單液硅化注漿法加固鐵路路堤的室內(nèi)模擬試驗(yàn)

□□ 王 剛

(中鐵三局集團(tuán)有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)分公司，山西 太原 030001)

引言

采用濕陷性黃土作為路堤基床以下的填料，在填筑含水量低，填筑干密度較小時(shí)，仍具有明顯的濕陷性。由于其特殊的工程特性，在鐵路運(yùn)營(yíng)期往往會(huì)出現(xiàn)路基大面積下沉的現(xiàn)象。采用單液硅化法自滲注漿，將漿液滲入土體中的孔隙中，漿液的充填和膠結(jié)作用，使得土體硬化，整體性增強(qiáng)，強(qiáng)度和防滲性能顯著提高，濕陷性消除，并且不會(huì)破壞巖土體的原有結(jié)構(gòu)。

本文通過室內(nèi)單液硅化法注漿試驗(yàn)，測(cè)定注漿前后黃土質(zhì)填土試樣的物理、力學(xué)特性以及濕陷性變化。注漿溶液由濃度10%的硅酸鈉溶液摻入2.5%NaCl組成，要求硅酸鈉溶液模數(shù)值為2.5～3.0，相對(duì)密度為1.14；將配置好且攪拌均勻的溶液自滲入土試樣內(nèi)，每隔0.5 h，向孔內(nèi)添加1次溶液，防止孔內(nèi)溶液滲干，3 h后孔內(nèi)有殘留溶液，則停止注漿并自然養(yǎng)護(hù)。

1 注漿前后黃土質(zhì)填土的物理特性

通過對(duì)多組土試樣進(jìn)行注漿試驗(yàn)，測(cè)定注漿前后試樣的物性指標(biāo)，測(cè)定數(shù)據(jù)見表1。

表1 注漿前后黃土質(zhì)填土的物理特質(zhì)指標(biāo)

在天然狀態(tài)下，土試樣的含水量低、干密度小。注漿后自然養(yǎng)護(hù)7 d，試樣的含水量增加，孔隙比下降，塑性指數(shù)稍有提高。自然養(yǎng)護(hù)15 d，試樣的含水量、干密度等下降并接近注漿前試樣的物性指標(biāo)，但試樣的塑性指數(shù)較注漿前有所提高。

2 注漿前后黃土質(zhì)填土的力學(xué)特性

土體的壓縮性是土體在荷重的作用下產(chǎn)生變形的特性，就室內(nèi)試驗(yàn)而言，為土試樣在荷重作用下孔隙體積變小的特性，試驗(yàn)采用室內(nèi)壓縮試驗(yàn)分析注漿前后的土試樣垂直壓力P由100 kPa增加到200 kPa時(shí)的壓縮系數(shù)a1-2，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 注漿前后黃土質(zhì)填土的壓縮性指標(biāo)

天然狀態(tài)下土試樣的壓縮系數(shù)a1-2為0.16，具有中等壓縮性；注漿后自然養(yǎng)護(hù)7 d，試樣的壓縮系數(shù)a1-2下降至0.12，自然養(yǎng)護(hù)15 d，土試樣的壓縮系數(shù)a1-2仍為0.12，未發(fā)生變化。

土體的抗剪強(qiáng)度是土體抵抗剪切破壞的能力，是土體的重要力學(xué)指標(biāo)。其主要應(yīng)用于路基的穩(wěn)定性，計(jì)算路堤邊坡的穩(wěn)定性?？辜魪?qiáng)度指標(biāo)包括內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角φ，采用室內(nèi)直接剪切試驗(yàn)分析注漿前后土試樣隨著時(shí)間的推移抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的變化，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 注漿前后黃土質(zhì)填土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

土試樣注漿自然養(yǎng)護(hù)7 d，試樣含水量由8.0%升至22.2%，內(nèi)聚力較注漿前增加4 kPa，內(nèi)摩擦角較注漿前增加8.9°；自然養(yǎng)護(hù)15 d，試樣的含水量降至12.4%，內(nèi)聚力較注漿前增加34.8 kPa，內(nèi)摩擦角較注漿前增加4.5°。

3 注漿前后黃土質(zhì)填土的濕陷性

注漿試驗(yàn)?zāi)M現(xiàn)場(chǎng)施工路堤填料含水量的變化，黃土質(zhì)填土由稍濕到濕、再由濕恢復(fù)到稍濕的過程，分析土試樣濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)的變化特點(diǎn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 注漿前后黃土質(zhì)填土的濕陷性指標(biāo)

天然狀態(tài)下，土試樣的含水量為8.0%，濕陷系數(shù)δs為0.068，具有中等濕陷程度；注漿自然養(yǎng)護(hù)7 d，試樣的含水量上升至21.2%，濕陷系數(shù)δs為0.002，不具有濕陷性；自然養(yǎng)護(hù)15 d，試樣的含水量下降為12.4%，濕陷變形系數(shù)δs為0.001，不具有濕陷性。

4 結(jié)論

通過室內(nèi)單液硅化法注漿試驗(yàn)得出以下結(jié)論：

4.1 采用硅酸鈉溶液注漿后，隨著黃土質(zhì)填土的含水率逐漸下降，基本物性指標(biāo)基本接近于注漿前試樣指標(biāo)，塑性指數(shù)較注漿前稍有提高。在NaCl催化作用下，硅酸鈉溶液與土體中的CaCO3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成硅酸凝膠并膠結(jié)土粒，可塑性提高，也間接反映采用硅酸鈉溶液自滲的注漿方式，基本未改變土體的原狀結(jié)構(gòu)。

4.2 土體的抗剪強(qiáng)度除了與顆粒組成、礦物成分、顆粒含量等有關(guān)外，主要取決于含水量，一般當(dāng)土體含水量低于塑限時(shí)，隨著含水量的增加抗剪強(qiáng)度指標(biāo)尤其是內(nèi)聚力會(huì)大幅下降。采用硅酸鈉溶液注漿后，黃土質(zhì)填土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)大幅提高，而且隨著含水量的降低，受硅酸凝膠體的膠結(jié)作用，內(nèi)聚力C值提高幅度較大。

4.3 天然含水量是黃土濕陷性的重要影響因素，大部分地區(qū)的黃土含水量高于23%，采用硅酸鈉溶液注漿后，黃土質(zhì)填土對(duì)水的敏感性降低，濕陷性消除，且在后期失水減濕后的濕陷性未恢復(fù)。