利用注浆技术处理湿陷性黄土路基下沉.pdf

1 前言 利用注浆技术处理湿陷性黄土路基下沉 西安铁路局科研所崔齐飞 摘要 ： 利 用注浆技术加 固处理湿 陷性黄 土地 区既有铁路路 基下沉病 害， 工艺安全可靠， 可有效地控制路基不均匀沉降， 消除黄土的 湿陷性， 提 高路基土体承载力。施工对行车干扰小、 质量容易保 证、 工程造价低等特点， 具有广泛的应用意义。 关键词： 湿陷性黄土 不均匀沉降 密实度 承栽力 湿 陷性 黄土在 一定条件 下具 有保 持土 的原始基本 单元结构形 式不被破坏的能力。这是由于黄土 在沉 积过程 中物理化 学因素促使 颗粒相互接触产生了固化联结键 ， 这种 固化联结键构成土骨架 ， 具有 一 定 的结构强度 ， 使得湿陷性黄土 的应 力 应 变 关 系 和强 度 特 征 性 表 现出与其他土类 明显不 同的特点 。 湿陷性黄 土在其结构强度 未被破 坏或 软化的压力范围内 表现 出压 缩性 、 强度高等特性。但当结构性 一 旦遭受破坏 。 其力学性质将呈现 屈服、 软化、 湿陷等性状。 国内湿 陷性黄 土地基 处理方 法 。 主要根据建筑物的类别和湿陷 性黄土的特性 ，并考虑施工设备、 施工进度 、 材料来源和当地环境等 因素 。 经技术经济综合分析比较后 确定。垫层法 、 强夯法 、 挤密法、 预 浸水法 等是湿陷性黄 土地基处理 较为常用 的几种方法。目前采用的 一 些既有 建筑地基沉降加 固处理 的方法 。 多数 因施工设备 、 施工环 境 、施工安全性 等因素的影响 ， 导 致 加 固处 理结果 不够理 想 。下 面介 绍利用 注浆 加固处理 既有铁路路 基下沉病害的方法。 2 病害概 况 该病 害地 段位于新 丰镇编组 站上行调车场三部位减速器。减速 器基础上部为混凝土结构 。 厚度约 0 8 m， 以下为黄土填筑 基础 ， 基础 填筑部厚度约 6 0 7 0 m 6 0 m 以下 为原状黄土。设备运营一年后 ， 发 现 减 速 器 上 部 混 凝 土 基 础 局 部 出 现不均匀沉降 ， 沉降 1 0 3 0 e ra， 已 影响减速器制动设备的正常使用 。 现场初步勘探发现 地坪下 2 0 6 0 m土体较松散 ，其 中 3 5 5 5 m 部分土体浸水软化 、呈软塑一 可塑 状土 ， 土体承载力不足 ， 难以满足 减速器设备正常运行要求。因此急 需对减速器下部黄 土填 筑基础进 行处理 ， 以提高减速器基础下部土 体承载力 、 密实度 ， 控制减速器基 础继续沉降。 3 整治方案 新丰镇 编组站上行调 车场三 部位减速器 基础填 筑土体填土为 西 铁 科 技o1 3 2 o o 9 级 自重湿陷性黄土。影响黄土地 基承载力 主要因素是含水量 、 孔 隙 比。含水量增加 ， 地基承载力降低 ； 孔隙比增大地基承载力降低。也就 是说湿陷性与其干密度关系密切 。 其湿陷性随干密度的增大而减弱。 研究证明 。 一般黄土在于密度大于 1 5 k n m 。 时， 湿陷性基本消失。 对于 新近堆积的湿陷性黄土 当干密度 等于 1 5 k n m 时仍 具有 明显 湿 陷 性，只有当大于 1 5 k n m s 较多时湿 陷性才消失。首先 ， 要解决的问题 是如何提高地基 土体 的密 实度和 承载力， 防止基础继续沉降。其次 。 应在注浆施 工结束后对 病害地段 路基面排水设施进行改进 。 以确保 路基面排水通畅、 不积水。 经综合考虑 ， 由于减速器基础 土体加 固主要 目的是提 高地基土 体的密实度和承载力 ， 因此采用注 浆技术对基础 土体进行增 密补强 处理 。注浆技术是通过浆脉挤压加 固土体 ， 以较高的压力将浆液注入 土体 ， 当浆液压力大于土体的抗剪 强度时 ， 位于薄弱面上 的土体被破 坏而产生水力劈裂 。 浆液沿破裂 面 不 断向前 运动 ，在劈裂 土体 的同 利用注浆技术处理湿陷性黄土路基 下沉 时 ， 连续挤 密土体 ， 使 土体 的密实 度得以提高 。脉状浆液硬化后 。 