青藏線路基病害整治組織方案凍脹病害治理研究與技術(shù)分析

1、青藏鐵路線路基沉降（凍脹）病害治理研究與技術(shù)分析單位：甘肅興隴工程監(jiān)理咨詢有限公司 姓名：喬正正摘 要:本文通過青藏西格二線部分線路發(fā)生路基沉降和季節(jié)性凍害地段路基沉降（凍脹）病害的治理，進(jìn)行科學(xué)合理的分析，對于路基填料不密實(shí)及排水不暢等原因，導(dǎo)致路基沉降及冬季凍脹現(xiàn)象，已影響了鐵路的正常行車，既要做好排水又要改善土質(zhì)機(jī)理，怎樣科學(xué)合理的應(yīng)用注漿技術(shù)來治理路基沉降（凍脹）病害下文詳細(xì)的進(jìn)行了介紹，為今后路基沉降（凍脹）病害處理提供依據(jù)。關(guān)鍵詞：路基沉降（凍脹）病害注漿加固 技術(shù)分析一、 工程概況青藏西格二線部分線路發(fā)生路基沉降和季節(jié)性凍害地段，地處青藏高原東北部，鐵路線路穿越青海湖北岸濱海平原

2、、沖積平原、冰原臺地，平均海拔3220米。年平均降水量376mm，降水分布不均，大部分集中在7-9月。年平均氣溫-0.6，最冷月1月平均氣溫為-20.6；最熱月7月平均氣溫為16.6。最大凍結(jié)深度1.8米，地下水位大于10米。地質(zhì)地表多為黏土、粉質(zhì)黏土、沙質(zhì)黃土以及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土以及細(xì)沙。青海湖剛察段，黏土厚度一般112米，粉質(zhì)黏土13米；剛察江河段，地表除分布有黏土、粉土外，主要分布有0.58米的沙質(zhì)黃土，局部地段還分布有0.52.5米的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。線路完工交付使用后，由于路基填料不密實(shí)及排水不暢等原因，導(dǎo)致路基沉降及冬季凍脹現(xiàn)象。已影響了鐵路的正常行車，給鐵路運(yùn)營安全帶來了隱患。二、

3、病害狀況路基整體沉降圖1線路路基沉降路基局部沉降圖2路基局部沉降1、路基基床表面排水不暢凍害地段路基表面排水不暢的問題是比較突出的，具體表現(xiàn)在絕大多數(shù)調(diào)查斷面基床土體含水量高，部分?jǐn)嗝婊脖砻嬗蟹e水。道碴邊坡外側(cè)普遍存在土垅，阻擋了道床橫向排水。在道床邊坡，普遍明顯有一高1040cm的土壟，距軌枕頭2040cm。路肩普遍高于道床底面，整個(gè)道床部分形成一積水凹槽，部分路段既有路基改造時(shí)將原污染板結(jié)道床回填用作基床，形成道碴積水槽。以往換填地段在道床寬度范圍換填了5m寬、1.2米深的粗顆粒土處理。開挖明顯發(fā)現(xiàn)，由于換填的5米寬度范圍有下沉，整個(gè)道床低于路肩，道床排水沿?fù)Q填鋪設(shè)的土工布與兩側(cè)面原路基

4、土間下滲，造成基床松軟，導(dǎo)致路基下沉。運(yùn)行區(qū)間上、下行線路之間，以及車站不同股道之間，大多用道碴填平，不同股道間排水坡不明顯，股道間存在積水條件。2、凍結(jié)深度范圍內(nèi)有強(qiáng)凍漲性粘土層在季節(jié)凍結(jié)深度范圍內(nèi)，粘性土層越厚，土體的凍脹量越大。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大部分凍害地段路基基床存在強(qiáng)凍漲性粘土，且厚度較深，含水量較高，基床松軟。3、道碴囊及道床邊坡土囊的存在，造成道床普遍積水。水分下滲促使道床軟化，在列車動荷載作用下，道床下沉及道碴囊會不斷形成，加速了道床積水及凍害的惡性循環(huán)。4、部分地段道床污染嚴(yán)重既有線（上行線）道床下普遍存在道床污染情況。道床污染后，一方面因板結(jié)喪失變形調(diào)節(jié)功能，另一方面其中的粘性土

