論述濕陷性黃土隧道基底加固方法

馬建強

（中鐵十八局集團一公司，河北 涿州 072700）

1 概述

具有濕陷性黃土這種特殊地質(zhì)結構的隧道，在力學上的受重能力較差，因此基底在承載力上往往很難達到隧道所需要的結構承載力。在這樣的基底上修建隧道往往會造成基底變形，這種變形不僅僅包括了壓縮變形，同時還具有濕陷變形。加之周遭水環(huán)境發(fā)生改變，不牢固的基底必然會發(fā)生大規(guī)模的濕陷變形，使得隧道的襯砌結構遭到破壞，隧道發(fā)生環(huán)、縱向上的開裂現(xiàn)象，對隧道的運營產(chǎn)生威脅。因此對于此類隧道的建設環(huán)境的處理就成為了隧道建設領域需要進行重視的課題。風積沙以及濕陷性黃土一類的隧道建設環(huán)境必須對基底進行加固，這是非常具有現(xiàn)實意義的。并且隧道的基底在濕陷變形上不應以建筑物進行參照，而是應該根據(jù)黃土本身的性質(zhì)所決定。因此為了隧道在運營和使用上的絕對安全，必須對具有此類地質(zhì)缺陷特點的隧道基底進行必要的加固處理措施。

2 基本的處理原則

結合濕陷性黃土地區(qū)的地質(zhì)特點以及黃土本身的性質(zhì)，并將平時對類似基底處理的經(jīng)驗進行綜合考慮，隧道基底在處理上應當遵循以下原則。首先，保護為主，內(nèi)外兼顧，加固在后。黃土之所以會出現(xiàn)濕陷變形主要是因為水的作用，這里就需要考慮到對隧道的整體的排水系統(tǒng)以及防水系統(tǒng)做出良好的處理，之后再通過其他措施對地基的承載力進行提高。而處理的目的就是對土壤的工程性質(zhì)進行改變，降低土壤的壓縮性以及滲透性。通過對濕陷性進行控制達到加固基底的目的。加固方式可以是換土或者是增加緊密度從而對隧道的基底黃土進行加固，或者通過對基底具有的濕陷量進行全部的消除，或者只消除部分的濕陷量，通過對總的濕陷量進行降低，將其控制在規(guī)定的可承受范圍內(nèi)，以此防止因濕陷現(xiàn)象而出現(xiàn)的隧道病害。

對水進行嚴格的控制。濕陷性黃土隧道地基處理方案的設計，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 加固措施

多數(shù)濕陷性黃土隧道通過的地層為第四紀松散風積粉細砂和沖積黃土質(zhì)粘砂土(新黃土)，垂直節(jié)理發(fā)育，基底自重濕陷性黃土層很厚，地層承載力低，圍巖條件非常差。隧道通過的這種風積粉細砂以及新黃土結構具有特定的結構特點，是一種垂直的節(jié)理發(fā)育，因此在隧道底部這種性質(zhì)的黃土層厚度很厚。地基的承載能力基本上是無法滿足隧道建設的需求的，圍巖條件在類似地區(qū)非常的差。而鐵道部關于隧道的設計規(guī)范中明確的規(guī)定了荷載結構的模型計算。規(guī)定中指出，通過對基底應當具有的承載力的計算即對底板所受到的壓力的計算，得出實際在隧道的基底上所應當承受的承載力，并將此承載力和地基本身的承載力做比較。大多具有這種濕陷性的黃土地質(zhì)的隧道，墻拱角以及仰拱區(qū)的地基本身的承載力無法滿足隧道所需要的承載力。得出結論，現(xiàn)有地基無法滿足隧道修建需要滿足的條件的結論，必須對此區(qū)域的地基實施加固的處理措施。

我國在對于這種濕陷性的黃土地區(qū)的隧道建設工程中的地基處理技術是非常成熟的。由于我國西北部這種地區(qū)較多，因此在修建隧道時就會遇到類似難題，從而積累了較多的經(jīng)驗。在對于這種地基進行處理時，主要的方法就是：碾壓、換填、強夯、動力/振動擠密樁、靜力擠密(預制)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。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而消除濕陷性，并對地基起一定的加筋作用。樁錘夯擴成孔成樁的過程中，樁孔中原有土被強制性側向擠出，樁周一定范圍內(nèi)的土被壓縮、擾動和重塑。斷面開挖一斷面穩(wěn)定一基底加固一開挖面支護之間在時間上和空間上的相互影響和干擾。針對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、設計參數(shù)、檢驗方法和標準。

樹根樁是一種小型鉆孔灌注樁。它是利用鉆機鉆孔到設計深度，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)濟合理等優(yōu)點，在既有建筑物的修復和加層、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用。近年來，樹根樁在隧道基底的加固中開始嘗試應用，樹根樁施工技術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。

結語

黃土的土質(zhì)疏松孔隙大，在隧道的建設中經(jīng)常會出現(xiàn)濕陷性的黃土，這種垂直的節(jié)理發(fā)育使得地基的承載力要小于普通的地基。在這樣的基地上建隧道往往會造成基底變形，這種變形不僅僅包括了壓縮變形同時還具有濕陷變形。加之周遭水環(huán)境發(fā)生改變不牢固的基底必然會發(fā)生大規(guī)模的濕陷變形，使得隧道的襯砌結構遭到破壞隧道發(fā)生環(huán)、縱向上的開裂現(xiàn)象，對隧道的運營產(chǎn)生威脅。因此對于此類隧道的建設環(huán)境的處理就成為了隧道建設領域需要進行重視的課題。必須對濕陷性黃土區(qū)域的地基實施加固處理措施。

[1]李敏.如何對濕陷性黃土隧道的基底進行加固處理[J].工程建設，2010.

[2]方玉山.隧道工程的技術管理[J].建筑管理現(xiàn)代化，2005.

[3]建筑手冊編寫組，建筑施工手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.