濕陷性黃土隧道基底加固處理技術(shù)

方濤

（安徽省巢湖路橋工程有限公司，安徽 巢湖 238000）

1 概述

隧道穿越濕陷性黃土地區(qū)，由于濕陷性黃土的特殊力學(xué)性質(zhì)，基底的承載力通常較難滿足結(jié)構(gòu)的受力要求，建成后的隧道往往產(chǎn)生較大的基底變形，基底變形除壓縮變形外，更大的變形是濕陷變形，在隧道使用期內(nèi)如不對基底加固加上周圍水環(huán)境的變化，必將會使隧道基礎(chǔ)發(fā)生較大的濕陷變形，致使襯砌結(jié)構(gòu)環(huán)、縱向開裂等較為嚴(yán)重的病害，直接威脅到隧道的運營安全。為保證隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，積極探索出一條針對風(fēng)積砂、黃土類地質(zhì)條件下的隧道基底加固技術(shù)顯得具有非常重要的現(xiàn)實意義。總之，隧道基底的濕陷變形不是以建筑物的類型確定，而是由黃土濕陷特性所決定，為保證運營安全必須對黃土隧道洞口具有濕陷性的黃土地段的基底進(jìn)行有效處理。

2 濕陷性黃土隧道基底處理原則

根據(jù)濕陷性黃土的工程特性和濕陷性黃土地區(qū)地基處理的經(jīng)驗，濕陷性黃土隧道基底處理的原則：內(nèi)外兼顧，先保護(hù)后加固。水是造成黃土濕陷變形的主要因素。濕陷性黃土隧道地基處理方案的設(shè)計，首先要考慮水對濕陷性黃土的影響，必須做好隧道工程的系統(tǒng)排水與防水問題；其次就是做好濕陷性黃土地基土的處理工作，增加地基承載力。對黃土而言，進(jìn)行地基處理的目的是改善土的工程性質(zhì)，減少土壤的滲透性，壓縮性，控制濕陷性的發(fā)生。通過換土或加密等各種基底處理方法加固濕陷性黃土隧道基底，或者是消除隧道基底的全部濕陷量，使處理后的基底變?yōu)椴痪哂袧裣菪?；或者是消除基底的部分濕陷量，減小原有基底的總濕陷量，控制下部未處理地層的濕陷量不超過規(guī)范規(guī)定的數(shù)值。

3 濕陷性黃土隧道基底加固處理技術(shù)

多數(shù)濕陷性黃土隧道通過的地層為第四紀(jì)松散風(fēng)積粉細(xì)砂和沖積黃土質(zhì)粘砂土（新黃土），垂直節(jié)理發(fā)育隧底自重濕陷性黃土層很厚，地層基本承載力低，圍巖條件非常差。按《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，應(yīng)用荷載——結(jié)構(gòu)模型計算，底板所受的壓力亦即基底應(yīng)具有承載力，計算得出了隧道基底所需承載力，與原地基承載力進(jìn)行比較，多數(shù)濕陷性黃土隧道在墻拱腳及仰拱區(qū)域的地基承載力不能滿足隧道基底所需的承載力。得出現(xiàn)有地基不滿足滿足隧道修建要求的結(jié)論，必須對該區(qū)域隧道地基進(jìn)行加固處理。

就濕陷性黃土地基處理而言，我國有較為成熟的技術(shù)和實踐經(jīng)驗，主要的處理方法有：碾壓、換填、強夯、動力/振動擠密樁、靜力擠密（預(yù)制）樁、CFG樁、注漿、高壓灌漿、高壓旋噴樁等。這些方法是在隧道以外的土木工程中形成，并得到廣泛的應(yīng)用，但尚缺乏在隧道開挖后洞內(nèi)處理實施的實例。濕陷性黃土隧道基底處理施工場地受隧道掌子面開挖的影響和洞室的限制，斷面開挖一斷面穩(wěn)定一基底加固一開挖面支護(hù)之間在時間上和空間上的相互影響和干擾。濕陷性黃土隧道基底處理常用的方法有水泥擠密樁和樹根樁等。

