鋼花管和tgrm特種水泥基灌漿料技術(shù)在武漢鐵路路基沉降加固中的應(yīng)用

1、鋼花管和TGRM特種水泥基灌漿料技術(shù)在武漢鐵路路基沉降加固中的應(yīng)用摘 要：以武漢鐵路長(zhǎng)荊線K149+820路基下沉病害為研究對(duì)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(duì)沉陷下沉的路基病害進(jìn)行整治，表明該技術(shù)加固既有鐵路軟土路基是有 效的，可整治地基軟弱沉陷、路堤填方沉降（開裂、變形）的路基病害，能有效的 解決鐵路軌面沉降和高低不平順問題，不破壞路基、工程費(fèi)用較低、施工速度較快， 能保證列車行車安全。關(guān)鍵詞：路基病害鋼花管 TGRM水泥基特種灌漿料注漿技術(shù)加固一、前言鐵路路基是線路軌道的基礎(chǔ)，必須有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，在自身靜力作用下地

2、基不發(fā) 生過(guò)大沉降量；在列車動(dòng)力作用下路基體不應(yīng)發(fā)生過(guò)大的彈性變形和塑性變形；路基邊坡能 長(zhǎng)期穩(wěn)定。鐵路路基病害表現(xiàn)為：鐵路軌道面沉降、軌道高低不平順，直接影響旅客乘車舒適度及 列車行車安全性。研究表明，造成鐵路軌面沉降及高低不平順的主要原因有：軟弱地基沉降、路基（路堤） 填方產(chǎn)生沉降開裂變形、路基基床產(chǎn)生翻漿冒泥等病害。本文針對(duì)武漢鐵路長(zhǎng)荊線K149+820填方路基下沉病害進(jìn)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k149+820路堤填方處原有小溝谷匯水，鐵路 建設(shè)時(shí)在k149+820設(shè)有1-1.0米蓋板箱涵，涵洞凈空1.6米，全長(zhǎng)11.65米。在連續(xù)降雨情

3、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(shí)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(shí)，在連續(xù)降雨情況下，地表水通過(guò)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，并在雨水沖刷 作用下產(chǎn)生空洞，嚴(yán)重威脅到列車運(yùn)行安全。二、采用鋼花管和TGRM水泥基特種灌漿料技術(shù)加固路基鋼花管注漿技術(shù)鋼花管注漿是將鋼花管通過(guò)鉆孔埋入路基所需加固地層，通過(guò)鋼花管進(jìn)行注漿，并使?jié){ 液在壓力作用下均勻的進(jìn)入路基填方土體，在土體中形成以鋼花管為核心的樁體，在樁體外 圍土體

4、顆粒間隙中形成抗剪強(qiáng)度高地網(wǎng)狀漿脈復(fù)合體，擠密原土體并與之凝結(jié)在一起，增強(qiáng) 路基整體抗滑和抗壓能力，大大提高路基強(qiáng)度。鋼花管注漿加固原理（1）滲入、劈裂及壓密作用。在注漿壓力作用下，漿液克服各種阻力滲入到土體孔隙 和裂隙中，在較大壓力作用下，注漿液對(duì)土體產(chǎn)生劈裂作用，使?jié){液沿著裂隙滲透。注漿液 延伸長(zhǎng)度和厚度與注漿壓力成正比，壓力越大，漿液延伸長(zhǎng)度和厚度就越大。劈裂注漿后， 土體中的部分裂隙和一些大孔隙被填充和膠結(jié)，使土顆粒間裂隙中的水分和空氣一部分排 出，增強(qiáng)土體強(qiáng)度。隨著土中裂隙被不斷填充，對(duì)周圍土體不斷壓密，使土體中孔隙減少， 土體強(qiáng)度增加，水泥凝結(jié)后，漿液將原來(lái)松散的土顆?；蛄严赌z結(jié)成

5、一個(gè)整體，形成一個(gè)強(qiáng) 度高、防水性能好的穩(wěn)定性結(jié)合體。（2）骨架作用。注漿后，土體中的裂隙和孔隙被充填和壓密，漿液固結(jié)體呈魚骨狀或 者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分布在土體中，使土體的整體性能得到加強(qiáng)，密度和強(qiáng)度相應(yīng)提高，土體產(chǎn)生較 高的強(qiáng)度，注漿固結(jié)體在土體中起到了骨架作用。（3）防滲作用。注漿后，漿液充填了裂隙和孔隙，堵塞了水分滲透的通道，防止或減 少水分的縱橫向遷移，降低了水對(duì)路基的不利影響。（4）土質(zhì)改性作用。漿液與填土混合后，會(huì)發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，水泥的水化反應(yīng) 等，這些反應(yīng)會(huì)使土體形成膠泥體混合物，具有很高的強(qiáng)度。TGRM水泥基特種灌漿料性能路基加固通常選擇既有鐵路運(yùn)營(yíng)天窗點(diǎn)施工，對(duì)注漿加固材料的選

6、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(wú)毒環(huán)保和高耐久性的無(wú)機(jī)復(fù)合材，在引發(fā)劑和促凝劑作用下，在極短時(shí)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(tuán)顆粒聯(lián)結(jié)成 一個(gè)整體，改善土體和地基性能，提高土體和地基強(qiáng)度及防滲性能。其性能可通過(guò)以下指標(biāo) 反映：（1）早強(qiáng)性表1不同水灰比的加固型TGRM灌漿材料性能水灰比 項(xiàng)目0.370.400.450.60.81.01.2流動(dòng)度（mm）260270280315345385427可操作時(shí)間（分鐘）9101225374683凝結(jié)時(shí)間初凝（分鐘）終凝（分

