高压旋喷桩在路基纠偏中的应用

 邢小墨

 （上海铁路局高铁维修段  上海  210075）

摘要  结合金山北站路基横向位移纠偏实例，介绍高压旋喷桩在路基纠偏中的应用。通过对高压旋喷桩机理、施工参数确定、施工工艺，以及纠偏监测系统的阐述，探讨了一种路基横向偏移，尤其是软土地带路基横线偏移的处理方法。

关键词  运营高铁  高压旋喷桩路基纠偏

 我国华东地区，尤其是上海、杭州、南京等区域多为地质条件复杂的软土地带，单侧堆载、基坑开挖或后期养护维修不对称施工等工程活动均可能导致高速运营铁路轨道路基横向变形超限，破坏轨道结构的平顺性，严重时将导致列车倾覆。因此，对高速铁路，尤其是软土高速铁路路基偏移整治已成为热点问题口。

 我国高铁无砟轨道居多，而无砟轨道纵、横向刚度大，采用传统的有砟轨道推、拉及拨道等横向变形纠偏方式，对轨道结构破坏大，风险极高。轨道结构纠偏造成高铁停运，不仅造成较大的经济损失，而且可能产生负面社会影响。横向位移整治必须在铁路运营“天窗”期内进行，这对处理方案的选择制约很大，导致在路基面上对轨道结构纠偏几乎不可能。

 目前主要的纠偏方法为千斤顶顶推法与堆载卸载法，本项目金山路基纠偏工程则采用了旋喷桩施工联合土体卸载的方法来实现对高速铁路路基的纠偏。具体思路为：根据路基变形实时监测系统的数据指导，在路基偏移反方向的一侧进行变形槽及应力释放孔施工的同时，在已发生横向位移处的第二软弱地层区内沿线路纵向间隔施作旋喷桩，利用施工旋喷桩产生的瞬间喷射压力，以及对土体的侧向持续挤压力，推动位于高速铁路路堤底部的桩基加固区向纠偏方向位移，桩基加固区带动位于桩基加固区上方的地基加固垫层及高速铁路路堤同步移动，实现了对高速铁路路基的纠偏。

1工程概况

1.1  工程及地质条件

 沪杭客运专线铁路K045+040～K045+1与K045+130～K045+230段，轨检车检查时发现其路基出现了不同程度的水平变形，轨道最大偏移量接近70 mm，严重影响轨面平顺性，对高铁的安全运营产生较大威胁。为稳定路基基础，需对路基实施整治处理。

 沪杭客运专线铁路K45地段位于金山北站东侧、金山北工区北侧，属软基础高路基地段。路基南侧紧邻金山北工区，与工区大致处于同一平面；路基北侧为农田，高于农田2. 5～3.O m。路基表层为人工填土；上部为冲洪积粉质黏土，软塑；中部为冲积淤泥质粉质黏土，流塑；下部为冲洪积粉质黏土，硬塑；底部为冲洪积质粉质黏土，硬塑。

1.2工程难点

 (1)轨道变形控制难度大。根据轨检车检测数据，相邻路基段发生横向变形方向不一致，K045_}-040～K045 +130段路基变形方向为左侧，需向右侧纠偏；K045+130～K045+230段路基变形方向为右侧，需向右纠偏。相邻施工路段纠偏方向相反。如何控制轨道变形，在一侧施工时不对另一侧造成不利影响是本工程的最大难点，施工工艺要求高，技术难度大。

 (2)动态管理难度大。路基纠偏工程为高精度施工工程，位移精度以mm计，施工全过程遵循“监测指导施工”的原则，进行信息化施工管理。施工过程中需要对多方实时监测数据进行综合分析，对施工方案、机械设备、施工参数、施工工艺动态调整，准确控制每天的纠偏速率和纠偏量，以保证高铁运营安全，施工管理难度极大。

1.3技术措施

 设计方案由2个主要工程措施组成：推力施加措施和应力解除。

 (1)推力施加措施。在路基产生横向位移一侧（线路右侧）坡脚施打高压旋喷桩，利用高压旋喷桩施工时产生的瞬间喷射压力和土体的持续挤压力，使土体产生向左侧的位移，从而将筏板和管桩顶部缓慢挤向左侧。

