大斷面濕陷性黃土隧道地基水泥土擠密樁加固技術(shù)應(yīng)用研究

王文軍

（中鐵十八局集團(tuán)第一工程有限公司，河北 涿州072750）

水泥土擠密樁加固技術(shù)是一種采用挖空成孔后將水泥土料混合注入孔中，然后分層夯實(shí)的地基處理技術(shù)。同時具有加筋和擠密作用。但水泥土成樁之后，強(qiáng)度比較高，并且強(qiáng)度提升速度比較快。經(jīng)過多年的發(fā)展和完善，水泥土擠密樁加固技術(shù)設(shè)計(jì)理論、施工工藝、配套設(shè)施等愈發(fā)成熟。和傳統(tǒng)深層攪拌樁相比，可有效杜絕深層攪拌不均勻造成的樁身缺陷及斷樁問題發(fā)生。主要特點(diǎn)為以土治土，就地取材，施工工期比較短，被廣泛應(yīng)用在大斷面濕陷性黃土隧道地基處理中?；诖?，文章以張家園隧道為例，對大斷面濕陷性黃土隧道地基水泥土擠密樁加固技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行如下分析。

一、工程概述

張家園隧道位于陜西省延安市安塞縣坪橋鎮(zhèn)坪橋村瓦坪生產(chǎn)隊(duì)，隧道最大埋深約210m，進(jìn)口里程DK275+416，出口里程DK281+704，全長6288m，為單洞雙線隧道。隧道地處中朝古地臺陜甘寧臺伊陜斜坡區(qū)，隨址區(qū)廣泛分布第四系砂質(zhì)新黃土，濕陷系數(shù)бs=0，017～0.056。隧道進(jìn)口處砂質(zhì)新黃土試驗(yàn)報(bào)告不具濕陷性，隧道出口處及淺埋區(qū)DK281+410～DK281+535段砂質(zhì)新黃土濕陷系數(shù)бs=0，024～0.041為中等濕陷新黃土，為Ⅲ（嚴(yán)重）級自重濕陷場地。隧道淺埋區(qū)DK279+225～DK279+385段砂質(zhì)新黃土濕陷系數(shù)бs=0.041為中等濕陷新黃土，為Ⅰ（輕微）級非自重濕陷場地。

二、水泥土擠密樁加固技術(shù)原理及參數(shù)設(shè)計(jì)

（一）原理

利用沉管法在大斷面濕陷性黃土中成孔，然后在孔中分層回填水泥土，逐層夯實(shí)。在沉管和回填時，樁基周圍的土質(zhì)會得到擠密加固，形成復(fù)合地基，從而實(shí)現(xiàn)對大斷面濕陷性黃土沉降、變形、位移的有效控制，促使大斷面濕陷性黃土隧道地基長期得到穩(wěn)定性加固。

（二）參數(shù)設(shè)計(jì)

在本工程施工中，水泥土擠密樁呈梅花樁布置，間距為1.0mX1.0m，樁徑為40cm，長度為6.0m。采用水泥土混合料。地基含水量低于10%時，水泥土擠密樁施工之前，通過人工增濕的方法，提升擠密效果。加固深度到濕陷層分界線之下0.5m，但最大不能超過12m，最小不能小于6m。如果采用明挖施工，則水泥土擠密樁的加固深度為6m，并在水泥土擠密樁頂部鋪設(shè)厚度為0.5m左右的三七灰土地層，壓實(shí)度不低于95%。水泥土擠密樁平面布置圖見圖1。

圖1 水泥土擠密樁平面布置圖

三、水泥土擠密樁加固技術(shù)的應(yīng)用

（一）施工工序

水泥土擠密樁加固施工工序如圖2所示：

圖2 水泥土擠密樁加固施工工序圖

從圖2可以看出，水泥土擠密樁加固施工工序共分為8步，雖然工序比較少，但每道工序之間息息相關(guān)，任何一道工序控制不當(dāng)，都會影響下一道工序施工質(zhì)量，從而影響整體加固效果。因此，在具體施工中，必須嚴(yán)格按照水泥土擠密樁加固施工工序開展施工工作，并保證各道工序施工質(zhì)量。

（二）放線定位

在應(yīng)用水泥土擠密樁加固技術(shù)之前，需要結(jié)合工程平面設(shè)計(jì)圖紙和樁位布置圖，借助坐標(biāo)控制點(diǎn)，精準(zhǔn)定位每個水泥土擠密樁的具體位置，并用白灰標(biāo)記，經(jīng)過驗(yàn)收達(dá)到設(shè)計(jì)要求之后，再進(jìn)行施工，并切實(shí)做好測量記錄，樁位確定允許偏差為±5cm，樁徑和樁長不能低于設(shè)計(jì)值，垂直度的允許偏差為1.5%。

（三）成孔

本工程水泥土擠密樁成孔時，采用了柴油打樁機(jī)錘擊，沉管法成孔。當(dāng)樁機(jī)就位之后，將樁機(jī)平穩(wěn)固定，接著起吊樁管，精確對準(zhǔn)樁位，并在樁錘和樁管之間墊好緩存材料，避免損壞樁管，利用樁錘下落形成的沖擊能，將樁管打入土層中。在樁尖入土之前，要緩慢輕敲，入土1～2m之后，檢測垂直度是否在允許偏差中，確認(rèn)達(dá)到要求后，通過預(yù)定確定的速度、落距、錘擊沉管到設(shè)計(jì)深度。在成孔過程中，樁孔垂直偏差要低于1.5%，如果超過1.5%，則要拔管重打，保證成孔質(zhì)量。達(dá)到設(shè)計(jì)深度之后，立即關(guān)閉油門，然后勻速拔出沉管。

