注浆法在既有铁路路基基床加固中的应用
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注浆法在既有铁路路基基床加固中的应用 注浆法是利用液压、气压或电化学原理，采用专用机械设备成孔，将带有喷 嘴的注浆管把水泥浆液或化学浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密 等方式，将松散的土颗粒黏结在一起，充填岩土原有的空隙或裂隙，提高土体密 实度；同时，浆液在化学反应进程中，某些化学剂与岩土中的元素进行离子交换 形成了新的物质，增加了土体的黏聚力，以达到加固（提高岩土体的力学强度和 变形模量） 、堵满（封填孔隙、裂隙、堵截流水） 、防渗（降低渗透性、减少渗流 量）等目的。 4.1.1 适用范围及优缺点 （1）适用范围 注浆加固法对采用砂土、粉土填筑的路基加固效果明显，当采用黏性土填筑 的路基采用此法应根据现场试验结果确定其适用性。 注浆加固法适用于在铁路运营条件下路基承载力和变形不满足要求的路基 基床、路堤本体、桥路过渡段以及路基基底等地段的加固处理，提高路基土或地 基强度和变形模量，增强填料的水稳性，增加路基或地基抗渗能力以及控制沉降 变形等。 （2）优缺点 注浆加固法具有施工机具灵活、移动工作面不大、受空间影响较小，基本不 影响线路正常运营，且施工期较短，可在雨天夜间施工，工程造价低以及处理效 果较好等优点。 主要缺点是： 受加固部位、 地层岩性等影响， 要求现场施工工艺的控制较高， 主要是注浆压力难以控制， 当注浆压力过大， 有可能出现周边冒浆污染地表环境， 甚至出现地表隆起变形，尤其是处理基床病害时施工控制要求更严，难免冒浆污 染道床或引起轨道变形；当压力过小时浆液扩散不到有效范围，难以达到加固目 的与效果。 目前注浆法处理既有铁路路基病害（如在京九线、沪宁线、浙赣线、阜淮线、 广深准高速铁路、武广线、汉丹线、武九线、朔黄铁路等应用）加固效果良好， 后期运营中均未再出现路基病害，确保了列车正常运行。 4.1.2 注浆法设计
图 4-1-2
单线路基竖向与斜向结合注浆加固布置图
新线
既有线
B/2+Δb
D
B/2+Δb
基床
注浆加固区
(a)注浆横断面布置图 路肩线 增建二线 中心线 既有线
L
L/2
.
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路肩线
. 注浆斜孔及倾向，倾角
(b)注浆平面布置图
注浆斜孔及倾向，倾角
图 4-1-3
并行增建二线地段既有线路基注浆加固布置图
注浆加固法按其注浆工艺主要分为充填注浆、渗透注浆、压密注浆、劈裂注 浆四种。应用于既有铁路路基加固多采用渗透注浆和压密注浆。 注浆设计应根据岩土勘察资料、现场施工条件和环境及工程要求等，结合当 地类似工程的经验确定设计与施工方案。对规模较大、地质情况复杂的工程，宜 进行室内浆液配比试验和现场注浆试验施工，以确定施工方法、工艺及参数。 （1）注浆孔布置 注浆孔孔距应根据加固目的与加固地层的地质特征确定，并通过现场注浆 试验验证。 当无现场试验资料时可按不同岩土体的有效扩散半径或加固半径（详 见表 4-1-1、表 4-1-2）进行设计。一般情况下，砂性土层渗透注浆孔距取 0.8～ 1.2m，粘性土层劈裂注浆孔间距 1.0～2.0m。当注浆地层较复杂时，孔距选择宜 按加固土层的有效扩散半径小的参数进行设计。 表 4-1-1
pmax H h
式中：β——系数，在 1～3 范围取值，一般可取 2； γ—— 覆盖层的重度（kN/m3） ； Η——覆盖层的厚度（m） ；
(式 4-1-1)
α——与注浆期次有关的系数。 第一序孔α=1， 第二序孔α=1.25， 第三序孔α=1.5； κ——与注浆方式有关系数。 自上而下注浆时κ=0.8 0.6； λ——与地层性质有关的系数， 可在0.5～1.5之间选择，结构疏松， 渗透性疏的地层取低值；结构紧密，渗透性疏的地层取高值。 h——地层至注浆段的深度（m） 。 一般情况下注浆流量应配合注浆压力来调整，注浆初期土层吸收浆液能力 强，压力可以较小，随着土体吸收量减少可以逐渐增加流量增大压力，使其处于 最佳的吸收状态，注浆接近结束时可适当增大注浆压力。 为防止注浆过程中地表隆起或线路路基顶面土被顶起，特别是既有线轨面高 程的变化，现场施工过程中应加强监测，通过不断调整注浆压力等参数，确保施 工安全与质量。在既有铁路路基进行注浆处理时，为防止线路受压而抬起，每注 浆孔注浆至孔上部 1.5m 处应停止加压保持无压自流注浆。 自上而下则取
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处理深度
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m
1 2 3 4
(a)注浆横断面示意图
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注浆直孔 . 注浆斜孔及倾向，倾角 注浆斜孔及倾向，倾角 注浆斜孔及倾向，倾角
.
