摘要：文章结合湘桂铁路东江桥浅基病害的工程实例，针对国内目前广泛存在铁路桥基础防冲刷的问题，应用双液注浆理论，通过对整治前后铁路桥墩横向振幅的变化进行分析，为铁路浅基桥病害整治提供了一个很有价值的参考方案。
关键词：水泥-水玻璃双液注浆；铁路；浅基桥；病害整治
中图分类号：U457 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）27-0040-03
我国大部分铁路建于20世纪五六十年代，在经历了多年的运营后，存在不同程度的病害，其中以铁路浅基桥病害尤为严重。
据不完全统计，我国铁路每年因洪水冲刷浅基桥而中断行车的灾害平均约为数十次，造成列车脱线、颠覆、人员伤亡的事也时有发生。1958年黄河特大洪水将郑州黄河大桥桥墩冲毁，使京广铁路中断行车10天；1963年河北省特大暴雨冲毁桥梁209座，使京广、津浦、石德、石太等铁路线中断行车达98天；1975年河南省特大暴雨，数十座桥梁遭破坏，使京广铁路中断行车达数十天之久。洪水对河床冲刷严重，导致桥梁倒塌，不但严重影响铁路运输生产和国家建设，而且造成铁路固定资产巨大的经济损失以及带来不计其数的人员伤亡。
1 工程概况
东江桥位于湘桂线永福站至葡萄站之间，中心里程为K404+745.43，全长77.27m，由两孔上承钢钣梁和一孔上承钢桁梁组成。
既有湘桂线东江桥桥墩为圆端型桥墩，1#桥墩为明挖扩大基础，2#桥墩为木制沉箱基础。该桥始建于1939年，抗日战争时期受到较大破坏，后经多次维修加固后一直运营至今。
1982年，为使东江桥满足洪水位要求，在不中断运营的前提下，首次采用液压设备抬梁的方法将墩台顶帽垂直加高2.5米。但没有对桥墩身刚度进行相应的补强。
2003年桂林工务段反映该桥横向振动摆动异常。2004年3月，柳局工务勘测设计所按照工务处下达的计划要求，对该桥1#、2#墩进行了横向振动测试。测试结果如下：
按中华人民共和国铁道部《铁路桥梁检定规范》（铁运函[2004]120号）计算墩顶横向最大振幅（单峰值）的参考限值为：
1#墩：墩高H1为12.447米，墩全高H为15.447米，平均墩宽5.05米：
H1/B=12.447/5.05=2.46<2.5（低墩）
Amax≤H/30=15.447/30
Amax≤0.515mm
2#墩：墩高H1为10.744米，墩全高H为12.744米，平均墩宽5.05米：
H1/B=10.744/5.05=2.13<2.5（低墩）
由于2#墩为沉井基础，根据《铁路桥梁检定规范》第10.0.7条规定，墩顶横向振幅参考限
值为：
Amax≤H12/（100B）+0.1
=10.7442/（100×5.05）+0.1
Amax≤0.329mm
数据表明：货物列车通过时，1#桥墩顶最大值为0.669mm，超出参考限值30%，2#墩顶最大值为1.164mm，超出参考限值254%，且2#墩超限次数比1#墩多。
2 桥墩横向振幅超限的原因分析
将2011年3月实测河床断面与原柳局桂北工务段绘制的本桥立面图中桥位处地面线进行对比可以看出：虽然中心纵断面与建桥时的地面线没有大的差别，但在枯水季节，可以明显看到原先设置在基础周围的防冲刷体下方土体已被水冲走；中心纵断面下游10m处，地面线较建桥时下降了0.5～2.5m，最低处已与1号墩基底齐平，比2号墩基底低1.4m；中心纵断面上游10m处，地面线较建桥时下降了0.3～1.5m，最低处与1号墩基底齐平。另外，从地质钻探资料上看，
基底土层承载力仅为250kPa，偏小。
3 整治思路及具体实施方案
3.1 地质概况
根据本项目2011年10月《工程地质勘察报告（定测勘察）》，河床地层工程地质特征自上而下为：
第四系全新统冲积层（Q4al）：圆砾土（1层）：浅褐、灰褐色，饱和，较密实，圆砾多为砂岩质，磨圆度较好，呈椭圆及亚圆状，分选性差，粒径以1～10cm为主，含量50%～80%，充填物为砂土。层顶标高133.1～134.4m，层厚3.9～5.3m，基本承载力σ0=250kPa。
泥盆系上统榴江组（D3l）：灰岩（2层）：灰黑夹灰白色，微风化，含炭质，中厚层，块状，细晶质结构，含灰白色方解石脉，岩芯坚硬，多呈柱状及长柱状。层顶标高128.0～129.7m，钻进深度15.4～16.1m，基本承载力σ0=2000kPa。
3.2 整治实施方案确立
湘桂线属国铁Ⅰ级，每天通行车次较多，为湖南通往广西沿海地区的主线，目前，复线尚在建设当中，故东江桥的整治前提必须不中断既有线的行车。
鉴于湘桂线的重要性及东江桥病害的严重性，南宁铁路局工务处曾多次组织专家深入现场进行调查研究分析，提出多种整治方案，最终因各种因素而放弃。
2011年8月16日，南宁铁路局工务处向铁路局局领导递交了《关于湘桂线东江桥浅基病害异常严重急需整治的请示》，随后铁路局局领导将东江桥纳入紧急抢险工程，并再次组织专家进行方案评审与论证，并确定双液注浆方案为最优方案。
3.3 双液注浆的基本原理及整治思路
双液注浆是以水泥、水玻璃为主剂，将两者按一定的比例配制成浆液，经专用压送设备将其注入地层，在压力作用下对地层进行充填、渗透、挤密或劈裂，浆液经胶凝或固化后，达到加固地层的目的的一种施工工艺。