7、鐘）10.512.014.535495812712.514.517.5436772145由以上數(shù)據(jù)可以看出材料的初凝和終凝的間隔時(shí)間很短。特別是低水灰比條件小，間隔 僅2min左右，在貼近初凝時(shí)間時(shí)，漿料將迅速失去流動(dòng)性，并產(chǎn)生凝結(jié)現(xiàn)象。由于材料具 有極短的初凝、終凝時(shí)間間隔這一特點(diǎn)，為硬化后材料的強(qiáng)度發(fā)展提供了極有利的條件，材 料終凝后，迅速發(fā)生硬化反應(yīng)，在十余分鐘內(nèi)強(qiáng)度迅速發(fā)展，在30min齡期內(nèi)形成高強(qiáng)度。表2不同水灰比凈案漿試體30min強(qiáng)度水灰比項(xiàng)目0.370.400.45抗折強(qiáng)度（Mpa）2.212.061.88抗壓強(qiáng)度（Mpa）10.712.58.1由表2可以看出在水灰比0.4的

8、情況下，從加水開始算起，30min試體的抗壓強(qiáng)度已達(dá)到10 MPa。這為工程搶修、限時(shí)施工等問題創(chuàng)造了材料基礎(chǔ)。（2）耐久性能高。經(jīng)過(guò)270次凍融循環(huán)后仍保持95.0%的強(qiáng)度，試件輪廓完整，毫無(wú)剝落 現(xiàn)象。說(shuō)明TGRM水泥基特種灌漿料具有非常好的抗凍融性能。表3凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度保留率凍融循環(huán)次數(shù)品種凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度保留率(%)0306090150210270TGRM材料10098.799.098.799.999.495.1(3)防滲性能高。具有較好的防滲性能，加壓到3MPa時(shí)試件滲水平均高度僅4-5cm。表4不同類型灌漿材料的防滲性能品種恒壓時(shí)間(h)滲透高度 (cm)TGRM灌漿料1.5

9、Mpa2.0Mpa2.5Mpa3.0Mpa88884-5摻有機(jī)硅防水劑的硅酸鹽水泥8800154.鋼花管注漿加固設(shè)計(jì)鋼花管注漿一般可分為：垂直花管注漿、水平花管注漿和斜花管注漿。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：線路線路圖1注漿加固鉆孔設(shè)計(jì)圖注漿加固確定以下注漿參數(shù)：每米注漿量的大?。好棵鬃{深度水泥用量為100120 kg。注漿孔徑、孔距、排距：孔徑為42mm，孔距為1.0 m,排距0.6m。注漿水灰比：0.6： 10.8： 1。注漿壓力:0.5MPa1.0 MPa。注漿孔深度：2.03.0 m。注漿流量：101

10、00L/min。注漿加固的有效影響半徑：0.8m1.5m。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)和缺陷情況，采取動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，即根據(jù)實(shí)驗(yàn)孔的情況判定漿液的擴(kuò)散半 徑范圍，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)。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一鉆孔一安裝注漿管一拌制漿液一注漿一質(zhì)量檢查一恢復(fù)線路外觀（2）注漿施工1）測(cè)量放線定位。在基本整平的場(chǎng)地上，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的孔位，利用施工基線和輔助 基線，測(cè)放出注漿孔的孔位并做出標(biāo)記，孔位誤差不大于2cm。沿鉆孔位置開挖溝槽，使注 漿時(shí)孔內(nèi)排出水分和冒漿及時(shí)排出，保持施工場(chǎng)地整潔干燥。2）鋼花管制作。鋼花管采用42X3.0mm鋼管制作，應(yīng)能承受3.0 MPa壓力。端部

11、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6mm。3）鉆孔及安裝鋼花管。在鐵路路肩采用O60mm鉆頭按設(shè)計(jì)傾角鉆孔，孔深進(jìn)入設(shè)計(jì)地 層23 m，再將42mm鋼花管安裝于孔內(nèi)，如遇塌孔，采用振動(dòng)錘把鋼花管打入設(shè)計(jì)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(jī)采用葉片式機(jī)械攪拌機(jī)，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(shí)間不低于5分鐘，不宜大于90分鐘，出漿口設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)對(duì)漿液過(guò)篩，在用注漿泵按 照設(shè)計(jì)壓力0.5MPa1.0 MPa泵送壓注。過(guò)程中及時(shí)分析對(duì)比相鄰注

12、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(píng)定注漿效果，再結(jié)合注漿施工現(xiàn)場(chǎng)鐵路軌面和路基情況， 及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)，保證鐵路線路、路基和行車安全。加固整治效果武漢鐵路某段橋涵結(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(yán)重下沉，最大下沉量16cm，道床實(shí)際高度達(dá)0.91.3m，工務(wù)部門投入大量 的人力、物力、財(cái)力并采取了多種常規(guī)治理形式對(duì)路基病害進(jìn)行整治，經(jīng)常性的起道和抬道 維修養(yǎng)護(hù)，該段路基沉降依舊嚴(yán)重、頻繁，對(duì)行車安全構(gòu)成極大威脅。路基加固處理后，經(jīng)該段路基的沉降觀測(cè)資料和鐵路軌面幾何狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，最大 沉降為13mm，路基沉降收斂并趨于穩(wěn)定，符合設(shè)計(jì)要求，軌面和路基幾何狀態(tài)穩(wěn)定，沒有 II級(jí)以上超限，該段路基沉降病害問題得到解決。三、結(jié)語(yǔ)通過(guò)武漢鐵路長(zhǎng)荊線K149+820路基下沉病害加固工程實(shí)例，表明在不影響鐵路正常運(yùn) 行的情況下，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