L
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0.3 0.5
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L
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0.5 0.3
路肩线
I
II
路肩线
(b)注浆平面布置图
图 4-1-5
双线路基竖向与斜向结合注浆加固布置图（二）
（2）注浆材料及配比 选择注浆材料应掌握浆材的组分性质、适用范围、性能和固结体的特性，结 合工程加固目的、具体技术要求、地层条件等因素综合考虑。对水泥、水玻璃等 无机硅酸盐材料应优先选用，对无特殊要求的工程，水泥宜采用强度等级为 P.O42.5 级及以上的普通硅酸盐水泥，水玻璃的浓度 30～43Be，模数 2.4～3.4， 根据工程需要可加入适量的外加剂及掺和料，其类型和掺量应通过试验确定。 水泥浆液的水灰比可取 0.6:1～2.5:1， 水灰比随地层情况及可灌性而定， 一般 粘性土中采用 1:1～1:2.5，粉细砂中采用 0.6:1～1.5:1，常用的水灰比为 0.6:1～ 1:1。水泥浆液与水玻璃设计的综合配比，根据不同地层、不同工艺等合理采用， 一般为 1:1～1:0.1。 水泥浆液可掺入 10~30%的惰性材料 （如粉煤灰） ， 一般为 20% （灰量为水泥与惰性材料的合重） 。胶凝剂配比，水玻璃单液注浆可掺入 2‰的 小苏打胶凝剂。 地下水 PH＜5 时，不宜采用普通硅酸盐水泥和水玻璃浆液。 （3）注浆方法 注浆管的设置方法视加固地层情况可采用振动打入法、钻机成孔法。在既有 线进行注浆加固， 因其加固地层已压密或注浆深度较大，采用振动打入孔施工困 难，故一般采用钻机成孔。注浆方法主要有钻杆注浆法（边钻边灌） 、花管注浆 法、套管护壁法以及灌注质量较高的袖阀管法。既有铁路路基注浆加固常采用花 管注浆。 （4）注浆顺序 注浆孔应本着“先外后内，先边缘后中心，先直孔后斜孔”的原则施工，同 时坚持隔排跳孔施工以免孔位串浆，影响注浆效果。先对最远的外侧注浆孔进行 注浆， 先期形成一个注浆区域，有利于后续注浆浆液扩散至有效加固区且不向外 渗漏， 避免造成不必要的浪费。其次对离道砟最近或离路基顶面距离最短的斜孔 进行注浆，先期加固路基基床表层，限制后续的浆液向路基面或道床中渗流，能 有效地控制后续注浆浆液的扩散，但应注意加强道床冒浆与轨面高程的监测。 注浆方式根据需要可自上而下，或自下而上的顺序进行，一般以分段自上而 下的下行式为主，分段注浆长度 1～2m，误差不超过 10%。 （5）注浆压力
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II B/2
处理深度
1：
m
(a)注浆横断面布置图
注浆直孔 . 注浆斜孔及倾向，倾角 注浆斜孔及倾向，倾角 注浆斜孔及倾向，倾角 注浆斜孔及倾向，倾角
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L
L
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0.3 0.50.5
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0.50.5 0.3 I II
路肩线
路肩线
பைடு நூலகம்
(b)注浆平面布置图
图 4-1-6
双线路基竖向与斜向结合注浆加固布置图（三）
砂土(双液硅化法)
粉砂(单液硅化法)
黄土(单液硅化法)