由于桥墩位于东江河河道中，河道水深约4～5m，基础四周及基底均为圆砾土，虽结构较密实，但仍属散体材料，根据取样颗粒分析实验，圆砾土中颗粒粒径大于20mm含量40.9%～66.8%，2～20mm含量29.1%～32.8%，小于2mm含量12.5%～26.3%，其颗粒组成中粒径较小的砂砾石易被洪水掏蚀后带走。 根据现场地质特征，采用双液注浆能够很好地填充土层中的间隙并在较短的时间里将圆砾土层与水泥浆液胶结在一起，形成坚硬密实的复合地基，使基底土承载力大幅提高，并在墩周围形成一道密不透水的防冲刷墙。
3.4 整治具体实施步骤及方法
具体实施步骤及方法如下：
3.4.1 施工前需协调有关部门，利用下游水坝放水使河内水面标高不高于施工水位137.74m。
3.4.2 在河道内抛填片石筑捣修建临时施工便道，便道长约58.5m，坡率1：1，路面标高高出施工水位0.5m，筑捣时注意预留草袋围堰施工空间。为方便河道排水，需在河床低洼处修建4-φ1.5m市政钢筋砼圆管涵。河床内便道需与衡阳端台后公路修建的施工便道相接。
3.4.3 填筑草袋围堰完毕后，在围堰内填砂夹碎石及普通土至设计标高并夯实。
3.4.4 在1、2号桥墩承台外围布设4排钻孔，钻孔直径130mm，按梅花形布设，间距为0.35m，钻孔至微风化岩层不小于2m。
3.4.5 在钻孔过程中需安设PVC套管，外径110mm，管底要求设置于微风化基岩面，并在管底至注浆顶面段设置梅花状注浆孔。
3.4.6 在每根套管中心垂直安设一根直径32mm的HRB335钢筋，钢筋底齐钻孔底，钢筋顶端距圈梁顶5cm。
3.4.7 钢筋安设就位后高压灌注水泥浆化学浆液。
3.4.8 在1号、2号桥墩基础顶布设垂直钻孔和斜钻孔，孔间距0.5m，钻孔直径91/110mm，采用
标准φ48PVC袖阀管对基底进行高压化学注浆处理。
3.4.9 在两端桥台前端和两侧布设φ48PVC袖阀管，间距0.5m，紧贴基础底外侧布设倾斜钻孔，要求钻孔深度至微风化岩面以下0.5m，进行高压化学注浆，以对既有桥梁墩台基底地基进行加固。
3.4.10 在0号及3号桥台前端布置4排钻孔，钻孔直径91/110mm，按梅花形布设，间距为0.5m，钻孔至微风化岩层不小于0.5m。
3.4.11 在1号及2号墩基础防冲刷注浆孔上设置厚0.5m的钢筋砼圈梁以固定墩周钻孔内布设的钢筋。圈梁与既有桥墩墩身或基础间设置3cm宽的沉降缝，用沥青浸制木板形成。
3.5 施工过程中墩顶位移及高程控制措施
为了不影响行车，注浆过程中一个非常重要的环节就是随时观测墩顶位移及高程的变化。在东江桥浅基整治过程中，采用以下措施加以控制：将防冲刷注浆压力控制在2.5MPa以内，将基底注浆压力控制在1.5MPa以内，此压力值持续时间不得超过5分钟；在梁体外侧布置激光监控报警系统，若梁横向位移变化值超过5mm，则立刻报警并停止施工；在每个墩顶上布置4个高程控制点，注浆过程中每5分钟测量一次，非注浆时段每天上午和下午各测量各测量2次；在细透明胶管内灌入水，将其固定在墩顶帽上，管两端各立一钢尺，注浆过程中时刻注意水柱高度的变化，若变化大于5mm，则立刻停止施工并分析原因。
4 整治前后桥墩墩顶最大横向振幅对比分析
2012年8月10～21日期间，由资质地质检测单位对东江桥双液注浆效果进行检测，结果显示：1号及2号桥墩基底土层间隙中填满了水泥浆液，多处可见水泥结石体，复合地基基本承载力超过450kPa；1号及2号桥墩四周防冲刷体胶结密实，抗冲刷能力大幅提高，基本承载力超过550kPa。
与此同时，对1号及2号桥墩墩顶横向振幅再次进行检测，检测结果如下：
从上面的图表中可以看出：1号墩最大横向振幅为0.343mm，超限率为4.26%；2号墩最大横向振幅为0.587mm，超限率为14%。
与整治前相比，1号墩和2号墩墩顶横向振幅超限率均有明显下降。但由于先前将墩顶加高2.5m而未对墩身进行加固补强处理，故整治后依然存在横向振幅小额超限的问题。
5 结语
本文采用水泥-水玻璃双液注浆的方法，根据桥位处的实际地质情况，成功地将基底及周边土体进行固化，提高基底承载力的同时解决了桥墩基础防冲刷的问题。采用该方法时应根据不同的地质资料合理配制浆液比例，保证其初凝时间和加固强度，并事先做好相应的安全防护措施。
参考文献
[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑工程水泥-水玻璃双液注浆技术规程[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2] 中华人民共和国铁道部.铁路桥梁检定规范[M].北京：中国铁道出版社，2004.
[3] 中华人民共和国铁道部.铁路工程地基处理技术规程[M].北京：中国铁道出版社，2010.
作者简介：张良军（1978-），男，湖北仙桃人，中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司工程师，硕士，研究方向：桥梁动力学。
（责任编辑：秦逊玉）