某濕陷性黃土鐵路隧道地基加固處理的技術建議

劉偉

摘要：黃土的濕陷性特點，給鐵路隧道正常施工帶來一定的影響，正面要求鐵路隧道工程采取有效的地基加固處理技術。文章將以某濕陷性黃土鐵路隧道工程為例，在了解該工程地基沉降現象的基礎上，深入研討該工程地基加固處理技術的應用方法。

關鍵詞：鐵路隧道，濕陷性黃土，地基加固

1.某濕陷性黃土鐵路隧道地基沉降現狀分析

某鐵路隧道工程的地質勘察報告顯示，K52～65標段的施工區域內，地基土體在有浸水跡象，使得土體結構受到嚴重破壞，且有明顯的下沉趨勢，經試驗獲悉本標段地基土體屬于濕陷性黃土，要求進一步加固工程的地基。為提供更為精準的施工數據，勘察掌握了本標段濕陷性黃土的物理性質、力學性質和荷載性質等，具體如下：

1.1物理性質

施工區域內濕陷性黃土顆粒均在0.005mm之內，由粉粒、砂粒、粘粒組成，平均含量分別為63%、21%、17%。其中包括孔隙比、天然含水量、液限均為影響黃土濕陷性特征的重要指標：孔隙比，平均值為1.05，以1-1.1范圍內居多；天然含水量，遠遠超出濕陷性的最低含水量，這一點與區域內的黃土分布特征息息相關；液限，超過30%，可推測濕陷性較弱，屬于自重型的濕陷性黃土。

1.2力學性質

由于濕陷性黃土的壓縮性、抗剪切強度，對地基穩固性影響最為直接，因此本工程對于濕陷性黃土的力學性質判斷，也應該傾向于這兩點。其中壓縮性在0.1-1Mpa-1范圍內，早期黃土呈中等偏低特征，后晚期黃土呈中等偏高特征，新近堆積黃土呈高壓縮性特征；抗剪切強度，現場黃土的含水量，在塑限以內，使得地基土體抗剪切強度，受到水分變化很大的影響，期間某些黃土含水量相同，但干重度與抗剪強度呈正比上升狀態，且在浸水后，濕陷性黃土又會出現大幅度降低情況。

1.3荷載性質

鐵路隧道列車行駛，對地基土體的荷載性能具有比較高的要求，為掌握本標段濕陷性黃土地基與列車行駛時地基土體實際荷載性能要求的差距，在此按照30m的縱向計算長度、11.65m橫向均布長度、0.8動力系數、0.4m道板厚度、9.8kN/㎡道板重度、0.729kN/m軌道重度，試驗確定包括列車荷載、列車均布荷載、列車均布應力、道板荷載、軌道荷載、軌道及道板均布應力等在內的總體均布力為33.85Kpa，并以此作為濕陷性黃土地基加固處于施工的重點參數。

2.案例鐵路隧道地基加固處理的技術建議

在了解案例鐵路隧道濕陷性黃土地基沉降現象的基礎上，根據本標段濕陷性黃土的物理性質、力學性質和荷載性質，現分別對隧道洞口斜切段、洞身暗挖段、橋隧相連段的地基進行加固處理，具體的技術建議如下：

2.1洞口斜切段加固

在隧道的出口和進口斜切段，兩步驟加固處理地基，一是將仰拱底部的濕陷性黃土，以三七灰土進行換填，從明洞邊墻底部開始，直至濕陷性黃土深度1.9m，濕陷性黃土都需要置換，其中仰拱底部與換填土基底距離為1m；二是在換填濕陷性黃土之后，以梅花型布置樁徑φ50的水泥土樁，樁基的深度，從換填土基底伸入老黃土底部2m，明洞邊墻正下方的樁基間距按1m×1m布置，隧道曲仰拱正下方的樁基間距按1.2m×1.2m布置。除此之外，還需要在洞口邊、仰坡、地表等位置設置噴錨網+土釘防護體，標出具體的錨桿孔位，錨固后鋪設20cm×20cm鋼筋網，將其與錨桿焊為整體，再噴射25cm厚的C20砼，直至邊坡和仰坡度區域穩定狀態。加固后，分別在隧道出口斜切段和入口斜切段，布置5個監測點，掌握兩個位置的施作結構沉降、軌道道板荷載沉降、列車荷載沉降、軌道與列車總沉降情況。監測結果顯示，洞口斜切段地基加固后，出口斜切段和入口斜切段的地基豎向沉降，分別降至8.9mm和6.6mm，在客專沉降允許值15mm范圍內，確定地基加固后滿足鐵路路線的平順性要求。