 (2)应力解除措施。在路基产生横向位移的对侧，即正线路基管桩筏结构以外设置应力解除孔和变形槽。应力解除孔的作用是，将其管桩筏结构以外深部的地基土有计划有步骤地掏出一部分，正线路基深部的地基土体出现部分临空，临空面附近地基土应力部分解除或全部解除，地基土内部应力状态发生改变，在正线路基地基下部附加应力作用下，地基土向临空处产生侧向移动、补充，从而达到路基纠偏目的。变形槽设置在应力解除孔以外，其底部至原地面，作用是使正线路基和工区之间填土出现临空面，减小所需要纠偏的路基土体重量，从而减小施工难度。

1.4工程措施

 (1)变形槽。正线左侧12.5 m处沿线路纵向设置变形槽，可采用挖掘机开槽，槽顶宽1.2～

1.5 m，底宽0. 6～0.8 m，深4.2～4.6 m，开挖后及时填塞硬质泡沫。施工完成后采用碎石加5%水泥封填密实。

 (2)应力释放孔。在铁路下行线防护围墙与W线之间设置一排应力释放孔，孔径不小于127mm，孔深15 m，K45+170～+190纵向孔间距2m，其余间距5m，孔内填满中粗砂或碎石。

 变形槽及应力释放孔应在右侧旋喷桩施工前完成。

 (3)高压旋喷桩。在K45+130～K45+230线路右侧坡脚设1～10排旋喷桩，先施工坡脚外侧一排旋喷桩，根据纠偏效果动态实施内侧旋喷桩。旋喷桩桩径0.6 m、纵向桩间距0.5 m，桩长12～16 m。

在K45+040～K45+110线路左侧铁路防护围墙外设1排旋喷桩。旋喷桩桩径0.6 m、纵向桩间距0.5 m，原地面下桩长11 m。施工场地表面为厚度0. 25的混凝土层，其下为块石土填料，自地表以下4. 5～5. 5m采用钻机引孔、不喷浆液。旋喷桩布置见图1。

 (4)应力解除孔。根据施工效果，若地基土变形较小或变形速率缓慢，则在左侧铁路防护围墙与线路左线间设应力解除孔(距左线5 m)，释放地基土应力，使土体在自重作用下向解除孔孔内收缩变形，孔深20～25 m，开孔孔径不小于150mm。

1.5监测系统

 (1)水准测量监测。为保证测量数据的准确性，水准测量监测的每个环节都要经过多次核验。监测的高程系统，运用与CPIII（线路轨道控制网）相同的高程系统。监测的平面系统，运用与轨道纵向轴线平行的独立平面坐标系统。垂直位移监测等级为变形测量二级，水平位移监测等级为变形测量一级。主要的监测内容为：轨道监测和接触网监测。

 初始监测值应在正式施工前ld采集完毕。施工过程中，每30 min进行1次监测点测量，并对数据进行综合分析。施工前后各进行1次垂直、水平位移观测点的监测。在施工全部完成之后的1个月内，测量频率为1d1次。

 (2)轨道监测。“天窗”点施工前后各监测1次，非“天窗”点时间，根据线路条件每天检查3～4次，确保高铁的运营安全。

(3)深层土体变形监测。工点共设置4个深层土体变形监测断面，每个监测断面埋设3个测斜管，其中围墙附近埋设1个，右侧坡脚埋设2个，孔深24 m，见表1。以监测不同深度土体的位移，分析与研究深部土体水平位移与轨道横向位移的关系，指导旋喷桩施工。

 施工前每3d测量1次，施工期间每天定时测量3次（其中当日施工前测量1次，停止施工后“天窗”时间结束前测量1次），施工之后1周内每2d测量1次。

 (4)孔隙水压力监测K045+040～K045+1与K045+130～K045+230段各设置一个孔隙水

压力监测断面，每个监测断面埋设3组孔隙水压力计，其中路基左侧1组，右侧坡脚2组，每组埋设6个孔压计，埋人深度分别为原地面以下2，5，8，11，14和17 m。用来监测施工前后不同深度超孔隙水压力，分析与研究超孔隙水压力消散规律，指导旋喷桩施工。

