青藏线路基病害整治组织方案(冻胀)病害治理研究与技术分析--论文

青藏铁路线路基沉降（冻胀）病害治理研究与技术分析摘要:本文通过青藏西格二线部分线路发生路基沉降和季节性冻害地段路基沉降（冻胀）病害的治理，进行科学合理的分析，对于路基填料不密实及排水不畅等原因，导致路基沉降及冬季冻胀现象，已影响了铁路的正常行车，既要做好排水又要改善土质机理，怎样科学合理的应用注浆技术来治理路基沉降（冻胀）病害下文详细的进行了介绍，为今后路基沉降（冻胀）病害处理提供依据。关键词：路基沉降（冻胀）病害　　注浆加固　技术分析一、工程概况青藏西格二线部分线路发生路基沉降和季节性冻害地段，地处青藏高原东北部，铁路线路穿越青海湖北岸滨海平原、冲积平原、冰原台地，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。年平均气温-0.6℃，最冷月1月平均气温为-20.6℃；最热月7月平均气温为16.6℃。最大冻结深度1.8米，地下水位大于10米。第13页共13页 地质地表多为黏土、粉质黏土、沙质黄土以及淤泥质粉质黏土以及细沙。青海湖～刚察段，黏土厚度一般1～12米，粉质黏土1～3米；刚察～江河段，地表除分布有黏土、粉土外，主要分布有0.5～8米的沙质黄土，局部地段还分布有0.5～2.5米的淤泥质粉质黏土。线路完工交付使用后，由于路基填料不密实及排水不畅等原因，导致路基沉降及冬季冻胀现象。已影响了铁路的正常行车，给铁路运营安全带来了隐患。一、病害状况路基整体沉降图1线路路基沉降路基局部沉降图2路基局部沉降1、路基基床表面排水不畅冻害地段路基表面排水不畅的问题是比较突出的，具体表现在绝大多数调查断面基床土体含水量高，部分断面基床表面有积水。第13页共13页 ①道碴边坡外侧普遍存在土垅，阻挡了道床横向排水。在道床边坡，普遍明显有一高10～40cm的土垄，距轨枕头20～40cm。②路肩普遍高于道床底面，整个道床部分形成一积水凹槽，部分路段既有路基改造时将原污染板结道床回填用作基床，形成道碴积水槽。③以往换填地段在道床宽度范围换填了5m宽、1.2米深的粗颗粒土处理。开挖明显发现，由于换填的5米宽度范围有下沉，整个道床低于路肩，道床排水沿换填铺设的土工布与两侧面原路基土间下渗，造成基床松软，导致路基下沉。④运行区间上、下行线路之间，以及车站不同股道之间，大多用道碴填平，不同股道间排水坡不明显，股道间存在积水条件。2、冻结深度范围内有强冻涨性粘土层在季节冻结深度范围内，粘性土层越厚，土体的冻胀量越大。调查发现，大部分冻害地段路基基床存在强冻涨性粘土，且厚度较深，含水量较高，基床松软。3、道碴囊及道床边坡土囊的存在，造成道床普遍积水。水分下渗促使道床软化，在列车动荷载作用下，道床下沉及道碴囊会不断形成，加速了道床积水及冻害的恶性循环。4、部分地段道床污染严重既有线（上行线）道床下普遍存在道床污染情况。道床污染后，一方面因板结丧失变形调节功能，另一方面其中的粘性土具水分吸附能力，一定程度上助长了冻害的发生。第13页共13页 5、新建桥、涵过渡段路基冻害，一方面是由于新建桥涵两头填土下沉积水，另一方面这些桥头路基道床同样存在道床板结、强冻涨性粘土等问题。开挖发现，这些地段路基土体的含水量一般较高，再加上桥、涵处路基的冻结是三维方向进行的，因此冻结深度较大，冻胀量较大。一、病害机理路基冻害形成的原因主要有三个要素：即气候条件、水分条件和路基填筑的土质条件。1、气候条件是影响冻胀的主要因素。气候越冷，冻结越深，冻胀越大；冻结速度越快（时间、过程短），冻结深度小，而冻结速度越慢，冻结深度越深。青藏铁路西格段气候寒冷，气温冻结能力强，冻结深度较大，因而，冻害相对较严重。2、路基填料不好。该路段地层以黄粘土、砂粘土为主，属D类填料。根据《铁路路基施工规范》，施工时应换填或改良后使用。因为该类型的土属弱～中等膨胀土，细颗粒含量高，比表面积大，亲水性强，与水结合后不易失水，冬季引起冻胀，并使路基软化，丧失承载力导致路基下沉。