注浆孔平面排列方式一般按等腰三角形、等边三角形、等腰直角三角形等梅 花型交错布置，也可按正方形布置，注浆孔一般多采用竖直孔型式，也可采用斜 孔型式。既有铁路路基注浆处理时，注浆孔布置应根据线路情况（单线、双线、 增建第二线、站场、枢纽等） 、路基面形状、拟加固范围、加固目的以及施工场 地条件结合既有线路运营状况等综合确定。 若既有线运营条件许可或具备封锁线 路的条件下， 可选择在路基面上设置直孔型式，否则应在路肩或边坡上设置竖直 孔与斜孔相结合的型式。 既有路基斜孔注浆具有针对性， 斜孔设计要素包括倾向、 倾角、孔深。斜孔倾角即与水平面的夹角，通过计算确定，一般倾角不应缓于 15°为宜。 图 4-1-1~6 为既有铁路路基基床及其以下部位填筑体加固注浆孔布置形式， 以供参考。 ①竖向注浆孔布置形式：
由于浆液的扩散能力与注浆压力大小密切相关，提高注浆压力有利于浆液的 扩散， 在保证注浆质量的前提下可使注浆孔减少，还能使地层中一些微细孔隙张 开，有助于提高可灌性，同时在孔隙充填物中造成劈裂注浆，使其密度、强度和 不透水性得到改善，并有助于挤出浆液中的多余水分，使浆液结石的强度提高。 但是注浆压力超过地层压重和强度等边界条件允许的范围， 就会引起地基或路基 和结构物的变形和破坏。因此，一般以不使地层结构破坏或仅发生局部的和少量 的破坏作为确定允许注浆压力的基本原则。 注浆压力一般与地层土性、密实度、强度、透水性、以及注浆加固部位、注 浆工艺方法、注浆顺序、注浆速率等因素有关，因而宜通过现场试验或当地经验 来确定。一般情况下注浆压力为 50～300kPa 之间，最大容许注浆压力可按下式 进行估算：
B/2 0.3 0.5 I D II B/2
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2
3
(a)注浆横断面布置图
. . . . . .
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L L
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注浆直孔
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注浆斜孔及倾向，倾角 注浆斜孔及倾向，倾角
路肩线
I
II
路肩线
(b)注浆平面布置图
图 4-1-4
双线路基竖向与斜向结合注浆加固布置图（一）
土质类别 碎石类土 砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂 黄土
化学浆液有效扩散半径参考值
有效扩散半径 m 1.5～3.0 1.3～2.5 1.1～1.6 0.7～1.1 0.4～0.7 0.3～0.5 0.3～0.8 表中数值，对渗透系数大的地层，黏度 小的浆液取大值，反之取小值。 备 注
表 4-1-2
土的类型及加固方法
压力注浆硅化加固有效扩散半径参考值
渗透系数 m/d 2～10 10～20 20～50 50～80 0.3～0.5 0.5～1.0 1.0～2.0 2.0～5.0 0.1～0.3 0.3～0.5 0.5～1.0 1.0～2.0 加固半径 m 0.3～0.4 0.4～0.6 0.6～0.8 0.8～1.0 0.3～0.4 0.4～0.6 0.6～0.8 0.8～1.0 0.3～0.4 0.4～0.6 0.6～0.9 0.9～1.0
（6）注浆速率 注浆速率的控制分以下几种情况：注浆压力大于要求的压力时停止注浆；路 基附近出现漏浆的情况时，应停止注浆；注浆时间太长时，停止注浆，分二次注 浆。 注浆时间最长不应超过 1～2 个小时， 每一次的注浆时间以 30～40 分钟为宜。 （7）注浆结束标准 一般情况下注浆施工过程中每延米注浆段的平均进浆速度为 10～20L/min。 单孔注浆结束标准应根据下列情况综合决定： a.每分钟吸浆量≤1.0～1.5L/min 时 且注浆压力较大时；b.超过注浆量的 10%；c.孔口或周围发生冒浆应立即暂停注 浆，并对冒浆点进行封堵。封堵后继续注浆，同时减小压力或加浓浆液。当采取 上述措施仍然冒浆可停止注浆，但相邻孔应实施“补偿”措施；d.超过预定压力 或压力稳定后突然下降；e.其他需要停止注浆的原因。 （8）注浆量计算 注浆的有效加固范围和注浆量应通过现场注浆试验确定。设计时注浆量可按 以下四种方法估算： 1）单孔注浆量计算法公式：用于砂类土的渗透注浆 Q=πR2·H·n·α·β 式中：Q——每孔(段)注浆量（m3） ； R——浆液有效扩散半径（m） ； H——注浆孔(段)深（m） ； n——孔隙率 α——浆液损失系数，α=1.15～1.30； β——浆液充填系数，β=0.3～1.0，其取值见表 4-1-3； n·α·β——条件相似时可引用表 4-1-4 系数 表 4-1-3
