濕陷性黃土隧道基底加固處理技術

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，由于濕陷性黃土的特殊力學性質，基底的承載力通常較難滿足結構的受力要求，建成后的隧道往往產生較大的基底變形，基底變形除壓縮變形外，更大的變形是濕陷變形，在隧道使用期內如不對基底加固加上周圍水環境的變化，必將會使隧道基礎發生較大的濕陷變形，致使襯砌結構環、縱向開裂等較為嚴重的病害，直接威脅到隧道的運營安全。為保證隧道結構的穩定性，積極探索出一條針對風積砂、黃土類地質條件下的隧道基底加固技術顯得具有非常重要的現實意義。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行有效處理。

2 濕陷性黃土隧道基底處理原則

根據濕陷性黃土的工程特性和濕陷性黃土地區地基處理的經驗，濕陷性黃土隧道基底處理的原則：內外兼顧，先保護后加固。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，減少土壤的滲透性，壓縮性，控制濕陷性的發生。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，使處理后的基底變為不具有濕陷性；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范規定的數值。

3 濕陷性黃土隧道基底加固處理技術

多數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粘砂土（新黃土），垂直節理發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《鐵路隧道設計規范》規定，應用荷載——結構模型計算，底板所受的壓力亦即基底應具有承載力，計算得出了隧道基底所需承載力，與原地基承載力進行比較，多數濕陷性黃土隧道在墻拱腳及仰拱區域的地基承載力不能滿足隧道基底所需的承載力。得出現有地基不滿足滿足隧道修建要求的結論，必須對該區域隧道地基進行加固處理。

就濕陷性黃土地基處理而言，我國有較為成熟的技術和實踐經驗，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。水泥土擠密樁的樁體變形模量遠遠大于樁間土的變形模量及樁間土側向約束作用，地基承受荷載一半由水泥土擠密樁承擔，從而降低樁間土的應力，限制土的側向移動，使地基更加穩定，不受荷載的影響。施工前進行土方、成孔、夯填和擠密效果試驗，確定有關施工技術參數，并對試樁進行測試承載力和擠密效果等。試樁數量應符合設計要求且不得少于14根。通過試樁確定水泥土擠密樁施工作業的工藝流程、人員組織、設備選型和操作要點以及相應的施工技術參數，明確工藝標準和施工配合比，并根據樁體質量、樁間土擠密系數和濕陷性指標以及地基承載力等試驗結果驗證復合地基的處理效果，為優化設計及施工作業控制提供依據。確定原裝土的各種參數，如最大干密度、有機質含量、含水量等重要數據。施工前應先進行工藝試驗性施工，確定施工控制參數，同時要嚴格操作工藝，確保水泥土在初凝時間內完成拌和及回填。嚴禁使用過時、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：隧道內施工作業面小、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化。通過優化，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、檢驗方法和標準。

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狀結構斜樁型。

樹根樁法適用于淤泥、淤泥質土、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，經濟合理等優點，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空間內最大限度減少開挖對隧道洞身地層的擾動。

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