3、路基排水不畅。由于路基承载力不够，线路经过反复不断的下沉，破坏了路基本身的渗水层，导致大气降水沉积在路基不透水层上。另外，在春季冻融发生时，表层融化的水也无法及时排出，这样也加重了路基病害的出现。二、整治原理根据病害机理，病害产生的主要原因在于路基填料不达标，路基含水率较高，导致线路下沉、变形，所以整治原则为对该路段进行注浆改土。第13页共13页 整治原理：通过对沉降路基上部压注TGRM专用水泥基灌浆材料填充孔隙，使其凝固成具有较高稳定性的整体，提高路基土体的力学性能，提高土体的抗渗性；对于冻害路基上部压注TGRM专用水泥基灌浆材料填充孔隙，下部压注化学土壤改良剂，通过灌浆料的凝结反应，消耗掉粘土中的水份，降低土体含水率，同时在路基底层形成隔水层，提高路基的抗冻融能力，有效的防止冻胀的发生。该方案优点在于利用列车间隔施工，不影响列车行车，不需要进行封锁或者断路施工。一、治理总体组织6.1流程图6.2施工作业条件第13页共13页 利用列车间隔点施工，不需要申请施工天窗点。施工均在路肩上钻孔施工，不上线路，不影响列车运营，所有机具设备都摆在防护网外，网内紧有简单的手持式工具，施工过程中均能很快的撤离现场。6.3施工工艺及步骤6.3.1、路基检测施工前采取物探与现场原状土取样化验相结合的方法，调查现场情况、确定病害成因，掌握病害规模与分布范围。采用地质雷达、电法仪等物探手段，查明路基的充泥充水状况；采用原状土取样化验查明填料的种类及孔隙率以及是否铺设砂垫层，为制定整治方案提供有效依据。根据检测结果，细化施工方案，确定注浆改良地层的范围及深度，孔布孔间距、角度和注浆材料的种类及配比。6.3.2、注浆加固施工1、路基沉降基床两侧采取基床注T浆液。2、路基冻害注浆加固施工采取基床注T浆液+化学浆的综合注浆方式进行病害整治施工。路基沉降通过在基床两侧布置注浆孔。在基床表层通过挤密注浆方式，注入TGRM浆液填充孔隙，同时形成密实的浆液固结体，提高基床承载能力。路基冻害在注入T浆液同时基床底层通过深层渗透注浆方式注入化学浆，使用化学浆液形成浆脉稳固土体结构，吸收孔隙水，从而降低土体的含水率，同时在基床底层形成一个隔水层，阻止地下水再次渗入基床，防止路基冻胀。含水层，使用化学浆液（加固土层厚度平均约30cm）极软弱层，使用FiX106土壤改良剂（加固土层厚度平均约30cm）软弱层，使用TGRM特种灌浆料（加固土层厚度平均约60cm）第13页共13页 图3注浆整治深度及浆液种类选用示意图2.1钻孔在需要加固的路基土体上梅花形布置注浆孔，钻孔孔径为Φ25mm，孔间距为60cm，排排间距为30cm，孔深在2～5m的范围根据现场情况适时调整。路基冻害在路肩两侧打3排孔的同时在上下行间增加3排注浆孔，提高注浆扩散范围，增加路基密实度，布孔位置见图4、5。路基沉降只在路肩两侧打3排注浆孔，在路堤高度大于4米时，在路堤坡面增加一个注浆界面，布孔位置见图6、7。图4路基冻害注浆孔布置剖面图第13页共13页 图5路基冻害注浆孔布置平面展开图图6路基沉降注浆孔布置剖面图图7路基沉降注浆孔布置平面展开图2.2下管第13页共13页 注浆管选用钢花管。要求注浆管密封性好，管内壁光滑，管内无杂物。注浆管末端预留1～3m无注浆孔部分，外露10cm～30cm，管口用丝绵封堵。钢性注浆管示意图如下：注浆钢管采用丝扣连接，每根长度为1.5m，注浆管上按梅花型布，间距为20-30cm布设Φ6mm的溢浆孔。2.3制浆根据土体含水量的不同，选择不同的用水比例调配浆液；TGRM特种水泥浆的水灰比控制在0.6：1～1：1范围。制浆应使用不小于200转/分钟的制浆机，搅拌时间不低于5分钟，不宜大于90分钟。出浆孔应设置100幕的过滤网。2.4浆液材料的选择A）T浆液：路基病害整治是利用列车间隔点施工，既要求浆液的可灌性好，要求在短时间内有较快的工作进度，又要浆液瞬时凝固，在终凝后尽快达到列车通过时荷载要求的抗压强度。