注浆孔
(a)注浆横断面布置图
注浆孔
(b)注浆平面布置图
图 4-1-1 路基竖直向注浆加固布置图 ②竖向与斜向注浆孔布置形式：
既有线
B/2 B/2
路肩
基床
注浆斜孔 注浆直孔 注浆直孔 注浆加固区 (a)注浆横断面布置图
路肩线 注浆斜孔及倾向α 注浆直孔
L L/2
既有线中心线
L
路肩线 (b)注浆平面布置图
图 4-1-2
单线路基竖向与斜向结合注浆加固布置图
新线
既有线
B/2+Δb
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B/2+Δb
基床
注浆加固区
(a)注浆横断面布置图 路肩线 增建二线 中心线 既有线
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路肩线
. 注浆斜孔及倾向，倾角
(b)注浆平面布置图
注浆斜孔及倾向，倾角
图 4-1-3
并行增建二线地段既有线路基注浆加固布置图
注浆加固法按其注浆工艺主要分为充填注浆、渗透注浆、压密注浆、劈裂注 浆四种。应用于既有铁路路基加固多采用渗透注浆和压密注浆。 注浆设计应根据岩土勘察资料、现场施工条件和环境及工程要求等，结合当 地类似工程的经验确定设计与施工方案。对规模较大、地质情况复杂的工程，宜 进行室内浆液配比试验和现场注浆试验施工，以确定施工方法、工艺及参数。 （1）注浆孔布置 注浆孔孔距应根据加固目的与加固地层的地质特征确定，并通过现场注浆 试验验证。 当无现场试验资料时可按不同岩土体的有效扩散半径或加固半径（详 见表 4-1-1、表 4-1-2）进行设计。一般情况下，砂性土层渗透注浆孔距取 0.8～ 1.2m，粘性土层劈裂注浆孔间距 1.0～2.0m。当注浆地层较复杂时，孔距选择宜 按加固土层的有效扩散半径小的参数进行设计。 表 4-1-1
pmax H h
式中：β——系数，在 1～3 范围取值，一般可取 2； γ—— 覆盖层的重度（kN/m3） ； Η——覆盖层的厚度（m） ；
(式 4-1-1)
α——与注浆期次有关的系数。 第一序孔α=1， 第二序孔α=1.25， 第三序孔α=1.5； κ——与注浆方式有关系数。 自上而下注浆时κ=0.8 0.6； λ——与地层性质有关的系数， 可在0.5～1.5之间选择，结构疏松， 渗透性疏的地层取低值；结构紧密，渗透性疏的地层取高值。 h——地层至注浆段的深度（m） 。 一般情况下注浆流量应配合注浆压力来调整，注浆初期土层吸收浆液能力 强，压力可以较小，随着土体吸收量减少可以逐渐增加流量增大压力，使其处于 最佳的吸收状态，注浆接近结束时可适当增大注浆压力。 为防止注浆过程中地表隆起或线路路基顶面土被顶起，特别是既有线轨面高 程的变化，现场施工过程中应加强监测，通过不断调整注浆压力等参数，确保施 工安全与质量。在既有铁路路基进行注浆处理时，为防止线路受压而抬起，每注 浆孔注浆至孔上部 1.5m 处应停止加压保持无压自流注浆。 自上而下则取
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(a)注浆横断面示意图
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注浆直孔 . 注浆斜孔及倾向，倾角 注浆斜孔及倾向，倾角 注浆斜孔及倾向，倾角
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路肩线
