铁路路基渗透注浆参数计算及分析

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【摘要】通过对渗透注浆在加固铁路路基中的应用进行研究。计算渗透注浆情况下的渗透注浆参数，得出理论上浆液的在土层扩散半径，分析计算数据，并验证实际运用的效果。

【关键词】渗透注浆注浆参数宾汉姆浆液扩散半径

1、渗透注浆基本理论概述

注浆是指将一定材料配制成浆液，使用压送设备将其通过钻孔加压注入地层中颗粒的间隙、土层的界面或岩层裂隙内。浆液以填充、渗透和挤密等方式排出土颗粒间裂隙中的水分和空气，并占据土颗粒间的空间，使路基孔隙比减少，提高强度。经过一段时间浆液胶凝后，将原来松散的土颗粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个强度大、防水性能高和化学稳定性好的结合体，以达到加固路基或防渗堵漏的目的。

铁路路基加固，特别是路桥过渡段路基加固是以渗透注浆为主，利用注浆机将配制好的浆液，通过注浆管注入台腔填料，浆液在压力作用下渗入填土孔隙忠，与土粒骨架产生固化反应，提高填土密实度。

2、宾汉姆流体注浆扩散规律分析

2.1浆液的流型判断

判定浆液流型是研究注浆扩散规律的基础，对于浆液流型的判断一般是通过试验所得。通过实验一般结论如下：

1、水泥浆液的流型随水灰比由低至高而分别属于三种不同流型。水灰比0.5-0.6的水泥浆为幂律流体；水灰比为0.7-1.0的水泥浆为宾汉姆流体；水灰比大于1的水泥浆为牛顿流体。

2、水泥粘土浆液、水泥复合浆液、聚合物水泥浆等水泥基浆液一般为宾汉姆流体，但当聚合物粘度很大，且加量较大而使浆液粘度很大时浆液为幂律流体。

分析如上规律可知，对于水灰比为0.8的渗透注浆浆液可以认为是宾汉姆液体。

2.2渗透注浆扩散半径公式-黄春华公式

黄春华对裂隙灌浆中宾汉姆流体的扩散能力进行了研究，建立了考虑浆液流变特性的注浆扩散模型。假设渗透注浆为稳定的宾汉姆流体流动，它们在平面径向等厚裂隙的运动为低雷诺数的层流，不计惯性力和重力作用，可推导出浆液扩散半径的计算公式为：

式中，pc为注浆孔裂隙处的注浆压力；p为半径r处的浆液压力；rc 为灌浆孔半径；r为浆液扩散半径；τB为宾汉姆流体的剪切屈服强度；η为宾汉姆流体的塑性黏滞系数；t为注浆时间参数ξ可以通过文献[1]表3查到。

3、注浆扩散半径计算

按现场实际施工，有效注浆压力Pc-P取0.3MPa，注浆时间t取3600s，裂隙宽度b取0.1cm，浆液的屈服强度τB取17.9Pa，计算当Pc-P=0.3MPa，b=0.1cm，τB=17.9Pa，rc=5cm，η=2.7×10-3Pa，t=3600s时浆液的扩散半径，代入公式中：扩散半径r=32.76cm。

4、分析与结论

1.本文通过渗透注浆的实际工程中得到的参数进行在宾汉姆流体下的在普通土体中的浆液的扩散半径的计算，仅对实际施工过程中的渗透注浆效果进行评估提供初步依据。在土间隙0.1cm的情况下，扩散半径能达到32.76cm，基本能满足注浆设计每0.5米一根压降桩的需求。

2.注浆计算的参数假定不是非常合理。如浆液的扩散认为是球面扩散，而实际注浆中由于浆液自重，导致扩散范围倾向于圆锥体。且现阶段注浆很大一部分依靠的还是经验公式，所以对于某些参数来说只有假定值。

3.在实际注浆过程中，浆管在不同深度所在的土层土质有所差异；不同深度所在土层的孔隙大小也有较大出入。特别是粉砂土地段的铁路立交，由于长期水土流失，造成管涌。其土层孔隙可能大于10cm，对注浆扩散半径计算的结果会产生较大影响。

4.宾汉姆流体浆液扩散公式的使用主要基于考虑浆液的流体特性。实际上，土体裂隙宽度在路基环境中不但存在变化，并且由于地下水的作用具有一定的方向性。浆液在土体中流动所受的摩擦力，以及列车通过时对浆液的影响等都会对数据结果造成影响。

5、建议

可采用红外、超声波等雷达探测路基渗透注浆后的实际加固效果，并钻取土样进行比对，得出分析结论。统计路基加固第一手数据，结合近年来多次加固路基的资料，通过计算、理论分析、数据归纳与现场数据结合，更好为铁路路基加固施工现场提供理论及数据分析。