重載鐵路濕陷性淺埋黃土隧道水泥土擠密樁施工技術

呂佳

摘 要：蒙西至華中煤運通道鐵路項目為重載鐵路，結(jié)合該工程項目中濕陷性淺埋黃土隧道地基加固實例，介紹隧道內(nèi)水泥土擠密樁的施作方式，解決隧道內(nèi)空間狹小，場地受限，采用小型設備進行地基處理，根據(jù)現(xiàn)場的試驗檢測結(jié)果，分析水泥土擠密樁施工時對隧道初支結(jié)構的影響，并制定了必要的控制措施。

關鍵詞：重載鐵路；濕陷性；黃土隧道；地基處理；水泥土擠密樁；

中圖分類號：U25 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0121-02

1 工程概況

1.1 隧道概況

張裕2號隧道為單洞雙線重載鐵路濕陷性黃土隧道，位于山西省運城市平陸縣張村鎮(zhèn)境內(nèi)，全長540m，最大埋深48.7m。整段隧道全部位于直線上，線間距為4.00m。隧道縱坡為單面坡，坡度及坡長為12‰/540m。

1.2 工程地質(zhì)

隧道地層巖性為第四系上更新系新統(tǒng)坡洪積Q3砂質(zhì)新黃土與黏質(zhì)新黃土V級圍巖。該層黃土土質(zhì)結(jié)構疏松，空隙垂直節(jié)理發(fā)育，地基承載力不高，具有嚴重的濕陷性，在遇水侵蝕或較大荷載的作用下，隧道產(chǎn)生較大沉降。

2 地基處理設計參數(shù)及處理要求

黃土隧道具有濕陷性的地基加固采用水泥土擠密樁。水泥土擠密樁按梅花型布置，樁間距1.0m×1.0m，擠密孔直徑為0.4m。濕陷性黃土地段，加固深度至失陷層分界線下1.0m，最長不超過12m，最小不低于6m；明挖非濕陷性黃土地段，加固深度6m。明洞段水泥土擠密樁頂鋪設厚0.5m三七灰土墊層，灰土墊層壓實系數(shù)不小于0.95。樁間土消除濕陷性，濕陷性系數(shù)不大于0.015，樁間土平均擠密系數(shù)不小于0.93，最小擠密系數(shù)不小于0.88，地基承載力不小于200kPa。樁身材料采用水泥土，當?shù)鼗撂烊缓科毡樾∮?0%，擠密樁施工前宜采取增濕措施，以達到擠密效果。水泥采用42.5級及以上的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為土體質(zhì)量的15%。

3 設備選擇

大斷面黃土隧道一般為V級圍巖，采用三臺階預留核心土法進行隧道開挖，下臺階拱腳處至隧道初支輪廓線垂直高度為4.20m，傳統(tǒng)的水泥土擠密樁設備無法施工下臺階拱腳處擠密樁，需要采用小型設備，以滿足施工空間要求，為了方便施工和設備的移位，要求機架的高度以及工具提升高度不超過3.50m（圖1）。所以采用電動打樁機架高為3.45m，重錘采用質(zhì)量450kg，直徑0.30m；洛陽鏟直徑0.40m。

4 施工工藝流程及施工工藝

4.1 施工工藝流程圖（圖2）

4.2 施工工藝

洛陽鏟成孔擠密樁是洛陽鏟由打樁機提升后，借助重力由下落切入隧道底部地層，掏出原狀土而成孔。樁孔達到設計深度后，將打樁機上洛陽鏟更換為重錘，并向孔內(nèi)分層回填水泥土，利用重錘下落產(chǎn)生的能量對回填部位進行夯實。水泥土在沖擊下被迫向樁孔四周擠壓周邊土。如此反復分層回填、分層夯實，形成復合地基，達到加固和消除黃土濕陷性的目的。

4.2.1 樁位測放

在隧道下臺階和仰拱開挖之后，初支封閉成環(huán)。根據(jù)基底水泥土擠密樁平面布置圖及樁位圖，通過坐標控制點準確定出每個施工樁位點，做好標識，經(jīng)檢驗無誤后，埋設PVC管，預留孔位，待初支結(jié)束回填后，進行水泥土擠密樁的施工。

4.2.2 場地平整

對下臺階和仰拱回填后的場地進行平整，認真檢查場地土情況，對于松軟土要進行處理。水泥土擠密樁在隧道內(nèi)下臺階底面空間施工，施工時應結(jié)合其它工序施工組織，合理安排各樁施工先后順序，制定機械運行線路和材料堆放場地等計劃，盡可能減少各工序之間的施工干擾。

4.2.3 成孔

樁位精確放樣后，樁基就位使洛陽鏟對準孔位中心，調(diào)平、固定打樁機機架，保證成孔過程機架平穩(wěn)，以確保樁體垂直度偏差不大于1.5%。

施工前在卷揚機鋼絲繩上標出控制孔深的標記，保證孔深符合設計要求。首先采用0.15m～1.10m的小沖程進行開孔，當孔深超過1.10m后再采用正常速度成孔。打樁機將洛陽鏟提升至最大高度，自由下落切入土層，在洛陽鏟二次提升時，將鏟內(nèi)土抖落到下放空地或小推車內(nèi)運出。洛陽鏟反復下落取土，提升棄土，直至樁體設計深度。成孔后對孔位垂直度、中心位移、孔徑及孔深進行檢測。孔徑允許偏差不超過設計值±50mm，經(jīng)實測孔徑為40cm～43cm。

4.2.4 水泥土回填夯實

成孔后經(jīng)檢測孔的各項指標合后及時夯填，嚴格根據(jù)工藝性試驗所確定的施工參數(shù)進行施工，每層填筑高度35cm±2cm，每層夯擊次數(shù)為7次，夯錘落距2.0m。回填過程中不宜間隔停頓或隔日施工。在向孔內(nèi)填料前先夯實孔底。