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路肩线
(b)注浆平面布置图
图 4-1-5
双线路基竖向与斜向结合注浆加固布置图（二）
（2）注浆材料及配比 选择注浆材料应掌握浆材的组分性质、适用范围、性能和固结体的特性，结 合工程加固目的、具体技术要求、地层条件等因素综合考虑。对水泥、水玻璃等 无机硅酸盐材料应优先选用，对无特殊要求的工程，水泥宜采用强度等级为 P.O42.5 级及以上的普通硅酸盐水泥，水玻璃的浓度 30～43Be，模数 2.4～3.4， 根据工程需要可加入适量的外加剂及掺和料，其类型和掺量应通过试验确定。 水泥浆液的水灰比可取 0.6:1～2.5:1， 水灰比随地层情况及可灌性而定， 一般 粘性土中采用 1:1～1:2.5，粉细砂中采用 0.6:1～1.5:1，常用的水灰比为 0.6:1～ 1:1。水泥浆液与水玻璃设计的综合配比，根据不同地层、不同工艺等合理采用， 一般为 1:1～1:0.1。 水泥浆液可掺入 10~30%的惰性材料 （如粉煤灰） ， 一般为 20% （灰量为水泥与惰性材料的合重） 。胶凝剂配比，水玻璃单液注浆可掺入 2‰的 小苏打胶凝剂。 地下水 PH＜5 时，不宜采用普通硅酸盐水泥和水玻璃浆液。 （3）注浆方法 注浆管的设置方法视加固地层情况可采用振动打入法、钻机成孔法。在既有 线进行注浆加固， 因其加固地层已压密或注浆深度较大，采用振动打入孔施工困 难，故一般采用钻机成孔。注浆方法主要有钻杆注浆法（边钻边灌） 、花管注浆 法、套管护壁法以及灌注质量较高的袖阀管法。既有铁路路基注浆加固常采用花 管注浆。 （4）注浆顺序 注浆孔应本着“先外后内，先边缘后中心，先直孔后斜孔”的原则施工，同 时坚持隔排跳孔施工以免孔位串浆，影响注浆效果。先对最远的外侧注浆孔进行 注浆， 先期形成一个注浆区域，有利于后续注浆浆液扩散至有效加固区且不向外 渗漏， 避免造成不必要的浪费。其次对离道砟最近或离路基顶面距离最短的斜孔 进行注浆，先期加固路基基床表层，限制后续的浆液向路基面或道床中渗流，能 有效地控制后续注浆浆液的扩散，但应注意加强道床冒浆与轨面高程的监测。 注浆方式根据需要可自上而下，或自下而上的顺序进行，一般以分段自上而 下的下行式为主，分段注浆长度 1～2m，误差不超过 10%。 （5）注浆压力
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(b)注浆平面布置图
图 4-1-6
双线路基竖向与斜向结合注浆加固布置图（三）
砂土(双液硅化法)
粉砂(单液硅化法)
黄土(单液硅化法)
注浆孔平面排列方式一般按等腰三角形、等边三角形、等腰直角三角形等梅 花型交错布置，也可按正方形布置，注浆孔一般多采用竖直孔型式，也可采用斜 孔型式。既有铁路路基注浆处理时，注浆孔布置应根据线路情况（单线、双线、 增建第二线、站场、枢纽等） 、路基面形状、拟加固范围、加固目的以及施工场 地条件结合既有线路运营状况等综合确定。 若既有线运营条件许可或具备封锁线 路的条件下， 可选择在路基面上设置直孔型式，否则应在路肩或边坡上设置竖直 孔与斜孔相结合的型式。 既有路基斜孔注浆具有针对性， 斜孔设计要素包括倾向、 倾角、孔深。斜孔倾角即与水平面的夹角，通过计算确定，一般倾角不应缓于 15°为宜。 图 4-1-1~6 为既有铁路路基基床及其以下部位填筑体加固注浆孔布置形式， 以供参考。 ①竖向注浆孔布置形式：
由于浆液的扩散能力与注浆压力大小密切相关，提高注浆压力有利于浆液的 扩散， 在保证注浆质量的前提下可使注浆孔减少，还能使地层中一些微细孔隙张 开，有助于提高可灌性，同时在孔隙充填物中造成劈裂注浆，使其密度、强度和 不透水性得到改善，并有助于挤出浆液中的多余水分，使浆液结石的强度提高。 但是注浆压力超过地层压重和强度等边界条件允许的范围， 就会引起地基或路基 和结构物的变形和破坏。因此，一般以不使地层结构破坏或仅发生局部的和少量 的破坏作为确定允许注浆压力的基本原则。 注浆压力一般与地层土性、密实度、强度、透水性、以及注浆加固部位、注 浆工艺方法、注浆顺序、注浆速率等因素有关，因而宜通过现场试验或当地经验 来确定。一般情况下注浆压力为 50～300kPa 之间，最大容许注浆压力可按下式 进行估算：
