大斷面濕陷性黃土隧道地基水泥土擠密樁加固技術應用研究

王文軍

（中鐵十八局集團第一工程有限公司，河北 涿州072750）

水泥土擠密樁加固技術是一種采用挖空成孔后將水泥土料混合注入孔中，然后分層夯實的地基處理技術。同時具有加筋和擠密作用。但水泥土成樁之后，強度比較高，并且強度提升速度比較快。經過多年的發展和完善，水泥土擠密樁加固技術設計理論、施工工藝、配套設施等愈發成熟。和傳統深層攪拌樁相比，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生。主要特點為以土治土，就地取材，施工工期比較短，被廣泛應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應用進行如下分析。

一、工程概述

張家園隧道位于陜西省延安市安塞縣坪橋鎮坪橋村瓦坪生產隊，隧道最大埋深約210m，進口里程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，隨址區廣泛分布第四系砂質新黃土，濕陷系數бs=0，017～0.056。隧道進口處砂質新黃土試驗報告不具濕陷性，隧道出口處及淺埋區DK281+410～DK281+535段砂質新黃土濕陷系數бs=0，024～0.041為中等濕陷新黃土，為Ⅲ（嚴重）級自重濕陷場地。隧道淺埋區DK279+225～DK279+385段砂質新黃土濕陷系數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原理及參數設計

（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。在沉管和回填時，樁基周圍的土質會得到擠密加固，形成復合地基，從而實現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定性加固。

（二）參數設計

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厚度為0.5m左右的三七灰土地層，壓實度不低于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的應用

（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，任何一道工序控制不當，都會影響下一道工序施工質量，從而影響整體加固效果。因此，在具體施工中，必須嚴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量。

（二）放線定位

在應用水泥土擠密樁加固技術之前，需要結合工程平面設計圖紙和樁位布置圖，借助坐標控制點，精準定位每個水泥土擠密樁的具體位置，并用白灰標記，經過驗收達到設計要求之后，再進行施工，并切實做好測量記錄，樁位確定允許偏差為±5cm，樁徑和樁長不能低于設計值，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，采用了柴油打樁機錘擊，沉管法成孔。當樁機就位之后，將樁機平穩固定，接著起吊樁管，精確對準樁位，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，確認達到要求后，通過預定確定的速度、落距、錘擊沉管到設計深度。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，保證成孔質量。達到設計深度之后，立即關閉油門，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機采用偏心輪夾桿式夯實機，采用人工填料，分層回填的夯實方法。夯錘則選擇下端呈拋物線垂體形的梨形錘，錘重150Kg，夯實直徑300mm；填料前，先測量孔深是否達到設計要求，接著對孔底進行夯實，確保水泥土含水量達到最優狀態下，才可向孔內進行分層回填夯實。夯錘落間距為600～700mm，填料每層30cm夯擊8次，25～30次/min，夯擊、填料交替進行，均勻夯實，均勻下料。夯實依據試驗確定的參數連續施工，分層夯實至超過設計標高50cm時，不準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）施工質量檢測

水泥土擠密樁施工完成7～10d之后，才能進行質量檢測。樁身和樁間土形成復合地基，通過重型動力觸探和鉆機取樣法對水泥土擠密樁施工質量進行全面檢測，檢測部位要以樁中心和樁間土為準，每2點為一組，并且檢測組數不能低于總樁數的2‰，最小不能低于3根。樁間土消除濕陷性，濕陷性系數要低于0.015，樁間的土層平均擠密系數大于93%，復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取土樣進行干密度檢測，檢測點距孔心2/3的位置。

樁間土檢測：在水泥土擠密樁之間中心點的附近，成孔擠密深度范圍內，每1.0m抽取土樣進行濕陷性、干密度、壓縮檢測試驗。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。

復合地基承載力檢測：需用平板荷載試驗檢測確定。

水泥土擠密樁垂直度、有效直徑允許偏差等數據需全部達到表1的標準要求：

表1 水泥土擠密樁施工允許偏差、檢測數量、檢測方法表

四、施工效果分析

張家園隧道經過水泥土擠密樁加固技術處理之后，質量檢測結果如表2所示：

表2 水泥土擠密樁加固質量檢測結果表

從表2中可以看出，本工程大斷面濕陷性黃土隧道地基，經過水泥土擠密樁加固技術處理之后，地基濕陷性基本消除，達到0.008，遠小于設計標準的0.015，且地基剛度比較均勻；樁體壓實系數為1.21，遠大于設計標準的0.97；復合地基承載力達到312.6KPa，也大于設計的200KPa；擠密系數為0.98，遠遠大于設計的0.93。表明通過水泥土擠密樁加固技術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施工工藝比較簡單，但在施工之前，需要進行工藝性試驗施工，并合理確定施工工藝和控制參數。確保水泥土拌合及回填在初凝之前完成，配制若超過6h嚴禁使用，要重新配制。

第二，在具體施工中，一旦發現地基土質和勘察結果不相符，要立即停止施工，對振動沉入時間、錘擊次數及發生問題的原因、處理方式都需記錄詳細。

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生斷樁，需立即對成樁工藝進行調整。

第四，水泥土擠密樁施工屬隱蔽性工程，施工過程必須嚴格執行三檢制度，施工現場經監理工程師確認合格后，才可轉入后序施工。

結束語

綜上所述，本文結合工程實例，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應用，分析結果表明，大斷面濕陷性黃土是隧道工程施工中比較常見的地質，需要進行科學合理的處理，否則會影響施工質量。水泥土擠密樁加固技術作為一種隧道地基處理技術，將其應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，滿足施工及后期運營的要求，值得大范圍推廣應用。