水泥土分層回填夯實，逐層以量斗定量向樁孔內(nèi)下料，采用全自動夯填機分層夯實。夯填前測量成孔深度、孔徑，作好記錄。

5 質(zhì)量檢測

水泥土擠密樁的質(zhì)量檢驗包括樁身質(zhì)量、樁間土密實度、單樁和復合地基承載力檢驗等，對濕陷性黃土地基還應檢測樁間土濕陷系數(shù)。

樁身質(zhì)量可采用成樁7～14天后采用重型動力觸探、鉆孔取樣方法對樁身質(zhì)量進行檢驗，檢驗數(shù)量不少于總樁數(shù)的2‰，且不少于3根；在全樁長范圍內(nèi)，在樁心附近采用鉆機取樣，每2m采取土樣測定干密度，測點的位置應在距樁心2/3處，并換算成平均壓實系數(shù)。

樁間土密實度可采用成樁7～14天后應對樁間土的處理效果進行檢驗，沿線路縱向連續(xù)每50m檢驗不少于3處；在樁間形心處、成樁擠密深度范圍內(nèi)采用鉆機取樣，每2m取樣測定干密度并進行壓縮試驗，對濕陷性黃土還應進行濕陷性試驗，計算最小擠密系數(shù)、平均擠密系數(shù)和濕陷性系數(shù)。

承載力檢驗在成樁28天后采用平板載荷試驗，檢驗數(shù)量不少于總樁數(shù)的2‰，且不少于3根。地基承載力不小于200KPa。

6 施工要點

為確保成孔與回填夯實質(zhì)量，應遵循以下施工要點進行施工：

（1）正式施工前必須根據(jù)實際成孔放啊和理論計算確定一個實驗樁間距，并通過工藝試驗進行驗證。當?shù)鼗幚硇Ч_不到設計要求時，需對樁間距進行反復調(diào)整直至達到要求為止；（2）打樁機沿隧道縱向布置，成孔采用隔樁跳打法（間隔1～2個孔跳打），由中間向兩側(cè)，分4個層次進行施工；（3）打樁機就位后要保持平穩(wěn)，夯錘與樁孔相互對中，確保夯錘能自由落入孔底；（4）樁孔回填夯實時，嚴格按照工藝性試驗確定的每層填筑厚度與夯擊次數(shù)進行擠密樁施工；（5）成孔后應及時回填，以免縮孔和雨水及異物等進入孔內(nèi)；水泥土回填夯實采用連續(xù)施工，每個樁孔一次性分層回填夯實，直至原地面。不得間隔停頓或隔日施工以免降低樁的承載力；（6）為了保證樁頭夯實質(zhì)量，樁頭應超出設計樁頂標高50cm，其上虛樁可采用黃土回填并清夯至地面；（7）水泥土拌制根據(jù)回填要求隨拌隨用，已拌和完成的水泥土不得放置超過6小時或隔夜使用，被雨水淋濕、浸泡的水泥土嚴禁使用按作廢處理。下雨期間不進行水泥土拌制；（8）水泥土回填過程中，認真控制并記錄每一個樁孔的填料數(shù)量與時間，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

7 水泥土擠密樁施工控制措施

水泥土擠密樁的施工是在隧道只有初期支護且仰拱還未封閉成環(huán)時進行的。由于非飽和濕陷性黃土含水率較低、土體處于硬塑狀態(tài)時，重錘沖擊振動可能對隧道初期支護和黃土土體產(chǎn)生不利影響。為保證施工的質(zhì)量與安全，對其產(chǎn)生的沖擊振動進行了監(jiān)測與結(jié)果分析。振動監(jiān)測結(jié)果表明：在成孔、成樁過程中，單機強夯作業(yè)時，最大振動影響范圍約為5m，5m外的振動效應在允許范圍之內(nèi)。自樁頂以下1m范圍內(nèi)，振動速率最大值可達7cm/s，在1～4m范圍內(nèi)，振動速率最大值為4～5cm/s，均產(chǎn)生了較大振動速率，4m以下則基本滿足規(guī)范要求。對初期支護結(jié)構的監(jiān)測結(jié)果顯示，水泥土擠密樁完成后，隧道初期支護表面無明顯裂紋，拱頂下沉1～2mm，水平收斂2～3mm，即隧道內(nèi)施工水泥土擠密樁時對隧道初期支護結(jié)構安全、溫度性影響較小。

根據(jù)振動監(jiān)測結(jié)果，為消除對隧道結(jié)構安全的不利因素，可采取以下有效措施進行控制：

（1）地面下1m范圍內(nèi)進行成孔時，應采取減振措施，如在頂部預鉆孔、加水濕潤、降低洛陽鏟提升高度等；（2）安排各平行作業(yè)的機械位置之間的最小距離大于5m；（3）相鄰兩臺機械不可同時在地面下3m范圍內(nèi)進行成孔和強夯回填作業(yè)；（4）回填夯實水泥土時，沖擊次數(shù)以滿足要求為準，不能盲目增加沖擊次數(shù)，尤其要注意當水泥土擠密樁接近地面時；（5）對靠近初期支護的擠密樁，可采取多錘擊、小沖程的方法進行施工。

8 結(jié)語

隧道內(nèi)施工擠密樁由于空間狹小，場地受限，常規(guī)的水泥土擠密樁設備無法使用，本隧道根據(jù)實際情況采用了小型設備并輔以監(jiān)控量測，采取有效措施控制擠密樁施工過程中振動對隧道初支結(jié)構的影響。通過水泥土擠密樁的施工，消除了黃土的濕陷性、基底承載力達到了設計要求。

參考文獻

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