在 钻孔 附近形 成 的浆 脉 骨架 与被挤 密土体一起 承担外荷载 ， 从而改善 土体的物理力学性能。 4 注浆设计 4 1 浆液类型 由于减速 器基 础土 体为湿 陷 性黄土 ， 考虑使用凝胶 时间较短浆 液 从 而减少既有建筑物基础因注 浆而产生的附加沉降 。为此 ， 减速 器 基础注 浆选用水 泥一水玻璃 速 凝浆液 。该浆液凝胶具有速度快 、 结石率高 、早期强度较高等特点 ， 既能提 高地基 土体 的密实度 和承 载力 ， 又能及时控制建筑物沉降。 4 2 孔位布置 设计注浆加固 5条下沉股道 。 每条股道加固长度约 2 7 8 m ( 整体 道床长约 2 1 8 m，加 固范围沿线路 方 向 向两 侧 各 延 长 3 0 m) 、 宽 约 5 8 m、 深 度 7 0 m、 加 固 土 体 1 1 2 8 7 m 、 注浆量 约 1 4 1 0 m 3 ( 根 据 经验 黄土地 区加 固土体 受浆 系数 0 1 0 2 ) 。每股道布置 6排 ， 其中 2 排 注浆直 孑 l 、 4排 注浆斜 孔 1 6 。 及 5 5 o 各 2排。孔位情况如图 1 、 图 2 。 5 5 t l 5 5 噜 孔 5 5 噜l 孔 泞：本圈尺、 j 均以厘米为单位 图 1注浆孔位 平面示意图 注 ：本 i璺 i 尺寸均 以厘米 为单位。 图 2 注浆加 固断面示意 图 4 3 浆液配比 水泥浆浓度越大 ， 凝胶 时间越 短 、 抗压强度越高 、 水泥用量越大、 工程造价越 高。综合考虑 凝胶 时 间、 抗压强度 、 施工及造价等 因素 ， 水泥浆的水灰比宜为 0 8 ： 1 1 ： 1 ， 水 泥浆与水玻璃 的体积 比宜为 1 ： 0 4 1 ： 0 6 。工程中可加入一定量的粉煤 灰代替部分水泥 ， 以提高浆液合易 性 。 降低工程造价 。粉煤灰掺量宜 为水泥用量的 2 0 一 5 0 。该工程 主要采用以下两种浆液配比。 4 3 1 水泥一 水玻璃浆液 水 泥： 水 = 1 ： 1 ( 重 量 比) ； 水玻璃浓度： 1 5 。 b e - 2 5 o b e ； 水灰浆：水 玻璃= 1 ： 0 5 ( 体 积 比) 。 4 3 2 水泥一 粉煤灰一 水玻璃浆液 参数 水泥 ： 粉煤灰 ： 水= 2 ： 1 ： 3 ( 重量 比 ) ； 水玻璃浓度： 1 5 。 b e - 2 5 o b e ： 水 灰浆：水玻璃= 1 ： o 5 ( 体积 比) 。 4 4 注浆压力 根据 经验 ， 湿 陷性黄土地区注 浆最大允许压 力等于 1 2倍覆盖 层土压力加上部结构的载荷压力。 经估算 ， 最大允许压力为 1 0 0 0 k p a ， 二 口 西 铁 科 技 稳定压力不大于 5 0 0 k p a 。 5注 浆加 固效 果 注浆施工完成后 ， 立 即在现场 选取了两处进行挖探井试验 。根据 现 场开挖情况可看 出 。 浆液分布错 综复杂 ， 类似树根 、 鸡爪子状分布 ， 在土体中形成浆脉骨架。同时在探 井 开挖过程 中对注浆 加 固后 的土 体 进行 了压 实系数 和地基 系数测 试 ， 检测结果如下表一 1 ， 表一 2 。 表 一 1 压实系数测试结果表 测点深 实测压实 系 标准要 序号 求值 度 ( m) 数值( ) ( ) 1 1 1 o 8 9 0 9 1 2 1 1 1 o 1 0 9 1 3 1 7 0 9 7 0 9 1 4 1 7 0 8 9 0 9 1 5 25 0 9 4 o 9 1 6 2 5 0 9 1 0 9 l 表 一 2地基系数测试结果表 测点深 实测压实 标准要求 序号 系数 值 值( mp a 度( m) ( mp a e m) e ra) 1 1 5 1 1 o 9 o 2 1 5 1 - 3 0 9 o 3 2 5 1 2 0 。 9 0 4 2 5 1 0 o 9 0 现场开挖试验表 明 注浆 加固 后土体 密实度 和承载力得 到 了较 大提高 ， 注浆加固后减速器周围基 础土体 压实系数 和地基 系数满 足 国家 i级 铁 路 路 ( 下转第 2 7页) 电力干式变压器空载合 闸失败分析 寓馈 出柜断路器成功( 1 撑 、 2 #变压 器空载) 。 