钢花管和tgrm特种水泥基灌浆料技术在武汉铁路路基沉降加固中的应用

1、钢花管和TGRM特种水泥基灌浆料技术在武汉铁路路基沉降加固中的应用摘 要：以武汉铁路长荆线K149+820路基下沉病害为研究对象，在充分调查 和分析其路基下沉病害特征的基础上，采用钢花管和TGRM水泥基特种灌浆料注浆 加固技术对沉陷下沉的路基病害进行整治，表明该技术加固既有铁路软土路基是有 效的，可整治地基软弱沉陷、路堤填方沉降（开裂、变形）的路基病害，能有效的 解决铁路轨面沉降和高低不平顺问题，不破坏路基、工程费用较低、施工速度较快， 能保证列车行车安全。关键词：路基病害钢花管 TGRM水泥基特种灌浆料注浆技术加固一、前言铁路路基是线路轨道的基础，必须有足够的强度和稳定性，在自身静力作用下地

2、基不发 生过大沉降量；在列车动力作用下路基体不应发生过大的弹性变形和塑性变形；路基边坡能 长期稳定。铁路路基病害表现为：铁路轨道面沉降、轨道高低不平顺，直接影响旅客乘车舒适度及 列车行车安全性。研究表明，造成铁路轨面沉降及高低不平顺的主要原因有：软弱地基沉降、路基（路堤） 填方产生沉降开裂变形、路基基床产生翻浆冒泥等病害。本文针对武汉铁路长荆线K149+820填方路基下沉病害进行分析。该段路基为填方路堤， 路堤填方高度5-8米，位于原生缓坡地段，在k149+820路堤填方处原有小沟谷汇水，铁路 建设时在k149+820设有1-1.0米盖板箱涵，涵洞净空1.6米，全长11.65米。在连续降雨情

3、况下，线路部分路肩发生下沉外挤，最大下沉量16cm。分析原因，该段线路路基施工时采 用就地取土方式，原地质情况为粉砂质泥岩，填料为粘土，属C类填料。因土质回填不密 实，在连续降雨情况下，地表水通过粘土层下渗后汇积于路堤下方原生粉砂质泥岩，造成粉 砂质泥岩遇水软化，承载力降低，在列车作用下导致路基产生下沉外挤病害，并在雨水冲刷 作用下产生空洞，严重威胁到列车运行安全。二、采用钢花管和TGRM水泥基特种灌浆料技术加固路基钢花管注浆技术钢花管注浆是将钢花管通过钻孔埋入路基所需加固地层，通过钢花管进行注浆，并使浆 液在压力作用下均匀的进入路基填方土体，在土体中形成以钢花管为核心的桩体，在桩体外 围土体

4、颗粒间隙中形成抗剪强度高地网状浆脉复合体，挤密原土体并与之凝结在一起，增强 路基整体抗滑和抗压能力，大大提高路基强度。钢花管注浆加固原理（1）渗入、劈裂及压密作用。在注浆压力作用下，浆液克服各种阻力渗入到土体孔隙 和裂隙中，在较大压力作用下，注浆液对土体产生劈裂作用，使浆液沿着裂隙渗透。注浆液 延伸长度和厚度与注浆压力成正比，压力越大，浆液延伸长度和厚度就越大。劈裂注浆后， 土体中的部分裂隙和一些大孔隙被填充和胶结，使土颗粒间裂隙中的水分和空气一部分排 出，增强土体强度。随着土中裂隙被不断填充，对周围土体不断压密，使土体中孔隙减少， 土体强度增加，水泥凝结后，浆液将原来松散的土颗粒或裂隙胶结成

5、一个整体，形成一个强 度高、防水性能好的稳定性结合体。（2）骨架作用。注浆后，土体中的裂隙和孔隙被充填和压密，浆液固结体呈鱼骨状或 者网状结构分布在土体中，使土体的整体性能得到加强，密度和强度相应提高，土体产生较 高的强度，注浆固结体在土体中起到了骨架作用。（3）防渗作用。注浆后，浆液充填了裂隙和孔隙，堵塞了水分渗透的通道，防止或减 少水分的纵横向迁移，降低了水对路基的不利影响。（4）土质改性作用。浆液与填土混合后，会发生一系列的化学反应，水泥的水化反应 等，这些反应会使土体形成胶泥体混合物，具有很高的强度。TGRM水泥基特种灌浆料性能路基加固通常选择既有铁路运营天窗点施工，对注浆加固材料的选

6、择要求比较高，需要 满足快速恢复通车条件，本案例选择了 TGRM水泥基特种灌浆料，TGRM水泥基特种灌浆 料是一种无毒环保和高耐久性的无机复合材，在引发剂和促凝剂作用下，在极短时间内聚合 成立体空间结构，填充空隙、包裹土体颗粒，将土颗粒与土颗粒及土颗粒与土团颗粒联结成 一个整体，改善土体和地基性能，提高土体和地基强度及防渗性能。其性能可通过以下指标 反映：（1）早强性表1不同水灰比的加固型TGRM灌浆材料性能水灰比 项目0.370.400.450.60.81.01.2流动度（mm）260270280315345385427可操作时间（分钟）9101225374683凝结时间初凝（分钟）终凝（分

