应用注浆技术整治铁路路基下沉病害

蔡永虎

（陕西红柠铁路公司 719300）

【摘要】铁路路基是承受并传递轨道重力及列车动态作用的结构，是轨道的基础，是保证列车运行的重要建筑物。因地质条件不同，施工标准不高，加之重载列车运行，造成路基内应力水平、分布状态和作用方式显著改变。加重了已存病害的程度又诱发了新病害的发生，影响着列车的安全运行。通过我段近年来进行的路基注浆加固技术，对路基沉陷等问题进行现场处理，取得良好的效果。

【关键词】注浆；整治；路基；病害

1. 引言

铁路路基由于开挖、填筑施工过程中的种种因素，以及对地质地层条件处理不当等原因，路基本体一定范围的压实度控制指标很难满足《铁路路基设计规范》要求。往往导致线路投运不久，路基便出现不同程度的下沉病害，直接制约列车的通过速度，严重危及列车的运行安全。为了及时、有效、快速经济地处理路基病害，采用传统的开挖换料回填方法已不能满足铁路运输的发展需要也不能从根本上彻底消除隐患。选择安全可靠、经济合理的整治方案，是当前铁路工务部门面临的主要课题。注浆技术是处理铁路路基的一种有效方法，该方法能对不同深度的地层进行加固，具有效果显著、技术先进、设备简单、安全可靠、不影响正常运营等优点。

2. 注浆技术加固机理，注浆类型、材料

2.1 加固机理

注浆技术是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把具有流动性、填充性、胶凝性的一种或几种浆液材料，按一定浓度注人路基土体中，浆液以充填、渗透和挤密等方式赶走土粒间或岩石裂隙中的水分和空气，使浆液与原来松散的土料或裂隙胶结成整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学性质稳定的“结石体”。路基填筑的浆液有充填挤密胶结土体的作用，在土体中凝固以后可以提高土体承载力和抗变形能力，从而达到加固路基、充填空洞、治理病害的目的。

2.2 注浆类型

注浆类型按加固机理可分为充填注浆、渗透注浆、挤密注浆和劈裂注浆等四种。

（1）充填注浆：主要用于充填大空穴、构造断裂带等部位，注浆量较大。当处理路基下伏洞穴时，在注浆之前可用粗砂或天然砂砾与水泥或粉煤灰混合填充其中的空隙。水泥或石灰与粗砂、天然砂砾按一定的比例拌匀后通过钻孔填充于洞穴之中，水泥比例为砂砾的5%~8%，石灰比例为8%~10%。当仅依赖混合料自重作用使洞穴难以充填密实时，可采用振动方法使其达到密实。

（2）渗透注浆：在不破坏地层土体颗粒排列的情况下，浆液充填于颗粒裂隙中，将颗粒胶结成整体。渗透注浆的必要条件是浆液的粒径小于土颗粒的粒径。

（3）挤密注浆：将极稠的浆液注入，形成球型和圆柱体浆泡，挤密周围土体，使土体产生塑性变形，但不使土体产生劈裂破坏。

（4）劈裂注浆：是浆液在孔内随着灌浆压力的增加，先挤密周围土体，当压力达到一定程度时，浆液冲击使地层，产生劈裂，形成脉状或条带状胶结体。劈裂注浆主要用于土体加固和软弱地基的防渗治理。根据不同路段的结构采取不同的注浆类型是保证路基加固质量的前提。在路基下沉病害治理过程中应视路段病害性质及构造物类型结构情况，具体分析分别对待，一般情况下都需采用两种或两种以上的注浆方法，分段分层治理，才能形成渗透一充填一置换一挤密一复合防渗补强的路基。

2.3 浆体材料

浆体材料可分为为粘土浆、水泥浆、水泥粘土浆、水泥粉煤灰浆液、水泥砂浆和水泥粘土砂浆、水泥水玻璃和化学浆液类等多种类型。

（1）粘土类浆液：粘土浆液越细浆液稳定性愈好，但粘结力、抗渗性和抗冲蚀能力愈低。纯粘土浆澎良少用厂于投用于护壁或临时性的防渗工程。

（2）水泥浆液：是地基治理、地层加固工程中常用的一种胶结性好、结石强度高的注浆材料。

（3）水泥粘土类浆液：在水泥浆中加粘土或粘土浆中加人水泥配成的水泥粘土浆液，兼有粘土浆与水泥浆的优点，成本低，流动性好，稳定性高，抗渗压和冲刷能力强。常作为基础防渗帷幕与充填注浆材料。