TGRM灌浆料水泥具有抗分散、速凝、高抗渗、可灌性好和耐久性高等特点，具体参数如下：①在水灰比0.6:1—1:1为的条件下，可操作时间为9—12分钟，初凝时间为10.5—14.5分钟，终凝时间为12.5—17.5分钟。②浆液流动度为220—250mm，可采用低压灌注，并且有良好的自密实性。③第13页共13页 终凝后通过硬化产生大量的硫铝酸钙，30分钟龄期抗压强度达8Mpa以上。B）化学浆液采用水溶性聚氨脂。该浆液无毒，无污染，对人体无害，具有优良的亲水性，与水产生化学反应后，借其缓慢膨胀及持续压力，可将聚氨酯渗透至微细缝隙。该浆液与混凝土等材料粘结力强，混合后可制得高强度固结体。2.5注浆注浆压力应控制在0.5Mpa以下。注浆过程中如果出现压力过小，那么注浆可能跑浆、串浆等严重的问题，可采取换孔作业，待浆液初凝后再补注。注浆过程中应密切注意监测反馈及注浆部位地面的变化情况，若发现路基有串浆或加速形变迹象要及时停止注浆，分析原因。6.4、注浆效果检查注浆效果评定是决策注浆加固施工是否达到预期效果的主要依据，现场注浆效果检查主要依据以下几种方法：（1）结合现场注浆情况，根据注浆压力的变化、注浆量的大小，判定注浆是否已经达到设计要求。（2）选择可能出现的薄弱环节进行钻孔检查，要求做到成孔无严重坍塌，无大量涌水。检查孔的布置及相关参数的选择根据现场注浆情况另行出图。该方法的特点是地层改良的效果比较直观，但随机性较大。（3）采用地震波仪器进行物理探测的方法进行效果检查。该方法整体性较强、有具体的数据做形象对比，效果比较直观。第13页共13页 6.5机械设备及材料计划表1主要设备及材料一览表名称单位数量工作内容风镐台8打孔YT-28型凿岩机台4下管KBY-50/70型灌浆泵台2灌浆低速搅拌机台2储浆高速搅拌机台2制浆发电机30KW台2台提供电力空压机（3立方）台4台提供动力钢性注浆管米若干分段注浆切割机台2制管机械式止浆塞个约200止浆水溶性聚氨酯吨5-10浆料TGRM灌浆料吨40-50浆料一、存在问题及处理1、钢管加工尖端、中端、上端比例不协调，导致钢管中端过剩，造成这一原因是因为现场施工的实际需求没有及时的反应到有关人员。解决方案：现场负责人及时的汇报当天的施工进度、钢管施工的需求以及要求改正之处才能有效地促进工程进度。2、仓库钢管过剩，现场负责人因给七天之前上报钢管需求量，项目技术负责人及时根据现场实际需求拟定钢管总加工数，避免材料过剩。3第13页共13页 、由于青藏线西宁至海晏段（k15至k70）路基主要由砾石组成我公司加工的钢管尖段管容易受损。改正方法：把原来尖端两叶尖改成三叶锥形。4、溢浆孔太小，由于钢管加工人员对溢浆孔打孔技术没有很好的掌握导致溢浆孔太小影响施工质量和进度。5、钢管端头的连接丝拔的太短，导致在施工过程中连接位置折断，造成材料的浪费和施工进度。6、钢管端头连接丝拔得太薄，导致在施工过程中连接位置折断，造成材料的浪费和施工进度。一、技术分析及建议（1）、对于这种路基填料不密实及排水不畅等原因，导致路基沉降及冬季冻胀现象，采取“先做排水系统，再改变土体机理”的方法，在青藏铁路线路基沉降（冻胀）病害治理得到切实可行的肯定。（2）、在施工过程中必须严格施工，注浆量应该定量定压按照方案完成。（3）、注浆是一把双刃剑既有利也有害，关键是怎样去控制它；注浆对铁路轨道标高影响很大，有时只为了提高施工进度忽略啦危害的影响会造成火车脱轨安全事故。（4）、所以注浆过程中应该密切监测轨道标高，有效控制注浆量使标高变化值在允许范围内变化，以确保注浆对施工有利而不是危害。参考文献：1第13页共13页 、《岩土注浆与工程实例》，《岩土注浆与工程实例》协作组，科学技术出版社2、《地下工程注浆技术》张名庆　彭峰，地质出版社3、《地基加固和防水药液注浆设计施工手册》(日)草野一人，中国铁道出版社4、《注浆技术在隧道和地下工程中的应用》》中铁隧道集团有限公司科研所5、《西宁工务段青藏铁路加固开工治理方案会议纪要》第13页共13页