2.2洞身暗挖段加固

考慮到洞身暗挖段的樁基時，對周圍可能產生“擠土效應”影響，另外在樁基施工區域，存在地下水滲流現象，而地面排水條件有限，因此擠土量標準過低，再加上樁基的朝向、剛度、埋置深度等，都低于基本標準，以致擠土現象明顯，為此本洞身暗挖段設置了多個觀測點，同時將樁徑φ50水泥土擠密樁插入加固區域內，直至其底部老黃土的2m深度，樁基以梅花型布置，每根樁基保持1m的間距，在隧道仰拱兩側的基底，樁基按照1m×1m布置，處理寬度4m，而在隧道中心位置，由于基底應力小于仰拱兩側，因此樁基可按1.2m×1.2m布置，處理寬度4.1m。為把關洞身暗挖段地基加固處理質量，加固后利用三維模型網格，同時進出口洞身暗挖段分別布置5個監測點，分析軌道道板荷載沉降、列車荷載沉降、軌道與列車總沉降等情況。監測結果顯示地基處理后，無論是軌道道板和軌重，還是列車靜動荷載，均不會明顯導致隧道洞身暗挖段的豎向沉降，其沉降平均值在4.74mm左右，在客專沉降允許值15mm范圍內，確定地基加固后滿足鐵路路線的平順性要求。

2.3橋隧相連段加固

在橋隧相連段加固時，要考慮工程樁基施工的振動影響。一般情況下，振動效應除了噪音的空氣振動影響外，土體振動同樣對周圍環境產生極大的影響，尤其是在樁基施工過程中，地基底部間斷出現瞬時的激振，而各個質點受到振動后，會將振源產生的振動效應，傳送到周圍的地層空間中，產生不同程度的正應力應變和剪應力應變，一旦土體受到的瞬間振動荷載，超過本身的極限值，就會出現地基基礎及隧道上部構件失穩的現象，嚴重時可能導致隧道的坍塌。再加上本工程橋隧相連段的濕陷性黃土地基分布更為復雜，因此，筆者認為本工程橋隧相連段的加固，需要全方位掌握巖土的結構和性質，同時保證所采用的樁基形式、機具設備和組織方案等，能夠有效克服地層中復雜的振動，同時考慮隧道與橋梁橋臺之間剛度的匹配情況，以及在明洞邊墻底部，至下方1.5m的深度，利用三七灰土將標定范圍內的濕陷性黃土置換出，隨后進行群樁試驗，確定原地面以內1m位置的樁間土擠密系數，發現樁周圍土體約束不大，不同時間段成樁的樁，后期成樁基本會受到前期成樁的影響，從而影響樁體直徑的一致性保持，為此筆者建議在仰拱底部設置C25鋼筋混凝土托板，再將φ50水泥土擠密樁伸入底部老黃土2m的深度，進行地基的加固，加固所用的樁基，呈梅花型布置，其中在仰拱兩側的樁基，左側處理寬度2.78m，后側處理寬度3.08m，均按1m×1m布置，而仰拱中心下方的樁基，按1.2m×1.2m布置，處理寬度10.14m。

3.結束語

綜上所述，鐵路隧道濕陷性黃土一般有浸水跡象，使得土體結構受到嚴重破壞，且有明顯的下沉趨勢，為創造有利的施工環境，在施工之前，需要通過勘察掌握濕陷性黃土的物理性質、力學性質和荷載性質等，以提供更為精準的施工數據。文章通過研究，基本明確了案例鐵路隧道濕陷性黃土地基加固處理的方法，其中重點分析了洞口斜切段、洞身暗挖段、橋隧相連段的地基加固處理方法，但考慮到不同鐵路隧道濕陷性黃土地基加固處理要求和條件的差異性，要求以上方法在其他工程中應用時，緊扣相關工程的地基加固處理情況，予以靈活地參考借鑒。

參考文獻

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