B/2 0.3 0.5 I D II B/2
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(a)注浆横断面布置图
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注浆斜孔及倾向，倾角 注浆斜孔及倾向，倾角
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(b)注浆平面布置图
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双线路基竖向与斜向结合注浆加固布置图（一）
土质类别 碎石类土 砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂 黄土
化学浆液有效扩散半径参考值
有效扩散半径 m 1.5～3.0 1.3～2.5 1.1～1.6 0.7～1.1 0.4～0.7 0.3～0.5 0.3～0.8 表中数值，对渗透系数大的地层，黏度 小的浆液取大值，反之取小值。 备 注
表 4-1-2
土的类型及加固方法
压力注浆硅化加固有效扩散半径参考值
渗透系数 m/d 2～10 10～20 20～50 50～80 0.3～0.5 0.5～1.0 1.0～2.0 2.0～5.0 0.1～0.3 0.3～0.5 0.5～1.0 1.0～2.0 加固半径 m 0.3～0.4 0.4～0.6 0.6～0.8 0.8～1.0 0.3～0.4 0.4～0.6 0.6～0.8 0.8～1.0 0.3～0.4 0.4～0.6 0.6～0.9 0.9～1.0
（6）注浆速率 注浆速率的控制分以下几种情况：注浆压力大于要求的压力时停止注浆；路 基附近出现漏浆的情况时，应停止注浆；注浆时间太长时，停止注浆，分二次注 浆。 注浆时间最长不应超过 1～2 个小时， 每一次的注浆时间以 30～40 分钟为宜。 （7）注浆结束标准 一般情况下注浆施工过程中每延米注浆段的平均进浆速度为 10～20L/min。 单孔注浆结束标准应根据下列情况综合决定： a.每分钟吸浆量≤1.0～1.5L/min 时 且注浆压力较大时；b.超过注浆量的 10%；c.孔口或周围发生冒浆应立即暂停注 浆，并对冒浆点进行封堵。封堵后继续注浆，同时减小压力或加浓浆液。当采取 上述措施仍然冒浆可停止注浆，但相邻孔应实施“补偿”措施；d.超过预定压力 或压力稳定后突然下降；e.其他需要停止注浆的原因。 （8）注浆量计算 注浆的有效加固范围和注浆量应通过现场注浆试验确定。设计时注浆量可按 以下四种方法估算： 1）单孔注浆量计算法公式：用于砂类土的渗透注浆 Q=πR2·H·n·α·β 式中：Q——每孔(段)注浆量（m3） ； R——浆液有效扩散半径（m） ； H——注浆孔(段)深（m） ； n——孔隙率 α——浆液损失系数，α=1.15～1.30； β——浆液充填系数，β=0.3～1.0，其取值见表 4-1-3； n·α·β——条件相似时可引用表 4-1-4 系数 表 4-1-3
注浆孔
(a)注浆横断面布置图
注浆孔
(b)注浆平面布置图
图 4-1-1 路基竖直向注浆加固布置图 ②竖向与斜向注浆孔布置形式：
既有线
B/2 B/2
路肩
基床
注浆斜孔 注浆直孔 注浆直孔 注浆加固区 (a)注浆横断面布置图
路肩线 注浆斜孔及倾向α 注浆直孔
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既有线中心线
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路肩线 (b)注浆平面布置图