重載鐵路濕陷性淺埋黃土隧道水泥土擠密樁施工技術(shù)

呂佳

摘 要：蒙西至華中煤運(yùn)通道鐵路項(xiàng)目為重載鐵路，結(jié)合該工程項(xiàng)目中濕陷性淺埋黃土隧道地基加固實(shí)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(chǎng)地受限，采用小型設(shè)備進(jìn)行地基處理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，分析水泥土擠密樁施工時(shí)對(duì)隧道初支結(jié)構(gòu)的影響，并制定了必要的控制措施。

關(guān)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(hào)：U25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）15-0121-02

1 工程概況

1.1 隧道概況

張?jiān)?號(hào)隧道為單洞雙線重載鐵路濕陷性黃土隧道，位于山西省運(yùn)城市平陸縣張村鎮(zhèn)境內(nèi)，全長(zhǎng)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(zhǎng)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(jí)圍巖。該層黃土土質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松，空隙垂直節(jié)理發(fā)育，地基承載力不高，具有嚴(yán)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(shè)計(jì)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(zhǎng)不超過(guò)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(shè)厚0.5m三七灰土墊層，灰土墊層壓實(shí)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(dāng)?shù)鼗撂烊缓科毡樾∮?0%，擠密樁施工前宜采取增濕措施，以達(dá)到擠密效果。水泥采用42.5級(jí)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(shè)備選擇

大斷面黃土隧道一般為V級(jí)圍巖，采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法進(jìn)行隧道開(kāi)挖，下臺(tái)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(shè)備無(wú)法施工下臺(tái)階拱腳處擠密樁，需要采用小型設(shè)備，以滿足施工空間要求，為了方便施工和設(shè)備的移位，要求機(jī)架的高度以及工具提升高度不超過(guò)3.50m（圖1）。所以采用電動(dòng)打樁機(jī)架高為3.45m，重錘采用質(zhì)量450kg，直徑0.30m；洛陽(yáng)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(yáng)鏟成孔擠密樁是洛陽(yáng)鏟由打樁機(jī)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(dá)到設(shè)計(jì)深度后，將打樁機(jī)上洛陽(yáng)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(duì)回填部位進(jìn)行夯實(shí)。水泥土在沖擊下被迫向樁孔四周擠壓周邊土。如此反復(fù)分層回填、分層夯實(shí)，形成復(fù)合地基，達(dá)到加固和消除黃土濕陷性的目的。

4.2.1 樁位測(cè)放

在隧道下臺(tái)階和仰拱開(kāi)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(guò)坐標(biāo)控制點(diǎn)準(zhǔn)確定出每個(gè)施工樁位點(diǎn)，做好標(biāo)識(shí)，經(jīng)檢驗(yàn)無(wú)誤后，埋設(shè)PVC管，預(yù)留孔位，待初支結(jié)束回填后，進(jìn)行水泥土擠密樁的施工。

4.2.2 場(chǎng)地平整

對(duì)下臺(tái)階和仰拱回填后的場(chǎng)地進(jìn)行平整，認(rèn)真檢查場(chǎng)地土情況，對(duì)于松軟土要進(jìn)行處理。水泥土擠密樁在隧道內(nèi)下臺(tái)階底面空間施工，施工時(shí)應(yīng)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(jī)械運(yùn)行線路和材料堆放場(chǎng)地等計(jì)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(yáng)鏟對(duì)準(zhǔn)孔位中心，調(diào)平、固定打樁機(jī)機(jī)架，保證成孔過(guò)程機(jī)架平穩(wěn)，以確保樁體垂直度偏差不大于1.5%。

施工前在卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩上標(biāo)出控制孔深的標(biāo)記，保證孔深符合設(shè)計(jì)要求。首先采用0.15m～1.10m的小沖程進(jìn)行開(kāi)孔，當(dāng)孔深超過(guò)1.10m后再采用正常速度成孔。打樁機(jī)將洛陽(yáng)鏟提升至最大高度，自由下落切入土層，在洛陽(yáng)鏟二次提升時(shí)，將鏟內(nèi)土抖落到下放空地或小推車內(nèi)運(yùn)出。洛陽(yáng)鏟反復(fù)下落取土，提升棄土，直至樁體設(shè)計(jì)深度。成孔后對(duì)孔位垂直度、中心位移、孔徑及孔深進(jìn)行檢測(cè)?？讖皆试S偏差不超過(guò)設(shè)計(jì)值±50mm，經(jīng)實(shí)測(cè)孔徑為40cm～43cm。

4.2.4 水泥土回填夯實(shí)

成孔后經(jīng)檢測(cè)孔的各項(xiàng)指標(biāo)合后及時(shí)夯填，嚴(yán)格根據(jù)工藝性試驗(yàn)所確定的施工參數(shù)進(jìn)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?；靥钸^(guò)程中不宜間隔停頓或隔日施工。在向孔內(nèi)填料前先夯實(shí)孔底。

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

5 質(zhì)量檢測(cè)

