高速铁路地基注浆加固效果评价方法研究

周海强

（中铁十七局集团第三工程有限公司 河北石家庄 050081）

1 引言

作为新一代的高速运输方式，高速铁路的出现对传统铁路的设计、施工提出了新的挑战。在软土地基上修建高速铁路时，会遇到变形和稳定问题，应用注浆加固处理软土地基的技术在高速铁路修建和维护过程中已经得到了广泛的应用，而如何对注浆加固效果进行评价是一个极其关键的课题。虽然目前的铁路、公路、民建、煤炭、冶金、水利等行业规范中有一定的要求，但要求各不相同，也没有统一的标准。本文依托工程实例，阐述了不同注浆加固效果评价方法在工程施工中的应用，对同类型工程的施工具有一定的借鉴作用。

2 依托项目背景

京沈客运专线阜新段阜新站在施工完成后，地基发生不均匀沉降，后经补勘、试验发现，阜新站段内路基基底粉质黏土是一种水敏感性较强的特殊结构土，遇水有产生较大附加变形的可能。为消除隐患，确保运营安全，对已沉降段落及相似地基条件未沉降区段进行注浆补强处理［2］。

3 设计处理方案

（1）采用袖阀管注浆加固，注浆孔沿线路方向间距1.2～1.5 m，末端间距2 m左右，孔深以进入全风化岩不小于0.5 m控制［3］。

（2）注浆孔直径110 mm，注浆管主要采用直径76 mm刚性袖阀管，每根长2 m，原地面以下部分每0.3 m预留4个φ1 cm溢浆孔，开槽处安装特制橡皮套。

（3）浆液选用水泥浆液，水灰比采用1∶1～0.8∶1［4］。套壳料水∶灰∶土比为1.6∶1∶1；水泥采用硫铝酸盐水泥；注浆压力为 0.2～1.0 MPa［5］。

4 加固效果评价方法研究

对于注浆加固效果的检测与评价，虽然目前的铁路、公路、民建、煤炭、冶金、水利等行业相关规范中有一定的要求，但要求各不相同，也没有统一的标准。常用的质量检测方法有钻孔法、压水试验、瞬态面波法、电探测法、电磁波CT等［6］。结合本项目的特点，采用了钻芯法、标准贯入法、旁压试验法、瞬态面波法对注浆加固效果进行评价，分别阐述各种检测方法现场实施方案，并对比各种检测方法的优缺点，为同类工程提供借鉴。

4.1 钻孔法

（1）钻孔检测方案

本着检测孔均匀布置的原则，对处理区段进行钻孔取样，分析注浆浆液在土层中的扩散情况，判断土层中孔隙填充效果，以此来评价注浆加固效果。钻孔数量应不少于注浆孔数的2%［7］。

（2）检测结果分析

检测结果显示，芯样内能见多处水泥结石体，基本填满可见缝隙，无未填充的可见大孔隙，芯样详细描述见表1。

钻芯检测法在注浆加固效果评价中是最为直观的方法，能准确分析浆体在土层中的扩散情况，以判断土层中孔隙填充效果。

表1 芯样描述

4.2 标准贯入试验法

（1）检测方案

在注浆加固处理前，对原地基土层进行标准贯入试验，评价其承载力［8］；在注浆加固处理后，在相近位置进行标准贯入试验，评价其加固后的承载力。对比加固前后承载力变化情况，以此来评价加固效果。

（2）检测结果分析

将地基土层标准贯入试验结果进行统计分析，未注浆加固前地基土层标准贯入击数在7～10击，标准值为8.2击。注浆前标准贯入试验统计见表2。

表2 注浆前标准贯入试验统计

注浆后地基土层标准贯入击数为14～19击，修正后为10.8～15.4击，统计分析修正后标准值为12.8击，较注浆前标准值提高4.6击［9］。注浆后标准贯入试验统计见表3。