（四）水泥土拌合

本工程水泥土選擇廠拌方式，對選擇的土進(jìn)行篩選，水泥摻入量控制在土量12%～20%之間，將二者充分拌合。通過自卸式運(yùn)輸車送到施工位置。水泥土拌合要遵循隨拌隨用的原則，已經(jīng)拌合好水泥土，放置時間不能超過6h，更不能淋雨，浸泡。

（五）成樁

水泥土擠密樁填料夯實(shí)機(jī)采用偏心輪夾桿式夯實(shí)機(jī)，采用人工填料，分層回填的夯實(shí)方法。夯錘則選擇下端呈拋物線垂體形的梨形錘，錘重150Kg，夯實(shí)直徑300mm；填料前，先測量孔深是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，接著對孔底進(jìn)行夯實(shí)，確保水泥土含水量達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)下，才可向孔內(nèi)進(jìn)行分層回填夯實(shí)。夯錘落間距為600～700mm，填料每層30cm夯擊8次，25～30次/min，夯擊、填料交替進(jìn)行，均勻夯實(shí)，均勻下料。夯實(shí)依據(jù)試驗(yàn)確定的參數(shù)連續(xù)施工，分層夯實(shí)至超過設(shè)計(jì)標(biāo)高50cm時，不準(zhǔn)間隔停頓及隔日施工避免降低樁的承載力。擠密樁成樁效果圖見圖3。

圖3 擠密樁效果圖

（六）施工質(zhì)量檢測

水泥土擠密樁施工完成7～10d之后，才能進(jìn)行質(zhì)量檢測。樁身和樁間土形成復(fù)合地基，通過重型動力觸探和鉆機(jī)取樣法對水泥土擠密樁施工質(zhì)量進(jìn)行全面檢測，檢測部位要以樁中心和樁間土為準(zhǔn)，每2點(diǎn)為一組，并且檢測組數(shù)不能低于總樁數(shù)的2‰，最小不能低于3根。樁間土消除濕陷性，濕陷性系數(shù)要低于0.015，樁間的土層平均擠密系數(shù)大于93%，復(fù)合地基承載力要高于200KPa。具體檢測方法如下：

樁身密度檢測：在全部孔深中，每1.0m取土樣進(jìn)行干密度檢測，檢測點(diǎn)距孔心2/3的位置。

樁間土檢測：在水泥土擠密樁之間中心點(diǎn)的附近，成孔擠密深度范圍內(nèi)，每1.0m抽取土樣進(jìn)行濕陷性、干密度、壓縮檢測試驗(yàn)。確定樁間土干密度和最大干密度之間的比值，也就是最小干密度系數(shù)。

復(fù)合地基承載力檢測：需用平板荷載試驗(yàn)檢測確定。

水泥土擠密樁垂直度、有效直徑允許偏差等數(shù)據(jù)需全部達(dá)到表1的標(biāo)準(zhǔn)要求：

表1 水泥土擠密樁施工允許偏差、檢測數(shù)量、檢測方法表

四、施工效果分析

張家園隧道經(jīng)過水泥土擠密樁加固技術(shù)處理之后，質(zhì)量檢測結(jié)果如表2所示：

表2 水泥土擠密樁加固質(zhì)量檢測結(jié)果表

從表2中可以看出，本工程大斷面濕陷性黃土隧道地基，經(jīng)過水泥土擠密樁加固技術(shù)處理之后，地基濕陷性基本消除，達(dá)到0.008，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的0.015，且地基剛度比較均勻；樁體壓實(shí)系數(shù)為1.21，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的0.97；復(fù)合地基承載力達(dá)到312.6KPa，也大于設(shè)計(jì)的200KPa；擠密系數(shù)為0.98，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)的0.93。表明通過水泥土擠密樁加固技術(shù)適宜于大斷面濕陷性黃土隧道地基處理，加固效果明顯。

五、施工體會

第一，雖然水泥土擠密樁加固技術(shù)施工工藝比較簡單，但在施工之前，需要進(jìn)行工藝性試驗(yàn)施工，并合理確定施工工藝和控制參數(shù)。確保水泥土拌合及回填在初凝之前完成，配制若超過6h嚴(yán)禁使用，要重新配制。

第二，在具體施工中，一旦發(fā)現(xiàn)地基土質(zhì)和勘察結(jié)果不相符，要立即停止施工，對振動沉入時間、錘擊次數(shù)及發(fā)生問題的原因、處理方式都需記錄詳細(xì)。

第三，在成樁過程中，隨時觀測樁頂上升和地面升降，若遇樁頂上升過大可能發(fā)生斷樁，需立即對成樁工藝進(jìn)行調(diào)整。

第四，水泥土擠密樁施工屬隱蔽性工程，施工過程必須嚴(yán)格執(zhí)行三檢制度，施工現(xiàn)場經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)合格后，才可轉(zhuǎn)入后序施工。

結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了大斷面濕陷性黃土隧道地基水泥土擠密樁加固技術(shù)應(yīng)用，分析結(jié)果表明，大斷面濕陷性黃土是隧道工程施工中比較常見的地質(zhì)，需要進(jìn)行科學(xué)合理的處理，否則會影響施工質(zhì)量。水泥土擠密樁加固技術(shù)作為一種隧道地基處理技術(shù)，將其應(yīng)用在大斷面濕陷性黃土隧道地基中，可有效消除地基濕陷性，提升地基承載力，滿足施工及后期運(yùn)營的要求，值得大范圍推廣應(yīng)用。