水泥土擠密樁的質(zhì)量檢驗(yàn)包括樁身質(zhì)量、樁間土密實(shí)度、單樁和復(fù)合地基承載力檢驗(yàn)等，對(duì)濕陷性黃土地基還應(yīng)檢測(cè)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(dòng)力觸探、鉆孔取樣方法對(duì)樁身質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)數(shù)量不少于總樁數(shù)的2‰，且不少于3根；在全樁長(zhǎng)范圍內(nèi)，在樁心附近采用鉆機(jī)取樣，每2m采取土樣測(cè)定干密度，測(cè)點(diǎn)的位置應(yīng)在距樁心2/3處，并換算成平均壓實(shí)系數(shù)。

樁間土密實(shí)度可采用成樁7～14天后應(yīng)對(duì)樁間土的處理效果進(jìn)行檢驗(yàn)，沿線路縱向連續(xù)每50m檢驗(yàn)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(jī)取樣，每2m取樣測(cè)定干密度并進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，對(duì)濕陷性黃土還應(yīng)進(jìn)行濕陷性試驗(yàn)，計(jì)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(yàn)在成樁28天后采用平板載荷試驗(yàn)，檢驗(yàn)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(diǎn)

為確保成孔與回填夯實(shí)質(zhì)量，應(yīng)遵循以下施工要點(diǎn)進(jìn)行施工：

（1）正式施工前必須根據(jù)實(shí)際成孔放啊和理論計(jì)算確定一個(gè)實(shí)驗(yàn)樁間距，并通過(guò)工藝試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)?shù)鼗幚硇Ч_(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，需對(duì)樁間距進(jìn)行反復(fù)調(diào)整直至達(dá)到要求為止；（2）打樁機(jī)沿隧道縱向布置，成孔采用隔樁跳打法（間隔1～2個(gè)孔跳打），由中間向兩側(cè)，分4個(gè)層次進(jìn)行施工；（3）打樁機(jī)就位后要保持平穩(wěn)，夯錘與樁孔相互對(duì)中，確保夯錘能自由落入孔底；（4）樁孔回填夯實(shí)時(shí)，嚴(yán)格按照工藝性試驗(yàn)確定的每層填筑厚度與夯擊次數(shù)進(jìn)行擠密樁施工；（5）成孔后應(yīng)及時(shí)回填，以免縮孔和雨水及異物等進(jìn)入孔內(nèi)；水泥土回填夯實(shí)采用連續(xù)施工，每個(gè)樁孔一次性分層回填夯實(shí)，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(shí)質(zhì)量，樁頭應(yīng)超出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)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(guò)6小時(shí)或隔夜使用，被雨水淋濕、浸泡的水泥土嚴(yán)禁使用按作廢處理。下雨期間不進(jìn)行水泥土拌制；（8）水泥土回填過(guò)程中，認(rèn)真控制并記錄每一個(gè)樁孔的填料數(shù)量與時(shí)間，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)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(hù)且仰拱還未封閉成環(huán)時(shí)進(jìn)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(shí)，重錘沖擊振動(dòng)可能對(duì)隧道初期支護(hù)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(duì)其產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與結(jié)果分析。振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：在成孔、成樁過(guò)程中，單機(jī)強(qiáng)夯作業(yè)時(shí)，最大振動(dòng)影響范圍約為5m，5m外的振動(dòng)效應(yīng)在允許范圍之內(nèi)。自樁頂以下1m范圍內(nèi)，振動(dòng)速率最大值可達(dá)7cm/s，在1～4m范圍內(nèi)，振動(dòng)速率最大值為4～5cm/s，均產(chǎn)生了較大振動(dòng)速率，4m以下則基本滿足規(guī)范要求。對(duì)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，水泥土擠密樁完成后，隧道初期支護(hù)表面無(wú)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(shí)對(duì)隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)安全、溫度性影響較小。

根據(jù)振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，為消除對(duì)隧道結(jié)構(gòu)安全的不利因素，可采取以下有效措施進(jìn)行控制：

（1）地面下1m范圍內(nèi)進(jìn)行成孔時(shí)，應(yīng)采取減振措施，如在頂部預(yù)鉆孔、加水濕潤(rùn)、降低洛陽(yáng)鏟提升高度等；（2）安排各平行作業(yè)的機(jī)械位置之間的最小距離大于5m；（3）相鄰兩臺(tái)機(jī)械不可同時(shí)在地面下3m范圍內(nèi)進(jìn)行成孔和強(qiáng)夯回填作業(yè)；（4）回填夯實(shí)水泥土?xí)r，沖擊次數(shù)以滿足要求為準(zhǔn)，不能盲目增加沖擊次數(shù)，尤其要注意當(dāng)水泥土擠密樁接近地面時(shí)；（5）對(duì)靠近初期支護(hù)的擠密樁，可采取多錘擊、小沖程的方法進(jìn)行施工。

8 結(jié)語(yǔ)

隧道內(nèi)施工擠密樁由于空間狹小，場(chǎng)地受限，常規(guī)的水泥土擠密樁設(shè)備無(wú)法使用，本隧道根據(jù)實(shí)際情況采用了小型設(shè)備并輔以監(jiān)控量測(cè)，采取有效措施控制擠密樁施工過(guò)程中振動(dòng)對(duì)隧道初支結(jié)構(gòu)的影響。通過(guò)水泥土擠密樁的施工，消除了黃土的濕陷性、基底承載力達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

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