依据《建筑地基基础技术规范（辽宁地方标准）》（DB21/T 907-2015）附录 C.0.3.3查表并参照邻近地区勘察资料，综合确定各地层地基承载力特征值（见表4）。注浆前地基土层标准贯入击数标准值为8.2击，承载力特征值为150 kPa；注浆后地基土层统计击数标准值为12.8击，承载力特征值为210 kPa。承载力特征值提高约为60 kPa，注浆加固效果明显［10］。

表3 注浆后标准贯入试验统计

表4 标准贯入击数判断承载力特征值

4.3 旁压试验法

（1）测试方案

注浆前后分别在线间钻孔布置测试断面，对不同深度处地基土层开展旁压试验，分析对比注浆前后地基土层旁压剪切模量、承载力特征值变化情况，以此来评价注浆加固效果。

（2）检测结果分析

试验断面1：其注浆前原地基土层旁压剪切模量为3.8 MPa，承载力特征值为126 kPa；注浆后地基土层旁压剪切模量为5.8 MPa，较注浆前提高52%，承载力特征值为168 kPa，较注浆前提高33%。试验断面2：注浆前原地基土层旁压剪切模量为5.0 MPa，承载力特征值为134 kPa；注浆后地基土层旁压剪切模量为5.6 MPa，较注浆前提高12%，承载力特征值为157 kPa，较注浆前提高17%。注浆后地基土层旁压剪切模量、承载力均有显著提高，注浆加固效果明显。旁压试验强度与模量特征值见表5。

表5 旁压试验强度与模量特征值

4.4 瞬态面波法

（1）检测方案

依据《铁路工程物理勘探规程》（TB 10013-2010）规定，在广泛收集施工资料、现场调查踏勘和分析资料的基础上，针对地基形态特征和注浆工程加固位置，在注浆加固前后应各进行一次面波检测［11］，测线布置平行于线路纵向方向（见表6）。为避免路基混凝土基床和轨道结构对物探观测结果的影响，面波检测测线布置在无砟轨道与有砟轨道线间，共布置12道低频检波器，道间距1 m，端点激发，偏移距6 m，测试深度为路基面以下12 m范围［12］。

表6 面波测试范围

（2）检测结果分析

上行测线：路基面以下8～12 m为地基土加固范围，注浆前波速为186～214 m/s，注浆后波速为201～241 m/s，最大增幅达到12.6%（见图1）。

图1 上行测线波速沿深度变化曲线

下行测线：路基面以下8～12 m为地基土加固范围，注浆前波速为176～206 m/s，注浆后波速为284～233 m/s，最大增幅达到13.1%（见图2）。

注浆前后面波测试结果见表7。

图2 下行测线波速沿深度变化曲线

表7 注浆前后面波测试结果统计

5 结论

（1）钻芯检测法在注浆加固效果评价中是最为直观的方法，能准确分析浆体在土层中的扩散情况，判断土层孔隙填充效果，但结果无法以数值方式进行量化。

（2）标准贯入试验测试深度大、速度快且数据连续，能直观反映地基土层密实程度和均匀性的变化。通过对注浆加固处理前后地基土层进行标准贯入试验，对比其承载力的变化情况，可以准确评价其加固效果，即承载力增幅越大，其加固效果越明显。

（3）旁压试验对地基土层不产生扰动，其成果所确定的承载力最可靠，但其试验周期长、速度慢、设备笨重，不适用于大面积检测。通过对注浆加固处理前后地基土层进行旁压试验，对比其旁压剪切模量、承载力的变化情况，可以准确评价其加固效果，即旁压剪切模量增幅越大，承载力增幅就越大，加固效果越明显。

（4）瞬态面波扫描法具有轻便、快捷、效率高的特点，可以对处理后地基土层在水平方向的均匀性做出评价，以及确定加固所影响的深度和范围，其效果评价是整体的、宏观的、连续的。

地基土层在加固以后，有必要也必须对其加固效果作出评价。本工程中所使用的四种方法各有优势和劣势。在实际工程中，应该根据工程需要，采用一种或多种行之有效的检测方法，对地基加固质量、加固深度、加固范围以及加固的均匀性做出综合评价，为后续的工程建设及运营提供可靠的安全保障。