（4）水泥粉煤灰浆液：在水泥浆液中加人一定量粉煤灰，由于粉煤灰含有SiO2、AL2O3、Fe2O3 等不同活性离子，可以增加浆液强度、稳定性和耐久性，又可以降低成本。常作为洞穴充填、地基加固等注浆材料。

（5）水泥砂浆和水泥粘土砂浆：当地层中有较大裂隙、溶洞，耗浆量很大或在地下水活动时，宜采用水泥砂浆和水泥粘土砂浆。水泥砂浆由水灰比不大于1.0 的水泥浆掺砂配成，与水泥浆相比具有流动性小、结石强度高和耐久性好、节省水泥的优点；水泥粘土砂浆比水泥砂浆有稳定性好、抗渗能力强和析水率低的优点。

（6）水泥水玻璃浆液：广泛用于地基、大坝、隧道、桥墩、砂井等建筑工程，具有快凝、防渗的优点。其性能取决于水泥浆水灰比、水玻璃的浓度和加人量等。

（7）化学浆液：化学浆液的特点是能注人裂隙较小的岩石、空隙小的土层及有地下水活动的场合。浆体材料的选择应根据加固目的、施工环境、施工方法等条件来确定。对于路基下沉病害的处理施工，在选择浆液类型时以无毒、无污染、施工简便、取材方便、价格低廉为原则。根据黄土地区铁路路基的填筑情况，选择以水泥为主体的无机类浆体材料较为合适。在使用过程中，为降低水泥用量，常用粉煤灰、粘土代替部分水泥而配制成水泥粉煤灰浆液、水泥粘土类浆液。在某些情况下为了达到一定的技术要求，如初凝时间、防冻等在浆体中加入一定数量的添加剂，常用的添加剂有水玻璃、三乙醇胺、氯化钙、氯化钠等。

3. 主要设计参数

在采用注浆技术对路基下沉病害进行整治时，需首先对病害产生的原因进行具体分析，根据病害的实际情况确定注浆类型、浆体材料，并进一步对单孔扩散半径、孔间距、浆液用量、注浆压力等技术参数进行设计。

3.1 扩散半径

要确定注浆点的位置和注浆点数量必须首先确定单孔的注浆扩散半径。扩散半径受地层土质、渗透系数、地层不均匀性等因素影响。根据经验，对于一般路基加固半径为1.0~2.0m，而对于双液注浆（水泥水玻璃浆液）加固半径为1.0~1.5m。

3.2 孔间距

浆液的扩散半径与浆液的流变特性、胶凝时间、注浆压力等因素有关，理论计算与实践相比有一定差距。一般挤密注浆孔间距为S=2.0R（扩散半径），排距0.8R，三角形布置。

3.3 浆液配料及浆液用量

浆液配料：按设计要求的水灰比，一般配制水泥浆液所需水泥量和水量可按下列公式计算或查表。MC=Mw=a×Mc式中，Mc—水泥（干）量（t）；Mw—水量（m³）Gc—水泥相对密度，普通水泥Gc=3.05~3.20，计算中可取Gc=3.0 ；Pw—水的相对密度（t/m³）Pw=1.0t/m³ ；Vcr—欲配浆液体积（m³）；a—水灰比。浆液用量：是比较难确定的指标，它与土质情况、土层孔隙、浆液的渗透性、注浆方法等多种因素有关，在实际工程中往往以现场的注浆试验确定，也可以采用下式来估计。Q=kV式中，Q 为注浆量（m3）；k 为注浆系数，一般取值0.12~0.2，压实度≥ 90% 时取0.12，压实度85%~90% 时取0.13~0.15，压实度__＜ 85% 时取0.16~0.2 ；v 为加固土体的总体积（m3）。水泥浆液无添加剂（现场）配料表水灰比0.5 0.6 0.75 1.0 1.25 1.5 2.0水泥用量（kg） 1200 1100 950 750 650 550 450水的用量（L） 600 660 713 750 813 825 900配置浆液（m3） 1 1.026 1.029 1 1.029 1.028 1.05

3.4 注浆压力

注浆压力控制的好坏是注浆成败的关键。提高注浆压力有利于浆液扩散，但是压力超过边界条件允许的范围，就会引起地面和结构物的变形和破坏。所以，压力应控制在边界条件允许的最大注浆压力范围内。具体地讲：注浆压力与土质种类、透水性、注浆速度、注浆方法等因素有关，一般参考现场实验或根据已有的经验来确定。一般情况下注浆流量应配合注浆压力来调整，注浆初期土层吸收浆液能力强，压力可以较小，随着土体吸收量减小可以逐渐增加流量增大压力，使其处于最佳的吸收状态，注浆接近结束时可适当增大注浆压力。一般认为最大容许注浆压力大约等于注浆点位置以上土层厚度的土压力。

