濕陷性黃土隧道洞口地基處理方法

安利強(qiáng)，馬周全，張世徑

(中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州　730000)

?

濕陷性黃土隧道洞口地基處理方法

安利強(qiáng)，馬周全，張世徑

(中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州730000)

摘要:為了消除黃土隧道內(nèi)黃土地基層的濕陷性，提高擠密系數(shù)使其達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，并且在小空間中降低施工振動(dòng)，對寶雞至蘭州客運(yùn)專線蘭州境內(nèi)范家窩隧道進(jìn)口段的2種地基處理擠密樁在7種樁間距下進(jìn)行了現(xiàn)場和室內(nèi)試驗(yàn)。結(jié)果顯示:采用潛孔鉆機(jī)和自制改裝夯實(shí)機(jī)械進(jìn)行地基處理時(shí)，地基土及襯砌的振動(dòng)均處于可控范圍內(nèi);水泥土擠密樁和水泥碎石土擠密樁的樁體基本均勻;水泥土擠密樁樁間距≤65 cm時(shí)，樁間土體平均濕陷系數(shù)在0. 002～0. 007，擠密系數(shù)在0. 89～0. 98，平均擠密系數(shù)0. 93，濕陷系數(shù)和擠密系數(shù)均滿足相關(guān)規(guī)范要求;水泥碎石土擠密樁區(qū)域經(jīng)處理后土體濕陷性完全消除，但由于樁間距過大，擠密系數(shù)不能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞:隧道濕陷性黃土地基擠密樁施工振動(dòng)濕陷性擠密系數(shù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在黃土高原地帶鐵路、公路中修建的隧道越來越多，但是黃土地段隧道洞內(nèi)，尤其是進(jìn)出口淺埋段，地基層多為濕陷性黃土，目前國內(nèi)傳統(tǒng)采用擠密樁、夯擴(kuò)樁等措施消除濕陷性，但這些措施的施工機(jī)械設(shè)備在隧道中難以施展，而且這些機(jī)械設(shè)備操作時(shí)，振動(dòng)較大，尤其是在黃土區(qū)段隧道采用CRD法施工時(shí)，施工空間有限，并且對施工振動(dòng)要求很高。為了消除黃土地段隧道洞內(nèi)地基黃土地層濕陷性，本文以黃土隧道中空間小、要求施工振動(dòng)小、消除濕陷性和擠密系數(shù)達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求為目的，就寶蘭客運(yùn)專線蘭州境內(nèi)范家窩隧道進(jìn)口淺埋段2種地基處理擠密樁進(jìn)行研究。

1　工程概況

該隧道地貌單元為黃土高原梁峁區(qū)，地形起伏不平，溝壑發(fā)育，多呈V型，以東西向?yàn)橹鳎瓷硗ㄟ^的地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積砂質(zhì)黃土( Q3al)，主要分布于隧道進(jìn)口處及山坡，黃褐色，厚度30～80 m，稍濕，中密。對該隧道進(jìn)口處深20 m探井取樣進(jìn)行土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)，得出該區(qū)域(長度約400 m的區(qū)域)土體在20 m深度范圍內(nèi)均具有濕陷性，濕陷系數(shù)在0. 018～0. 037，最大干密度為1. 67 g/cm3，平均密實(shí)度為81. 2%。

該隧道最大埋深約150 m，全長1 550 m，為雙線隧道，若采用CRD法施工，可利用高度僅為3. 5 m，施工空間受到限制，即傳統(tǒng)施工工藝和施工設(shè)備不能滿足要求，故進(jìn)行地基處理擠密樁現(xiàn)場試驗(yàn)，從而確定小空間地基處理擠密樁切實(shí)可行的施工工藝和施工設(shè)備，并提供關(guān)鍵施工技術(shù)參數(shù)和擠密效果評價(jià)指標(biāo)，為后期施工提供依據(jù)。

2　地基處理試驗(yàn)

經(jīng)計(jì)算，樁間距的理論值為67 cm。本次試驗(yàn)采用2組不同填料擠密樁，分別為水泥土擠密樁和水泥碎石土擠密樁，對地基15 m深度范圍內(nèi)進(jìn)行處理。水泥土擠密樁設(shè)置了4種樁間距，水泥碎石土擠密樁設(shè)置了3種樁間距，分別測定在不同樁間距和不同填料情況下擠密樁的擠密效果。

2. 1擠密方法與施工流程

方法:首先采用潛孔鉆機(jī)對地基進(jìn)行預(yù)成孔，然后填料用重錘夯實(shí)，在夯填過程中重錘對孔壁周圍產(chǎn)生側(cè)向擠壓力，從而達(dá)到對樁間土擠密的目的。