第 三步 ， 断开 1 撑 、 2 群变压器 高 压断路器 ，合 2 #变压器 高压 断路 器成功 ， 间隔 5分钟 ， 合 1 #变压器 高压断路器成功。 第 四步 ， 断开 1 # 、 2 #变压器 高 压断路器 ， 间隔 2分钟后 ， 合 1 #变 压器高压断路器 。 1 择变压器高压开 关 柜 、 配 电室 进线 柜 、 配 电所 局公 寓柜均过流跳 闸。 第五步 ， 恢复配 电室进线柜 电 源后 ，合 1 #变压器高压 断路器成 功 ， 间隔 5分钟 ， 合 2 #变压器高压 开关柜断路器成功 。 3 原 因分析 从 3月 1 3 日和 4月 3 0 日操 作过程可 以看 出 ： 合 闸成功与否取 决于是否能够避开励磁电流。3月 1 3日两次试送配电所局公寓柜、 两 次试送 变压器不成功均为保护 定值不能避开励磁涌流。 4月 3 0日 五次试送 ， 四次成功 ， 一次失败。失 败的原 因是分合 闸操 作间 隔时 间 较短 ， 励磁涌流较大。 3 1 励磁涌流 变压 器 空载 投入 和外 部故 障 被 切 除 后 。变 压 器 的 电压 恢 复 时 。 可能产生很大的冲击电流 ， 称为励 磁涌流。励磁涌流大小与外加电压 的相位 、铁芯剩磁的大小和方向、 变压器容量有关 。 励 磁涌流 衰减 的快 慢 由变压 器一 次绕组 的电感和一次 直流 电 阻的 比值决定 。对于 中小 型变压 器 ， 一般 经过 0 5 l s 后 ， 励磁 涌流 可衰减至 0 2 5 0 。 5倍的额定 电流 ； 对于大型变压器 ，一般 经过 2 3 s 后 励磁涌流方可衰减至 0 2 5 0 5 倍的额定电流。 3 2 变压器的空载合闸 变压 器 的空载合 闸属于 变压 器的暂态运行。由暂态运行分析理 论可知 ： 变压器的空载合闸过程实 际表现为主磁通的暂态变化 ， 而暂 态磁通 的大小取决 于合 闸相 角的 大小 。在 不考虑铁芯剩 磁 的情 况 下 。 铁芯主磁通可能达到稳态最大 值的 2倍 ： 在考虑铁芯剩磁 的情况 下 。 铁芯主磁通可能达到稳态最大 值的 2 2 2 3倍 ； 空载合 闸情况下 ， 空载合 闸电流 ( 即励磁涌 流) 可达 到变压器额定 电流的 6 8倍。 3 3 铁芯剩磁对励磁涌流的影响 变 压器 的铁 芯通 常用含 硅量 3 5 ，厚度为 0 2 3 0 3 ram的硅 钢片组成。这种硅钢片属于软磁材 料 ， 其特点是 ： 磁滞回线狭长 ， 矫顽 力很小 ， 剩磁很小 ， 磁滞现象 不 明 显 ， 导磁系数较大。间隔 5分钟后 ， 变压器高压断路能够合闸成功 ： 间 隔少于 5分钟 ， 变压器高 压断路合 闸失败。其原因与变压器的铁芯材 质性能有关 ： 作 为软磁 材料 ， 剩磁 较小； 作为硬磁材料 ， 剩磁较大 。该 变压器的铁芯剩磁较大 ， 同时间隔 时间短 。 在空载合闸时产生大励磁 涌流机会 的增加 。 4处理措 施 4 1调整变压器高压侧保护定值 一 是整定 电流合适 。 二是保护 时限合适 。 目的是避开励磁涌流。 4 2在无异常的情况下多合闸几次 由于励磁 涌流 的大小 与合 闸 时刻( 即合闸相角) 有关 ， 加之合闸 时 的相角不能确定 。 多次合 闸的 目 的是尽 可能使合 闸时刻 出现在励 磁涌流较小 的时刻。 4 3适当延长分合闸操作间隔时间 由于励磁 涌 流的 大小与 剩磁 有关 。 剩磁 的大小与分合 闸操作问 隔时间有关。 ( 上接第 3 3页) 基标 准 ，减 速器 整体道 床均有 抬 升 ， 累计最大抬升量为 1 0 m m。目前 注浆 加 固后 的减速 器 已正 常运 营 几个月 ， 经过运 营监测 ， 减速器基 础状态 稳定 ，没有再 出现 下沉现 象 ， 注浆加 固效果较为 明显 。 6 结束语 注浆技术具有操 作简便 、 对行 车影响小的特点 ， 且施工质量容易 控制 ， 特别是在控制湿陷性黄土地