7、钟）10.512.014.535495812712.514.517.5436772145由以上数据可以看出材料的初凝和终凝的间隔时间很短。特别是低水灰比条件小，间隔 仅2min左右，在贴近初凝时间时，浆料将迅速失去流动性，并产生凝结现象。由于材料具 有极短的初凝、终凝时间间隔这一特点，为硬化后材料的强度发展提供了极有利的条件，材 料终凝后，迅速发生硬化反应，在十余分钟内强度迅速发展，在30min龄期内形成高强度。表2不同水灰比净案浆试体30min强度水灰比项目0.370.400.45抗折强度（Mpa）2.212.061.88抗压强度（Mpa）10.712.58.1由表2可以看出在水灰比0.4的

8、情况下，从加水开始算起，30min试体的抗压强度已达到10 MPa。这为工程抢修、限时施工等问题创造了材料基础。（2）耐久性能高。经过270次冻融循环后仍保持95.0%的强度，试件轮廓完整，毫无剥落 现象。说明TGRM水泥基特种灌浆料具有非常好的抗冻融性能。表3冻融循环后抗压强度保留率冻融循环次数品种冻融循环后抗压强度保留率(%)0306090150210270TGRM材料10098.799.098.799.999.495.1(3)防渗性能高。具有较好的防渗性能，加压到3MPa时试件渗水平均高度仅4-5cm。表4不同类型灌浆材料的防渗性能品种恒压时间(h)渗透高度 (cm)TGRM灌浆料1.5

9、Mpa2.0Mpa2.5Mpa3.0Mpa88884-5掺有机硅防水剂的硅酸盐水泥8800154.钢花管注浆加固设计钢花管注浆一般可分为：垂直花管注浆、水平花管注浆和斜花管注浆。结合本段路基属 于路堤，路堤下方原土为粉砂质泥岩，填料为粘土的情况。本段路基加固采用斜花管注浆方 法。如图1所示：线路线路图1注浆加固钻孔设计图注浆加固确定以下注浆参数：每米注浆量的大小：每米注浆深度水泥用量为100120 kg。注浆孔径、孔距、排距：孔径为42mm，孔距为1.0 m,排距0.6m。注浆水灰比：0.6： 10.8： 1。注浆压力:0.5MPa1.0 MPa。注浆孔深度：2.03.0 m。注浆流量：101

10、00L/min。注浆加固的有效影响半径：0.8m1.5m。结合现场土质和缺陷情况，采取动态设计方法，即根据实验孔的情况判定浆液的扩散半 径范围，及时调整设计。钢花管和TGRM水泥基特种灌浆料注浆施工工艺（1）注浆工艺流程放线定位一钻孔一安装注浆管一拌制浆液一注浆一质量检查一恢复线路外观（2）注浆施工1）测量放线定位。在基本整平的场地上，根据设计图纸的孔位，利用施工基线和辅助 基线，测放出注浆孔的孔位并做出标记，孔位误差不大于2cm。沿钻孔位置开挖沟槽，使注 浆时孔内排出水分和冒浆及时排出，保持施工场地整洁干燥。2）钢花管制作。钢花管采用42X3.0mm钢管制作，应能承受3.0 MPa压力。端部

11、焊 接成锥尖形，尾部采用螺口与三通连接，管壁上制作出浆孔，按梅花型布置，间距为20 30cm，孔径6mm。3）钻孔及安装钢花管。在铁路路肩采用O60mm钻头按设计倾角钻孔，孔深进入设计地 层23 m，再将42mm钢花管安装于孔内，如遇塌孔，采用振动锤把钢花管打入设计地层。4）配制浆液及注浆。注浆液采用TGRM水泥基特种灌浆料水泥浆，水灰比为0.6： 1 0.8： 1。搅拌机采用叶片式机械搅拌机，转速不小于200转/分钟，保证浆液连续均匀拌制， 搅拌时间不低于5分钟，不宜大于90分钟，出浆口设置过滤网对浆液过筛，在用注浆泵按 照设计压力0.5MPa1.0 MPa泵送压注。过程中及时分析对比相邻注

12、浆孔的注浆流量、注浆压力、注浆量、铁路轨面水平和高程 变化等参数，根据各参数的变化评定注浆效果，再结合注浆施工现场铁路轨面和路基情况， 及时调整注浆参数，保证铁路线路、路基和行车安全。加固整治效果武汉铁路某段桥涵结合部路基加固处理以前，该段铁路轨面的沉降及高低不平顺问题相 当突出，路基严重下沉，最大下沉量16cm，道床实际高度达0.91.3m，工务部门投入大量 的人力、物力、财力并采取了多种常规治理形式对路基病害进行整治，经常性的起道和抬道 维修养护，该段路基沉降依旧严重、频繁，对行车安全构成极大威胁。路基加固处理后，经该段路基的沉降观测资料和铁路轨面几何状态监测数据表明，最大 沉降为13mm，路基沉降收敛并趋于稳定，符合设计要求，轨面和路基几何状态稳定，没有 II级以上超限，该段路基沉降病害问题得到解决。三、结语通过武汉铁路长荆线K149+820路基下沉病害加固工程实例，表明在不影响铁路正常运 行的情况下，采用钢花管和TGRM水泥基特种灌浆料注浆技术加固，可有效整治路堤填方 沉降（开裂、变形），解决铁路轨面沉降和高