水泥擠密樁是濕陷黃土隧道基底處理方法中比較常用的方法之一。水泥土擠密樁的樁體變形模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樁間土的變形模量及樁間土側(cè)向約束作用，地基承受荷載一半由水泥土擠密樁承擔(dān)，從而降低樁間土的應(yīng)力，限制土的側(cè)向移動，使地基更加穩(wěn)定，不受荷載的影響。施工前進(jìn)行土方、成孔、夯填和擠密效果試驗，確定有關(guān)施工技術(shù)參數(shù)，并對試樁進(jìn)行測試承載力和擠密效果等。試樁數(shù)量應(yīng)符合設(shè)計要求且不得少于14根。通過試樁確定水泥土擠密樁施工作業(yè)的工藝流程、人員組織、設(shè)備選型和操作要點以及相應(yīng)的施工技術(shù)參數(shù)，明確工藝標(biāo)準(zhǔn)和施工配合比，并根據(jù)樁體質(zhì)量、樁間土擠密系數(shù)和濕陷性指標(biāo)以及地基承載力等試驗結(jié)果驗證復(fù)合地基的處理效果，為優(yōu)化設(shè)計及施工作業(yè)控制提供依據(jù)。確定原裝土的各種參數(shù)，如最大干密度、有機質(zhì)含量、含水量等重要數(shù)據(jù)。施工前應(yīng)先進(jìn)行工藝試驗性施工，確定施工控制參數(shù)，同時要嚴(yán)格操作工藝，確保水泥土在初凝時間內(nèi)完成拌和及回填。嚴(yán)禁使用過時、過夜水泥土。對已成好的孔要及時回填夯實，不得長時間空孔放置。濕陷性黃土由于其大孔隙性和欠壓密性而具有濕陷性。水泥擠密樁就是夯擊擠密消除其大孔隙進(jìn)而消除濕陷性，并對地基起一定的加筋作用。樁錘夯擴(kuò)成孔成樁的過程中，樁孔中原有土被強制性側(cè)向擠出，樁周一定范圍內(nèi)的土被壓縮、擾動和重塑。針對道濕陷性黃土地段隧道施工的特點：隧道內(nèi)施工作業(yè)面小、振動對圍巖的影響要求有限等，對基底加固技術(shù)中擠密樁的樁身材料、擠密樁施工機械的選擇、樁間距的選擇需做一定優(yōu)化。通過優(yōu)化，確定適合黃土隧道基底濕陷性黃土加固處理的方法、措施、施工機械、施工工藝、設(shè)計參數(shù)、檢驗方法和標(biāo)準(zhǔn)。

樹根樁是一種小型鉆孔灌注樁。樹根樁是采用鉆機在地基中成孔，放入鋼筋或鋼筋籠，采用壓力通過注漿管向孔中注入水泥漿或水泥砂漿，形成小直徑的鉆孔灌注樁。由于采用小型鉆機施工，可在土中以不同的傾斜角度成孔，從而形成豎直的和傾斜的樁，用于加層改造工程的地基加固、在既有建筑物下施工地下隧道時對既有建筑物基礎(chǔ)的托換，或用于作為邊坡上建筑物以及碼頭下提高地基承載力和邊坡穩(wěn)定性。樹根樁的直徑宜為150～300mm，樁長不宜超過30m，樁的布置可采用直樁型或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)斜樁型。

樹根樁法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、粉土、砂土、碎石土、黃土和人工填土等地基土上既有建筑的修復(fù)和增層、古建筑的整修、地下鐵道的穿越等加固工程。

它是利用鉆機鉆孔到設(shè)計深度，然后放入鋼筋籠、碎石和注漿管，再用壓力灌注水泥漿或水泥砂漿的辦法制成的鋼筋混凝土樁。布樁方式可采用垂直、傾斜設(shè)置，也可采用網(wǎng)狀如樹根狀布置，故稱為樹根樁。樹根樁憑借其承載力高，沉降量與擾動范圍小，施工方便，經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點，在既有建筑物的修復(fù)和加層、古建筑的整修、地下鐵道穿越、橋梁工程等各類地基的處理與基礎(chǔ)加固，以及增強土坡或巖坡的穩(wěn)定性等工程中有著廣泛的應(yīng)用。近年來，樹根樁在隧道基底的加固中開始嘗試應(yīng)用，樹根樁施工技術(shù)可以在狹小的施工作業(yè)空間內(nèi)最大限度減少開挖對隧道洞身地層的擾動。

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