5、具水分吸附能力，一定程度上助長了凍害的發(fā)生。5、新建橋、涵過渡段路基凍害，一方面是由于新建橋涵兩頭填土下沉積水，另一方面這些橋頭路基道床同樣存在道床板結(jié)、強(qiáng)凍漲性粘土等問題。開挖發(fā)現(xiàn)，這些地段路基土體的含水量一般較高，再加上橋、涵處路基的凍結(jié)是三維方向進(jìn)行的，因此凍結(jié)深度較大，凍脹量較大。三、 病害機(jī)理路基凍害形成的原因主要有三個(gè)要素：即氣候條件、水分條件和路基填筑的土質(zhì)條件。1、氣候條件是影響凍脹的主要因素。氣候越冷，凍結(jié)越深，凍脹越大；凍結(jié)速度越快（時(shí)間、過程短），凍結(jié)深度小，而凍結(jié)速度越慢，凍結(jié)深度越深。青藏鐵路西格段氣候寒冷，氣溫凍結(jié)能力強(qiáng)，凍結(jié)深度較大，因而，凍害相對較嚴(yán)重。2、路基

6、填料不好。該路段地層以黃粘土、砂粘土為主，屬D類填料。根據(jù)鐵路路基施工規(guī)范，施工時(shí)應(yīng)換填或改良后使用。因?yàn)樵擃愋偷耐翆偃踔械扰蛎浲?，?xì)顆粒含量高，比表面積大，親水性強(qiáng)，與水結(jié)合后不易失水，冬季引起凍脹，并使路基軟化，喪失承載力導(dǎo)致路基下沉。3、路基排水不暢。由于路基承載力不夠，線路經(jīng)過反復(fù)不斷的下沉，破壞了路基本身的滲水層，導(dǎo)致大氣降水沉積在路基不透水層上。另外，在春季凍融發(fā)生時(shí)，表層融化的水也無法及時(shí)排出，這樣也加重了路基病害的出現(xiàn)。四、 整治原理根據(jù)病害機(jī)理，病害產(chǎn)生的主要原因在于路基填料不達(dá)標(biāo)，路基含水率較高，導(dǎo)致線路下沉、變形，所以整治原則為對該路段進(jìn)行注漿改土。整治原理：通過對沉降路

7、基上部壓注TGRM專用水泥基灌漿材料填充孔隙，使其凝固成具有較高穩(wěn)定性的整體，提高路基土體的力學(xué)性能，提高土體的抗?jié)B性；對于凍害路基上部壓注TGRM專用水泥基灌漿材料填充孔隙，下部壓注化學(xué)土壤改良劑，通過灌漿料的凝結(jié)反應(yīng)，消耗掉粘土中的水份，降低土體含水率，同時(shí)在路基底層形成隔水層，提高路基的抗凍融能力，有效的防止凍脹的發(fā)生。該方案優(yōu)點(diǎn)在于利用列車間隔施工，不影響列車行車，不需要進(jìn)行封鎖或者斷路施工。五、 治理總體組織6.1流程圖6.2施工作業(yè)條件利用列車間隔點(diǎn)施工，不需要申請施工天窗點(diǎn)。施工均在路肩上鉆孔施工，不上線路，不影響列車運(yùn)營，所有機(jī)具設(shè)備都擺在防護(hù)網(wǎng)外，網(wǎng)內(nèi)緊有簡單的手持式工具，施

8、工過程中均能很快的撤離現(xiàn)場。6.3施工工藝及步驟6.3.1、路基檢測施工前采取物探與現(xiàn)場原狀土取樣化驗(yàn)相結(jié)合的方法，調(diào)查現(xiàn)場情況、確定病害成因，掌握病害規(guī)模與分布范圍。采用地質(zhì)雷達(dá)、電法儀等物探手段，查明路基的充泥充水狀況；采用原狀土取樣化驗(yàn)查明填料的種類及孔隙率以及是否鋪設(shè)砂墊層，為制定整治方案提供有效依據(jù)。根據(jù)檢測結(jié)果，細(xì)化施工方案，確定注漿改良地層的范圍及深度，孔布孔間距、角度和注漿材料的種類及配比。6.3.2、注漿加固施工 1、路基沉降基床兩側(cè)采取基床注T漿液。2、 路基凍害注漿加固施工采取基床注T漿液+化學(xué)漿的綜合注漿方式進(jìn)行病害整治施工。路基沉降通過在基床兩側(cè)布置注漿孔。在基床表層

