湿陷性黄土地基处理及路基填料改良试验研究

成果名称：郑西客运专线湿陷性黄土地基处理及路基填料改良试验研究

成果简介：郑西铁路客运专线是我国《中长期铁路网规划》中"四纵四横"之一的徐州-

郑州-兰州铁路客运专线的重要组成部分，也是我国首批开工建设的三条设计时速350km的高标准客运专线之一，大部分区段位于我国黄土地区。在黄土地区建设最高时速350km的高标准铁路，且全线铺设无碴轨道线路这在我国还是首次，路基工后沉降量一般不应超过扣件允许的沉降调高量15mm。在此之前，我国西部黄土地区修建的陇海铁路、宝中铁路、包兰铁路、兰新铁路、西延铁路等目标时速均远远低于此标准。工程实践表明：利用水泥土挤密桩对地基进行处理、石灰改良黄土填筑路堤后，不仅做到了就地取材，而且提高了地基的强度，有效控制了路基工后沉降量，满足时速350km的高速铁路对路基工程(含基床底层)的压实标准和工后沉降量的严格要求。在研究路基工后沉降观测及预测的过程中，通过七种预测模型的对比分析最终采用指数模型和准固结模型预测的结果与实测资料非常接近、误差小，利用这两种模型可以较方便地预测路堤的工后沉降及其最终沉降量，可以得到较好的预测结论来指导施工，从而为确定合适的铺轨时间提供依据。通过单桩复合地基载荷试验和路堤下桩、土应力测试的对比分析，对水泥土挤密桩复合地基的工作性状及其承载特性进行了分析。所得到的结论进一步完善了水泥土挤密桩复合地基处理湿陷性黄土地基的理论依据和实践经验，为今后在黄土地区进一步建设高速铁路打下了一定的研究基础。此研究成果对整个线路的稳定和安全奠定了基础，并且对控制路基的沉降量起到了很好的指导作用，不但降低了工程造价，收到了很好的经济效果，而且此研究成果的成功经验可为其他类似工程的设计、施工提供有益的借鉴，具有推广意义。该成果的顺利实施，不但带来了巨大的经济效益和社会效益，而且也促进了铁路建设的科技进步。

湿陷性黄土地基注浆加固实例

1、工程概况

某住宅楼建于1992年，高17.00m，6层，东西长66 .8m，南北宽12.80m，5个单元，砖混结构，毛石基础，基础埋深-2.80m。在使用期间，发现房屋部分墙体出现裂缝，随后裂缝继续发展。经现场勘测，确定为地下水管开裂发生漏水，地基受水浸泡发生不均匀沉降，导致局部墙体开裂。

2、地质概况

①层杂填土，杂色～黄褐色，主要由粉土组成，含碎砖及煤渣，松散，层厚1.4～1.8m；

②层新近沉积黄土状粉质黏土，褐黄色，可塑～软塑，土质不均，具有垂直节理和大孔隙，含姜石，层厚1.80～5.30m；

③层新近沉积黄土状粉土，黄褐色，土质不均，湿，稍密，含姜石，强度低，韧性低，层厚1.60～2.70m；

④层粉质黏土，褐红～赤褐色，土质均匀，含姜石及铁锰结核，可塑，层厚6.70～9.80m。

以下为⑤层残积土和⑥层全风化岩。基础主要坐于第②层土上，局部坐落于③层土上，在水平方向上，持力层及下卧层局部接近10%，为不均匀地基。

3、地基加固方案

为提高湿陷地基的力学强度和抗变形能力，根据地质勘察资料和地基沉陷情况，确定采用注浆法加固地基。

3.1 注浆技术参数

本次注浆以P.S 32.5级水泥为固化剂，浆液配比结合水泥进行现场试配，水灰比确定为0.6～0.7；为提高浆液的结石率，掺入2％的水玻璃；为改善浆液的流动性，掺入2％的泵送剂，UEA膨胀剂掺入量为水泥用量的10％。经计算，注浆压力控制在0.3～1.5 MPa，注浆深度为6.00m。

