論述濕陷性黃土隧道基底加固方法

馬建強(qiáng)

（中鐵十八局集團(tuán)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(jié)構(gòu)的隧道，在力學(xué)上的受重能力較差，因此基底在承載力上往往很難達(dá)到隧道所需要的結(jié)構(gòu)承載力。在這樣的基底上修建隧道往往會(huì)造成基底變形，這種變形不僅僅包括了壓縮變形，同時(shí)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(huì)發(fā)生大規(guī)模的濕陷變形，使得隧道的襯砌結(jié)構(gòu)遭到破壞，隧道發(fā)生環(huán)、縱向上的開裂現(xiàn)象，對(duì)隧道的運(yùn)營產(chǎn)生威脅。因此對(duì)于此類隧道的建設(shè)環(huán)境的處理就成為了隧道建設(shè)領(lǐng)域需要進(jìn)行重視的課題。風(fēng)積沙以及濕陷性黃土一類的隧道建設(shè)環(huán)境必須對(duì)基底進(jìn)行加固，這是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的。并且隧道的基底在濕陷變形上不應(yīng)以建筑物進(jìn)行參照，而是應(yīng)該根據(jù)黃土本身的性質(zhì)所決定。因此為了隧道在運(yùn)營和使用上的絕對(duì)安全，必須對(duì)具有此類地質(zhì)缺陷特點(diǎn)的隧道基底進(jìn)行必要的加固處理措施。

2 基本的處理原則

結(jié)合濕陷性黃土地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)以及黃土本身的性質(zhì)，并將平時(shí)對(duì)類似基底處理的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合考慮，隧道基底在處理上應(yīng)當(dāng)遵循以下原則。首先，保護(hù)為主，內(nèi)外兼顧，加固在后。黃土之所以會(huì)出現(xiàn)濕陷變形主要是因?yàn)樗淖饔茫@里就需要考慮到對(duì)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(duì)地基的承載力進(jìn)行提高。而處理的目的就是對(duì)土壤的工程性質(zhì)進(jìn)行改變，降低土壤的壓縮性以及滲透性。通過對(duì)濕陷性進(jìn)行控制達(dá)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(duì)隧道的基底黃土進(jìn)行加固，或者通過對(duì)基底具有的濕陷量進(jìn)行全部的消除，或者只消除部分的濕陷量，通過對(duì)總的濕陷量進(jìn)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(duì)水進(jìn)行嚴(yán)格的控制。濕陷性黃土隧道地基處理方案的設(shè)計(jì)，首先要考慮水對(duì)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(duì)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)椴痪哂袧裣菪裕换蛘呤窍椎牟糠譂裣萘浚瑴p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(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，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(fēng)積粉細(xì)砂以及新黃土結(jié)構(gòu)具有特定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(shè)的需求的，圍巖條件在類似地區(qū)非常的差。而鐵道部關(guān)于隧道的設(shè)計(jì)規(guī)范中明確的規(guī)定了荷載結(jié)構(gòu)的模型計(jì)算。規(guī)定中指出，通過對(duì)基底應(yīng)當(dāng)具有的承載力的計(jì)算即對(duì)底板所受到的壓力的計(jì)算，得出實(shí)際在隧道的基底上所應(yīng)當(dāng)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(jié)論，現(xiàn)有地基無法滿足隧道修建需要滿足的條件的結(jié)論，必須對(duì)此區(qū)域的地基實(shí)施加固的處理措施。

我國在對(duì)于這種濕陷性的黃土地區(qū)的隧道建設(shè)工程中的地基處理技術(shù)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(shí)就會(huì)遇到類似難題，從而積累了較多的經(jīng)驗(yàn)。在對(duì)于這種地基進(jìn)行處理時(shí)，主要的方法就是：碾壓、換填、強(qiáng)夯、動(dòng)力/振動(dòng)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(shí)施的實(shí)例。濕陷性黃土隧道基底處理施工場(chǎng)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(shí)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(jìn)而消除濕陷性，并對(duì)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(qiáng)制性側(cè)向擠出，樁周一定范圍內(nèi)的土被壓縮、擾動(dòng)和重塑。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(shí)間上和空間上的相互影響和干擾。針對(duì)濕陷性黃土地段隧道施工的特點(diǎn)：隧道內(nèi)施工作業(yè)面小、振動(dòng)對(duì)圍巖的影響要求有限等，對(duì)基底加固技術(shù)中擠密樁的樁身材料、擠密樁施工機(jī)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(jī)械、施工工藝、設(shè)計(jì)參數(shù)、檢驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)。

樹根樁是一種小型鉆孔灌注樁。它是利用鉆機(jī)鉆孔到設(shè)計(jì)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(dòng)范圍小，施工方便，經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)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(duì)隧道洞身地層的擾動(dòng)。

結(jié)語

黃土的土質(zhì)疏松孔隙大，在隧道的建設(shè)中經(jīng)常會(huì)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(huì)造成基底變形，這種變形不僅僅包括了壓縮變形同時(shí)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(huì)發(fā)生大規(guī)模的濕陷變形，使得隧道的襯砌結(jié)構(gòu)遭到破壞隧道發(fā)生環(huán)、縱向上的開裂現(xiàn)象，對(duì)隧道的運(yùn)營產(chǎn)生威脅。因此對(duì)于此類隧道的建設(shè)環(huán)境的處理就成為了隧道建設(shè)領(lǐng)域需要進(jìn)行重視的課題。必須對(duì)濕陷性黃土區(qū)域的地基實(shí)施加固處理措施。

[1]李敏.如何對(duì)濕陷性黃土隧道的基底進(jìn)行加固處理[J].工程建設(shè)，2010.

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

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