单液硅化注浆法加固铁路路堤的室内模拟试验

□□ 王 刚

(中铁三局集团有限公司勘测设计分公司，山西 太原 030001)

引言

采用湿陷性黄土作为路堤基床以下的填料，在填筑含水量低，填筑干密度较小时，仍具有明显的湿陷性。由于其特殊的工程特性，在铁路运营期往往会出现路基大面积下沉的现象。采用单液硅化法自渗注浆，将浆液渗入土体中的孔隙中，浆液的充填和胶结作用，使得土体硬化，整体性增强，强度和防渗性能显著提高，湿陷性消除，并且不会破坏岩土体的原有结构。

本文通过室内单液硅化法注浆试验，测定注浆前后黄土质填土试样的物理、力学特性以及湿陷性变化。注浆溶液由浓度10%的硅酸钠溶液掺入2.5%NaCl组成，要求硅酸钠溶液模数值为2.5～3.0，相对密度为1.14；将配置好且搅拌均匀的溶液自渗入土试样内，每隔0.5 h，向孔内添加1次溶液，防止孔内溶液渗干，3 h后孔内有残留溶液，则停止注浆并自然养护。

1 注浆前后黄土质填土的物理特性

通过对多组土试样进行注浆试验，测定注浆前后试样的物性指标，测定数据见表1。

表1 注浆前后黄土质填土的物理特质指标

在天然状态下，土试样的含水量低、干密度小。注浆后自然养护7 d，试样的含水量增加，孔隙比下降，塑性指数稍有提高。自然养护15 d，试样的含水量、干密度等下降并接近注浆前试样的物性指标，但试样的塑性指数较注浆前有所提高。

2 注浆前后黄土质填土的力学特性

土体的压缩性是土体在荷重的作用下产生变形的特性，就室内试验而言，为土试样在荷重作用下孔隙体积变小的特性，试验采用室内压缩试验分析注浆前后的土试样垂直压力P由100 kPa增加到200 kPa时的压缩系数a1-2，试验结果见表2。

表2 注浆前后黄土质填土的压缩性指标

天然状态下土试样的压缩系数a1-2为0.16，具有中等压缩性；注浆后自然养护7 d，试样的压缩系数a1-2下降至0.12，自然养护15 d，土试样的压缩系数a1-2仍为0.12，未发生变化。

土体的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的能力，是土体的重要力学指标。其主要应用于路基的稳定性，计算路堤边坡的稳定性。抗剪强度指标包括内聚力C和内摩擦角φ，采用室内直接剪切试验分析注浆前后土试样随着时间的推移抗剪强度指标的变化，试验结果见表3。

表3 注浆前后黄土质填土的抗剪强度指标

土试样注浆自然养护7 d，试样含水量由8.0%升至22.2%，内聚力较注浆前增加4 kPa，内摩擦角较注浆前增加8.9°；自然养护15 d，试样的含水量降至12.4%，内聚力较注浆前增加34.8 kPa，内摩擦角较注浆前增加4.5°。

3 注浆前后黄土质填土的湿陷性

注浆试验模拟现场施工路堤填料含水量的变化，黄土质填土由稍湿到湿、再由湿恢复到稍湿的过程，分析土试样湿陷系数、自重湿陷系数的变化特点，试验结果见表4。

表4 注浆前后黄土质填土的湿陷性指标

天然状态下，土试样的含水量为8.0%，湿陷系数δs为0.068，具有中等湿陷程度；注浆自然养护7 d，试样的含水量上升至21.2%，湿陷系数δs为0.002，不具有湿陷性；自然养护15 d，试样的含水量下降为12.4%，湿陷变形系数δs为0.001，不具有湿陷性。

4 结论

通过室内单液硅化法注浆试验得出以下结论：

4.1 采用硅酸钠溶液注浆后，随着黄土质填土的含水率逐渐下降，基本物性指标基本接近于注浆前试样指标，塑性指数较注浆前稍有提高。在NaCl催化作用下，硅酸钠溶液与土体中的CaCO3发生化学反应，形成硅酸凝胶并胶结土粒，可塑性提高，也间接反映采用硅酸钠溶液自渗的注浆方式，基本未改变土体的原状结构。

4.2 土体的抗剪强度除了与颗粒组成、矿物成分、颗粒含量等有关外，主要取决于含水量，一般当土体含水量低于塑限时，随着含水量的增加抗剪强度指标尤其是内聚力会大幅下降。采用硅酸钠溶液注浆后，黄土质填土的抗剪强度指标大幅提高，而且随着含水量的降低，受硅酸凝胶体的胶结作用，内聚力C值提高幅度较大。

4.3 天然含水量是黄土湿陷性的重要影响因素，大部分地区的黄土含水量高于23%，采用硅酸钠溶液注浆后，黄土质填土对水的敏感性降低，湿陷性消除，且在后期失水减湿后的湿陷性未恢复。