通過壓力作用讓漿液均勻進入到路基填方土體之中，在土體中形成以鋼花管為核心的樁體，并在樁體的外部土體顆粒之間形成具有較高抗剪強度的網(wǎng)狀漿脈復(fù)合體，并將原來的土體擠壓緊密，最后凝結(jié)在一起，使得路基整體的抗滑以及抗壓能力都得到有效改善，增強路基強度。

2.TGRM水泥基特種灌漿料性能。

路基加固通常選擇既有鐵路運營天窗點施工，對注漿加固材料的選擇要求比較高，需要滿足快速恢復(fù)通車條件，本案例選擇了TGRM水泥基特種灌漿料，TGRM水泥基特種灌漿料是一種無毒環(huán)保和高耐久性的無機復(fù)合材，在引發(fā)劑和促凝劑作用下，在極短時間內(nèi)聚合成立體空間結(jié)構(gòu)，填充空隙、包裹土體顆粒，將土顆粒與土顆粒及土顆粒與土團顆粒聯(lián)結(jié)成一個整體，改善土體和地基性能，提高土體和地基強度及防滲性能。其性能可通過以下指標反映：

（1）早強性

表1 不同水灰比的加固型TGRM灌漿材料性能

由以上數(shù)據(jù)可以看出材料的初凝和終凝的間隔時間很短。當(dāng)材料凝結(jié)之后，硬化反應(yīng)發(fā)生迅速，并在十分鐘之內(nèi)快速發(fā)展，在30min齡期字內(nèi)形成高強度。

表2 不同水灰比凈漿試體30min強度

由表2可以看出在水灰比0.4的情況下，從加水開始算起，30min試體的抗壓強度已達到10 MPa。這為工程搶修、限時施工等問題創(chuàng)造了材料基礎(chǔ)。

（2）耐久性能高。在通過270次凍融循環(huán)之后其強度仍然保持了95.0%，同時整個試件未出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，輪廓完整，表明TGRM水泥基特種灌漿料的抗凍融性能非常好，滿足要求。

（3）防滲性能高。具有較好的防滲性能，加壓到3MPa時試件滲水平均高度僅4～5cm。

表3 不同類型灌漿材料的防滲性能

3.鋼花管注漿加固設(shè)計。

結(jié)合本段路基屬于路堤，路堤下方原土為粉砂質(zhì)泥巖，填料為粘土的情況。本段路基加固采用斜花管注漿方法。如圖1所示：

圖1 注漿加固鉆孔設(shè)計圖

注漿加固確定以下注漿參數(shù)：

（1）每米注漿量的大小：每米注漿深度水泥用量為100～120㎏。

（2）注漿孔徑、孔距、排距：孔徑為Φ42mm，孔距為1.0 m，排距0.6m。

（3）注漿水灰比：0.6：1～0.8：1。

（4）注漿壓力：0.5MPa～1.0 MPa。

（5）注漿孔深度：2.0～3.0 m。

（6）注漿流量：10～100L/min。

（7）注漿加固的有效影響半徑：0.8m～1.5m。

結(jié)合現(xiàn)場土質(zhì)和缺陷情況，采取動態(tài)設(shè)計方法。

4.鋼花管和TGRM水泥基特種灌漿料注漿施工工藝。

（1）注漿工藝流程

放線定位→鉆孔→安裝注漿管→拌制漿液→注漿→質(zhì)量檢查→恢復(fù)線路外觀

（2）注漿施工

1）測量放線定位。在經(jīng)過基本整平的場地之上，根據(jù)設(shè)計圖紙上的要求，測放出注漿孔孔位，然后做出相應(yīng)標記，要求孔位誤差控制在2cm之內(nèi)。并沿著鉆孔的位置開挖出溝槽，以便于將注漿的時候從孔中所排出的水分以及矛將都能夠得到及時地排出，確保施工場地的整潔、干燥。

2）鋼花管制作。鋼花管采用Φ42×3.0mm鋼管制作，應(yīng)能承受3.0 MPa壓力。端部焊接成錐尖形，尾部采用螺口與三通連接，管壁上制作出漿孔，按梅花型布置，間距為20～30cm，孔徑Φ6mm。

3）鉆孔及安裝鋼花管。在鐵路路肩采用Φ60mm鉆頭按設(shè)計傾角鉆孔，孔深進入設(shè)計地層2～3 m，再將Φ42mm鋼花管安裝于孔內(nèi)，如遇塌孔，采用振動錘把鋼花管打入設(shè)計地層。

4）配制漿液及注漿。注漿液采用TGRM水泥基特種灌漿料水泥漿，水灰比為0.6：1～0.8：1。攪拌機采用葉片式機械攪拌機，轉(zhuǎn)速不小于200轉(zhuǎn)/分鐘，保證漿液連續(xù)均勻拌制，攪拌時間不低于5分鐘，不宜大于90分鐘，出漿口設(shè)置過濾網(wǎng)對漿液過篩，在用注漿泵按照設(shè)計壓力0.5MPa～1.0 MPa泵送壓注。

過程中及時分析對比相鄰注漿孔的注漿流量、注漿壓力、注漿量、鐵路軌面水平和高程變化等參數(shù)，根據(jù)各參數(shù)的變化評定注漿效果，再結(jié)合注漿施工現(xiàn)場鐵路軌面和路基情況，及時調(diào)整注漿參數(shù)，保證鐵路線路、路基和行車安全。

5.加固整治效果。

南昆鐵路某段橋涵結(jié)合部路基加固處理以前，該段鐵路軌面的沉降及高低不平順問題相當(dāng)突出，路基嚴重下沉，最大下沉量16cm，道床實際高度達0.9～1.3m，工務(wù)部門投入大量的人力、物力、財力并采取了多種常規(guī)治理形式對路基病害進行整治，經(jīng)常性的起道和抬道維修養(yǎng)護，該段路基沉降依舊嚴重、頻繁，對行車安全構(gòu)成極大威脅。

在經(jīng)過加固處理之后，通過對該路段的路基沉降觀測資料的分析以及鐵路柜面的幾何狀態(tài)數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)最大沉降為13mm，路基沉降收斂趨于穩(wěn)定，與設(shè)計要求相符。

三、結(jié)語

通過南昆鐵路K595+770-+800路基下沉病害加固工程實例，表明采用鋼花管和TGRM水泥基特種灌漿料注漿技術(shù)加固，可有效整治路堤填方沉降（開裂、變形），解決鐵路軌面沉降和高低不平順問題，加固鐵路軟土路基是有效的、可行的方法。和其他的方法相比，這種方法沒有土方施工工作量，也不會對路基破壞，并且工程費用較低、施工速度快，施工時也不需要中斷列車運行，還可以確保證列車行車安全。

[1]呂續(xù)臣，于立波.既有鐵路路基注漿加固技術(shù)〔J〕.鐵道建筑2006.

[2]成尚鋒，張海燕.鋼花管注漿技術(shù)在填方路基病害處治中的應(yīng)用〔J〕.中外公路，2007.

[3]建筑材料〔M〕.中國水利水電出版社，2004.