施工流程:布置孔位→鉆機(jī)就位→鉆機(jī)對中整平→成孔→成樁機(jī)就位→填料→重錘夯擴(kuò)。

2. 2樁間距、樁體填料及成樁參數(shù)

1)樁間距:水泥土擠密樁試驗(yàn)設(shè)置55，65，75，85 cm 4種樁間距，見圖1( a) ;水泥碎石土擠密樁設(shè)置80，90，100 cm 3種樁間距，見圖1( b)。兩種樁均呈梅花形布置。

2)填料:水泥土樁體填料為水泥占10% (質(zhì)量比)的水泥土，水泥強(qiáng)度等級為C32. 5，土為當(dāng)?shù)攸S土，控制填料含水率至最佳含水率;水泥碎石土樁體填料為碎石、土、水泥，其中碎石、土和水泥分別占60%，36% 和4% (質(zhì)量比)，碎石為1～3 cm碎石，土為當(dāng)?shù)攸S土，水泥強(qiáng)度等級為C32. 5，控制填料含水率至最佳含水率。每次填料重量為30 kg。

圖1兩種樁的平面布置

3)成孔深度均為15 m，成孔直徑約為18 cm。成孔機(jī)械采用50型潛孔鉆機(jī)，鉆頭采用自制鉆頭。夯實(shí)機(jī)械采用自制改裝機(jī)械，夯錘質(zhì)量為100 kg，直徑為14. 5 cm，每次夯錘落距為2～3 m。夯填擊數(shù):孔底～－3 m，夯擊次數(shù)為15擊;－3 m～孔頂，夯擊次數(shù)為18擊。夯填速率約為每臺(tái)機(jī)械11. 6 m/h。

3　試驗(yàn)結(jié)果

3. 1振動(dòng)測定

采用蘭泰振動(dòng)分析儀( VM—6320)對施工振動(dòng)進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測點(diǎn)分別布置在距擠密樁水平距離0. 5，1. 0 m的表層地基土中，及在距擠密樁水平距離5. 0 m的初襯邊墻上。夯錘質(zhì)量100 kg，落距3 m。監(jiān)測結(jié)果見表1。

表1黃土地基擠密處理振動(dòng)監(jiān)測結(jié)果

由表1可知:①同一監(jiān)測點(diǎn)，振源越深，振動(dòng)波速越小;②同一振源深度，測點(diǎn)距振源水平距離越小，振動(dòng)波速越大;③初襯邊墻的振動(dòng)波速隨振源深度的減小而增大;④采用自制小型沖擊設(shè)備擠密施工時(shí)，地基土及襯砌的振動(dòng)均處于可控范圍內(nèi)，監(jiān)測所得最大振動(dòng)波速為9. 48 mm/s，所監(jiān)測結(jié)果均小于以往隧道襯砌振動(dòng)波速(≤50 mm/s)。

3. 2室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果

擠密樁施工完成后，對7組不同樁間距分別進(jìn)行剖樁檢驗(yàn)。取樣位置為樁間最薄弱區(qū)域(正三角形中心位置，見圖1)，對其主要物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)測定，結(jié)果見表2。在剖樁過程中對成樁后直徑進(jìn)行測量，水泥土擠密樁最大成樁直徑為27～30 cm，水泥碎石土擠密樁最大成樁直徑為29～31 cm，二者樁體基本均勻。

由表2可以看出:對于水泥土樁，當(dāng)樁間距≤65 cm時(shí)，樁間土體平均濕陷系數(shù)在0. 002～0. 007，濕陷性均完全消除，擠密系數(shù)在0. 89～0. 98，平均擠密系數(shù)為0. 93，滿足《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中對重要工程擠密樁樁間土體最小擠密系數(shù)≥0. 88和平均擠密系數(shù)≥0. 93的要求;當(dāng)樁間距＞65 cm時(shí)，樁間土體平均濕陷系數(shù)在0. 003～0. 006，濕陷性均完全消除，擠密系數(shù)在0. 84～0. 95，平均擠密系數(shù)＜0. 93，不滿足規(guī)范要求。水泥碎石土樁樁間土體平均濕陷系數(shù)在0. 003～0. 004，濕陷性完全消除，但樁間土干密度整體較小，樁間土體平均擠密系數(shù)不滿足規(guī)范要求。

表2擠密樁主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

4　結(jié)語

對2種填料在7種不同樁間距下進(jìn)行了小空間現(xiàn)場擠密樁試驗(yàn)，得出如下結(jié)論:

1)采用潛孔鉆機(jī)和自制改裝夯實(shí)機(jī)械進(jìn)行地基處理，地基土及襯砌的振動(dòng)均處于可控范圍內(nèi)，監(jiān)測所得最大振動(dòng)波速為9. 48 mm/s。

2)水泥土擠密樁最大成樁直徑27～30 cm，水泥碎石土擠密樁最大成樁直徑29～31 cm，二者樁體基本均勻。

3)在水泥土擠密樁區(qū)域，當(dāng)樁間距≤65 cm時(shí)，樁間土體擠密系數(shù)在0. 89～0. 98，平均擠密系數(shù)為0. 93，樁間土體濕陷系數(shù)在0. 001～0. 008，濕陷性完全消除，在消除濕陷性和擠密系數(shù)兩方面均滿足相關(guān)規(guī)范要求。建議采用擠密樁進(jìn)行地基處理時(shí)按該樁間距進(jìn)行施工。

4)水泥碎石土擠密樁區(qū)域經(jīng)處理后土體濕陷性完全消除，但由于樁間距過大，土體干密度整體較小，致使擠密系數(shù)不能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

［1］龔曉南．地基處理手冊［M］．3版．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008．

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012．

［3］中華人民共和國建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局．GB 50025—2004濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004．

［4］程琴輝，薛富春，馬建林．初襯條件下大斷面黃土隧道地基擠密樁施工震動(dòng)監(jiān)測與分析［J］．高速鐵路技術(shù)，2010，( 3) : 9-13．

［5］鄧德義．灰土擠密樁在濕陷性黃土地基處理中的應(yīng)用［J］．鐵道建筑，2011( 10) : 78-80．

［6］楊守義．隧道內(nèi)擠密樁改善濕陷性黃土地基［J］．工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2013( 3) : 83-85．

［7］王洪坤．高鐵濕陷性黃土隧道地基處理淺析［J］．鐵道建筑技術(shù)，2013( 12) : 69-71．

［8］宋嘉輝，吳瑞國，仇文革．秦家河隧道濕陷性黃土地基處理技術(shù)［J］．路基工程，2009( 4) : 148-149．

［9］中鐵西北科學(xué)研究院有限公司．小空間二次沖擊擠密樁技術(shù)及其應(yīng)用報(bào)告［R］．蘭州:中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，2010．

［10］蘭州鐵路局，蘭州交通大學(xué)，中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院．西北地區(qū)濕陷性黃土路基變形特點(diǎn)及加固措施研究報(bào)告［R］．蘭州:蘭州鐵路局，蘭州交通大學(xué)，中鐵西北科學(xué)研究院有限公司;西安:鐵道第一勘察設(shè)計(jì)院，2007．

(責(zé)任審編葛全紅)

Treatment method of foundation at tunnel portal section in collapsible loess stratum

AN Liqiang，MA Zhouquan，ZHANG Shijing

( Northwest Research Institute Co．，Ltd．，China Railway Engineering Corporation，Lanzhou Gansu 730000，China)

Abstract:Based on the Fanjiawo tunnel on Baoji-Lanzhou passenger dedicated railway line，to eliminate any foundation collapse，ensure that compaction coefficient lives up to the regulation concerned and mitigate constructioninduced vibration in limited space．In this light，it carries out in-situ and indoor tests on two types of compaction piles at the tunnel portal with seven different intervals applied in the process．In using diving drill and self-modified rammer machinery for foundation treatment，the paper notices that the vibration of foundation soil and lining falls within a controllable range and the pile bodies for both cement-soil compaction pile and cement-gravel soil compaction pile remain evenly distributed．As the cement-soil compaction piles are arranged with a 65 m interval or less，the average collapsibility coefficient for the soil in between stands within 0. 002 and 0. 007，the compaction coefficient-with an average of 0. 93-falls between 0. 89 and 0. 98，both of which live up to the relevant regulation．T he treatment to cement-gravel soil piles have proven to be effective，as the loess collapse is removed．However the exceedingly large pile interval means that the compaction coefficient can yet meets the related requirements concerned．

Key words:T unnel; Collapsible loess; Foundation; Compaction pile; Construction-induced vibration; Collapsibility; Compaction coefficient

文章編號(hào):1003-1995( 2016) 02-0073-03

作者簡介:安利強(qiáng)( 1984—)，男，工程師。

收稿日期:2015-11-01;修回日期: 2015-11-20

中圖分類號(hào):TU472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

DOI:10．3969 /j．issn．1003-1995．2016．02．18