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