4. 工程实例

我们根据注浆技术处理铁路路基下沉病害的机理及技术要点，以及注浆工艺对铁路行车影响小、加固范围大的特点，对铁路高路堤、桥涵台后路堤和隧道整体道床等不均匀下沉病害进行了工程治理。红柳林至神木西铁路专用线张家峁至柠条塔段DK20+490~DK20+560 路基注浆施工。

4.1 病害概况

4.1.1 地质概况

工点内出现沉降的范围为DK20+490~DK20+560，长70 米，工程位于考考乌素沟左岸梁峁区山前缓坡地段，地形起伏，地势左低右高，线路以填方通过砂质地层，中心最大填高14 米，边坡最大填高15 米，工点范围内出露地层主要为第四系全新统风积细沙，下伏侏罗纪系中统烘烤岩和页岩夹砂层。风积细沙（Q4eo14）；浅黄色，最大厚度为10 米，砂质较均，表层1.0 米含植物根系，干燥稍湿，松散，Ⅰ级松土，σ0=100kPa ；烘烤岩（J2Tb）：青灰色、砖红色，原岩为砂岩，岩体破碎似铁渣、煤渣及玻璃质残渣，具蜂窝状空洞，岩层扭曲变形；原岩为页岩者烧变为砖红色，其颜色和敲击声与Ⅳ级软石，σ0=400kPa ；页岩夹砂层（J2Ss+Sh）：灰黄色、灰绿色，主要成分为石英、长石，中粒结构，块状构造，强风化，风化层厚度2~4 米，Ⅳ级软石，σ0=400kPa，软风化层，Ⅳ级软石，σ0=800kPa。工点范围内无地表水，地下水水位埋深大于15 米。地震动峰值加速度0.05g，相当于地震基本烈度六度，地震动反应谱特征周期0.35s，最大冻结深度1.50 米。

4.1.2 原设计情况：

基床表层采用A 组填料填筑，基床底层采用B 组_______填料填筑，基床底层以下路堤采用路堑挖方弃石，填筑粒径及压实度满足规范要求，边坡坡率按1：1.5~1：1.75，路肩用干砌片石护肩，宽0.6 米，顶部采用M7.5 水泥砂浆抹面；双侧路基边坡设带截水槽的M7.5水泥砂浆砌片石拱形骨架护坡，骨架内种紫穗槐防护，骨架护坡设小脚墙基础，脚墙宽1.0 米，高1.3 米，基础埋深0.8 米，采用M7.5 水泥砂浆砌片石砌筑；地基采用重型机械碾轧，碾轧范围为路堤坡脚外3.0 米，碾压后的承载力不小于0.15MPa。

4.1.3 铁路现状

该段路堤不均匀沉降引起了该段右侧水沟出现了下沉、开裂，右侧护肩以下2~3 米处骨架出现了破损。轨面道床下沉了30~50cm。路堤不均匀沉降发生后，运营单位及时对右侧破损的水沟进行修补，保证排水畅通，对路基面下下沉部位采用道碴进行了调整，保障了铁路的安全运营。

4.2 路基沉陷原因分析

该铁路2011 年1 月开始运营，运营初始该段就出现了路堤不均匀下沉现象，2011 年10 月份沉降达30cm，截止2012 年8 月份下沉已经达到50cm，针对路堤不均匀下沉。经调查该段在施工过程中，由于受当地村民干扰，最后施工速度较快，下沉原因可能是施工时填料粒径及压实度不满足要求，力学强度低，在后期降雨及渗水作用下产生路基本体压缩变形。

4.3 加固处理

⑴为提高填筑土密实度和力学强度，采取注浆加固，在路基露肩、左侧边坡和右侧平台钻注浆孔，用注浆泵等压送设备将浆液灌入填筑料空隙内，使其渗透、扩散，使路堤本体颗粒间充满浆液并使其固结，使岩土胶结为一整体。

⑵注浆完成后对路肩及路堤边坡坡面、骨架防护进行整修，并对因施工破坏的紫穗槐进行补种；对线路右侧平台进行整修，使其倾向水沟内的横坡不小于4%，并对平台采用M10 水泥砂浆抹面，厚度不小于5cm。

⑶根据路基填料情况及浆液的渗透半径，注浆孔间距2~3 米，呈矩形分布，孔径