 监测频率和深层土体变形监测一致。

2高压旋喷桩

2.1高压旋喷桩机理

 高压旋喷桩是高压喷射注浆法地基处理中的一种，它是利用钻机等设备，把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置以较高的压力从喷嘴中喷射出浆液冲击破坏土体，同时借助注浆管的旋转和提升运动，利用浆液把从土体上崩落下来的土搅拌混合，经一定时间的凝固，在土中形成圆柱状的固结体与周围土共同承受荷载的方法。

2.2  高压旋喷桩工艺工法

施工工艺见图2。

 (1)桩位放样、桩机就位。根据设计图纸和坐标网点测量放出施工轴线。在施工轴线上确定孔位。安装桩机确保桩机受力后不摇摆、不偏移。

 (2)钻孔、插管。钻孔的目的是为了把注浆管置入到预定深度，钻孔方法可根据地层条件、加固深度和机具设备等条件确定。

 (3)制浆、喷射。搅拌机的转速和拌和能力应与注浆泵的排浆量相适应，并应能保证均匀、连续地拌制浆液，保证高压喷射注浆连续供浆。水灰比控制在0.8～1。喷射压力选择24～26MPa，最外一排抗力旋喷桩需采用小水灰比、大注浆压力。

 机械参数：桩机施工转速10～20 r/min；提升速度20～30 cm／min，也可根据“天窗时间”长短、返浆量大小动态加快或减慢提升速度。

 (4)冲洗器具、移动机具。喷射作业完成后，应及时清洗注浆泵和输浆管路，管内不得残存水泥浆，防止浆液在输浆管路中沉淀结块，堵塞输浆管路和喷嘴，影响下一孔的施工。将桩机等机具设备移到新孔位上。

3工程效果

2013年8月23日～2014年元月15日的146 d内，共进行旋喷桩施工83 d。工点范围路基横向位移整治效果见图3～图5（一代表向右侧偏移、+代表向左偏移）。

 路基横向变形整治取得的效果远超预期，路基整体向左侧位移，上下行线纠偏最大值超过69 mm（K45 +180附近）；剩余纠偏量：上行线K45+130～_}-190段5 mm内、K45 +190～+230段5～10 mm，下行线K45J-160～-}-195段5 mm以内、其余5～8 mm;通过调整旋喷桩机位和施工工艺参数可对不同区段路基横向位移进行微调以达到理想的整治效果。本段路基为双块式无碴轨道，轨道结构整体协调变形，上下行线轨道板变形差值在1.5 mm之内。

 根据国家测绘地理信息局第三大地测量队提供轨道变形监测数据，2014年1月14日横向位移整治达到预期目的，旋喷桩施工停止。具体变形监测结果如下。

 K45+130～+230段，下行线轨道板累计最大横向位移：66.5 mm（K45+178.2断面）。

 K45+130～+230段，上行线轨道板累计最大横向位移：66.6 mm（K45+180.8断面）。

 K45+040～+110段，下行线轨道板累计最大横向位移：-9.6 mm（K45+081.8断面）。

 K45+040～+110段，上行线轨道板累计最大横向位移：-9.8 mm（K45+077.1断面）。

 工程完工1个月后，2014年2月13日，根据国家测绘地理信息局第三大地测量队提供的变形监测结果，轨道变形情况如下。

 K45+130～+230段，下行线轨道板累计最大横向位移67.6 mm(K45+178.2断面)。

 K45+130～+230段，上行线轨道板累计最大横向位移：66.7 mm(K45+180.1断面)。

 K45+040～+110段，上行线轨道板累计最大横向位移：-10. 05 mm(K45+077.1断面)。

 K45+040～+110段，下行线轨道板累计最大横向位移：-9.5 mm（K45+081. 08断面）。

 通过调整旋喷桩机位和施工工艺参数可对不同区段路基横向位移进行微调以达到理想的整治效果。线路平面经拟合处理后，轨道平顺度大大改善，可满足350 km/h设计时速要求，取得了理想的整治效果。

4结论

 高速运营铁路路基纠偏目前在国内外没有成熟经验可供参考，金山北站路基纠偏工程的圆满成功，为本类高铁病害的整治提供了一种新的思路。