9、通過擠密注漿方式，注入TGRM漿液填充孔隙，同時(shí)形成密實(shí)的漿液固結(jié)體，提高基床承載能力。路基凍害在注入T漿液同時(shí)基床底層通過深層滲透注漿方式注入化學(xué)漿，使用化學(xué)漿液形成漿脈穩(wěn)固土體結(jié)構(gòu)，吸收孔隙水，從而降低土體的含水率，同時(shí)在基床底層形成一個(gè)隔水層，阻止地下水再次滲入基床，防止路基凍脹。含水層，使用化學(xué)漿液（加固土層厚度平均約30cm）極軟弱層，使用FiX106土壤改良劑（加固土層厚度平均約30cm）軟弱層，使用TGRM特種灌漿料（加固土層厚度平均約60cm） 圖3 注漿整治深度及漿液種類選用示意圖2.1鉆孔在需要加固的路基土體上梅花形布置注漿孔，鉆孔孔徑為25mm，孔間距為60cm，排排間距

10、為30cm，孔深在25m的范圍根據(jù)現(xiàn)場情況適時(shí)調(diào)整。路基凍害在路肩兩側(cè)打3排孔的同時(shí)在上下行間增加3排注漿孔，提高注漿擴(kuò)散范圍，增加路基密實(shí)度，布孔位置見圖4、5。路基沉降只在路肩兩側(cè)打3排注漿孔，在路堤高度大于4米時(shí)，在路堤坡面增加一個(gè)注漿界面，布孔位置見圖6、7。圖4路基凍害注漿孔布置剖面圖圖5路基凍害注漿孔布置平面展開圖圖6路基沉降注漿孔布置剖面圖圖7路基沉降注漿孔布置平面展開圖2.2下管注漿管選用鋼花管。要求注漿管密封性好，管內(nèi)壁光滑，管內(nèi)無雜物。注漿管末端預(yù)留13m無注漿孔部分，外露10cm30cm，管口用絲綿封堵。鋼性注漿管示意圖如下：注漿鋼管采用絲扣連接，每根長度為1.5m，注漿

11、管上按梅花型布，間距為20-30cm布設(shè)6mm的溢漿孔。 2.3制漿根據(jù)土體含水量的不同，選擇不同的用水比例調(diào)配漿液；TGRM特種水泥漿的水灰比控制在0.6：11：1范圍。制漿應(yīng)使用不小于200轉(zhuǎn)/分鐘的制漿機(jī)，攪拌時(shí)間不低于5分鐘，不宜大于90分鐘。出漿孔應(yīng)設(shè)置100幕的過濾網(wǎng)。2.4漿液材料的選擇A）T漿液：路基病害整治是利用列車間隔點(diǎn)施工，既要求漿液的可灌性好，要求在短時(shí)間內(nèi)有較快的工作進(jìn)度，又要漿液瞬時(shí)凝固，在終凝后盡快達(dá)到列車通過時(shí)荷載要求的抗壓強(qiáng)度。TGRM灌漿料水泥具有抗分散、速凝、高抗?jié)B、可灌性好和耐久性高等特點(diǎn)，具體參數(shù)如下：在水灰比0.6:11:1為的條件下，可操作時(shí)間為9

12、12分鐘，初凝時(shí)間為10.514.5分鐘，終凝時(shí)間為12.517.5分鐘。漿液流動度為220250 mm，可采用低壓灌注，并且有良好的自密實(shí)性。終凝后通過硬化產(chǎn)生大量的硫鋁酸鈣，30分鐘齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)8Mpa以上。B）化學(xué)漿液采用水溶性聚氨脂。該漿液無毒，無污染，對人體無害，具有優(yōu)良的親水性，與水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后，借其緩慢膨脹及持續(xù)壓力，可將聚氨酯滲透至微細(xì)縫隙。該漿液與混凝土等材料粘結(jié)力強(qiáng)，混合后可制得高強(qiáng)度固結(jié)體。2.5注漿注漿壓力應(yīng)控制在0.5Mpa以下。注漿過程中如果出現(xiàn)壓力過小，那么注漿可能跑漿、串漿等嚴(yán)重的問題，可采取換孔作業(yè)，待漿液初凝后再補(bǔ)注。注漿過程中應(yīng)密切注意監(jiān)測反饋及注漿部