3.2 注浆加固设备

①成孔设备：工程冲击钻2台，岩心钻机2台，人工冲击锤2套。

②注浆设备：注浆高压泵1台，浆液搅拌机1台。

③配套设备：高压注浆胶管、注浆花管、储浆池、水箱、电源线、控制箱、台秤等。

3.3注浆加固主要材料：P.S 32.5级水泥、水玻璃、UEA膨胀剂、泵送剂。

3.4 注浆顺序，先外围后室内，间歇对称注浆。

3.5沉降观测

注浆前设置沉降观测点12个，注浆过程中控制注浆速度并随时进行观测，注浆期间每日进行沉降观测1次，注浆完成后每2日观测1次，一旦出现沉降过大或出现不均匀沉降，应立即停止注浆并进行相应处理。

3.6 施工控制

①注浆速率大时，应减少注浆压力或间隙灌注。

②压力小且注浆速率大时，减小水灰比，加大水玻璃掺量。

③施工时，注意观察地面变化情况，注意地面管道周围及地下井口的变化情况，对钻孔冒浆、串浆者处理后再注，发现地面起鼓或开裂以及管道周围、地下井口冒浆时停注。

4、施工工艺

工艺流程：布孔→钻孔→埋设注浆管→封孔→浆液试配→注浆→封管

①布孔：定位放线，注浆布孔图参见图1，对注浆孔进行编号。根据结构实体尺寸，可适当调整孔位，以避开障碍物。

图1 住宅楼单元结构注浆孔位布置图

②钻孔：室内地面应先将硬化地面用水钻钻透。钻孔直径为45～60mm，深度为8～8.5m，成孔后，对成孔深度进行核验。

③埋设注浆管：在注浆管底部2m范围内打花眼，以便浆液向四周扩散。注浆管下端宜脱开孔底0.3～0.6m，避免注浆管端头被泥土堵塞。

④封孔：钻孔封口深度为2～2.5m，安装时在上部封口处用7～10cm宽的编织袋封圈，封圈不到位时可用钢筋捅入预定位置，注浆管露出地面15cm左右，然后钻孔内倒入拌好的水泥水玻璃浆封口，养护48h后即可灌注。

⑤浆液试配：每罐加入200kg水泥，按比例掺入外加剂，搅拌时间1.5～2.5min。浆液搅拌均匀后，通过滤网进入储浆池，用筛子捞出浆液内杂物。

⑥注浆：将吸浆管放入储浆池，检查各管路连接好后，开动注浆泵，缓缓加压，增大进浆量，注意压力变化。在注浆过程中，应设立专人不断搅动储浆池中的浆液，密切注意压力表、吸浆量及孔口周围情况的变化，一旦出现堵管现象，应立即停止注浆，清洗疏通注浆管后再注。

⑦封管：注浆结束后，拆开孔中管与地面移动注浆管接口，并迅速用木塞将管口堵塞，减少回浆量。解开导浆管时，小心注浆管内浆液带压喷出，射在人的面部。

5、质量检验

本工程注浆除完成原方案226个孔外，为进一步提高注浆效果，特在该楼外围新增注浆孔38个，注浆孔总数达到264个，总注浆量为209.3t，平均0.793t/孔。根据沉降观测记录，施工期间该楼沉降观测点最大沉降量为 4.59mm，未出现地基沉降过大和不均匀沉降现象。

为检验地基加固效果和地基注浆后的承载力情况，该注浆地基采用标准贯入试验进行检测。从-2.50m开始，每隔1.00m作一次标贯。

检测结果：根据标贯击数统计结果，按照《河北省建筑地基承载力技术规程（试行）》（DB13（J）/T48-2005）规定，确定注浆后地基承载力为200kPa。可见，加固后的地基承