13、位地面的變化情況，若發(fā)現(xiàn)路基有串漿或加速形變跡象要及時(shí)停止注漿，分析原因。6.4、注漿效果檢查注漿效果評定是決策注漿加固施工是否達(dá)到預(yù)期效果的主要依據(jù)，現(xiàn)場注漿效果檢查主要依據(jù)以下幾種方法：（1）結(jié)合現(xiàn)場注漿情況，根據(jù)注漿壓力的變化、注漿量的大小，判定注漿是否已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（2）選擇可能出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行鉆孔檢查，要求做到成孔無嚴(yán)重坍塌，無大量涌水。檢查孔的布置及相關(guān)參數(shù)的選擇根據(jù)現(xiàn)場注漿情況另行出圖。該方法的特點(diǎn)是地層改良的效果比較直觀，但隨機(jī)性較大。（3）采用地震波儀器進(jìn)行物理探測的方法進(jìn)行效果檢查。該方法整體性較強(qiáng)、有具體的數(shù)據(jù)做形象對比，效果比較直觀。6.5機(jī)械設(shè)備及材料計(jì)劃表1

14、主要設(shè)備及材料一覽表名稱單位數(shù) 量工作內(nèi)容風(fēng)鎬臺8打孔YT-28型鑿巖機(jī)臺4下管KBY-50/70型灌漿泵臺2灌漿低速攪拌機(jī)臺2儲漿高速攪拌機(jī)臺2制漿發(fā)電機(jī)30KW臺2臺提供電力空壓機(jī)（3立方）臺4臺提供動力鋼性注漿管米若干分段注漿切割機(jī)臺2制管機(jī)械式止?jié){塞個(gè)約200止?jié){水溶性聚氨酯噸5-10漿料TGRM灌漿料噸40-50漿料六、 存在問題及處理1、鋼管加工尖端、中端、上端比例不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致鋼管中端過剩，造成這一原因是因?yàn)楝F(xiàn)場施工的實(shí)際需求沒有及時(shí)的反應(yīng)到有關(guān)人員。解決方案：現(xiàn)場負(fù)責(zé)人及時(shí)的匯報(bào)當(dāng)天的施工進(jìn)度、鋼管施工的需求以及要求改正之處才能有效地促進(jìn)工程進(jìn)度。2、倉庫鋼管過剩，現(xiàn)場負(fù)責(zé)人因給

15、七天之前上報(bào)鋼管需求量，項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需求擬定鋼管總加工數(shù)，避免材料過剩。3、由于青藏線西寧至海晏段（k15至k70）路基主要由礫石組成我公司加工的鋼管尖段管容易受損。改正方法： 把原來尖端兩葉尖改成三葉錐形。4、溢漿孔太小，由于鋼管加工人員對溢漿孔打孔技術(shù)沒有很好的掌握導(dǎo)致溢漿孔太小影響施工質(zhì)量和進(jìn)度。5、鋼管端頭的連接絲拔的太短，導(dǎo)致在施工過程中連接位置折斷，造成材料的浪費(fèi)和施工進(jìn)度。6、鋼管端頭連接絲拔得太薄，導(dǎo)致在施工過程中連接位置折斷，造成材料的浪費(fèi)和施工進(jìn)度。七、 技術(shù)分析及建議（1）、對于這種路基填料不密實(shí)及排水不暢等原因，導(dǎo)致路基沉降及冬季凍脹現(xiàn)象，采取“先做排水系統(tǒng)，再改變土體機(jī)理”的方法，在青藏鐵路線路基沉降（凍脹）病害治理得到切實(shí)可行的肯定。（2）、在施工過程中必須嚴(yán)格施工，注漿量應(yīng)該定量定壓按照方案完成。（3）、注漿是一把雙刃劍既有利也有害，關(guān)鍵是怎樣去控制它；注漿對鐵路軌道標(biāo)高