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，介紹隧道內水泥土擠密樁的施作方式，解決隧道內空間狹小，場地受限，采用小型設備進行地基處理，根據現場的試驗檢測結果，分析水泥土擠密樁施工時對隧道初支結構的影響，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境內，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

隧道地層巖性為第四系上更新系新統坡洪積Q3砂質新黃土與黏質新黃土V級圍巖。該層黃土土質結構疏松，空隙垂直節理發育，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，隧道產生較大沉降。

2 地基處理設計參數及處理要求

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，灰土墊層壓實系數不小于0.95。樁間土消除濕陷性，濕陷性系數不大于0.015，樁間土平均擠密系數不小于0.93，最小擠密系數不小于0.88，地基承載力不小于200kPa。樁身材料采用水泥土，當地基土天然含水量普遍小于10%，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，并向孔內分層回填水泥土，利用重錘下落產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。根據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，經檢驗無誤后，埋設PVC管，預留孔位，待初支結束回填后，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下臺階底面空間施工，施工時應結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，調平、固定打樁機機架，保證成孔過程機架平穩，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，將鏟內土抖落到下放空地或小推車內運出。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，經實測孔徑為40cm～43cm。

4.2.4 水泥土回填夯實

成孔后經檢測孔的各項指標合后及時夯填，嚴格根據工藝性試驗所確定的施工參數進行施工，每層填筑高度35cm±2cm，每層夯擊次數為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 質量檢測

水泥土擠密樁的質量檢驗包括樁身質量、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。

樁身質量可采用成樁7～14天后采用重型動力觸探、鉆孔取樣方法對樁身質量進行檢驗，檢驗數量不少于總樁數的2‰，且不少于3根；在全樁長范圍內，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。

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，沿線路縱向連續每50m檢驗不少于3處；在樁間形心處、成樁擠密深度范圍內采用鉆機取樣，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、平均擠密系數和濕陷性系數。

承載力檢驗在成樁28天后采用平板載荷試驗，檢驗數量不少于總樁數的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量，應遵循以下施工要點進行施工：

（1）正式施工前必須根據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。當地基處理效果達不到設計要求時，需對樁間距進行反復調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，分4個層次進行施工；（3）打樁機就位后要保持平穩，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；水泥土回填夯實采用連續施工，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量與時間，發現問題及時處理。

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、土體處于硬塑狀態時，重錘沖擊振動可能對隧道初期支護和黃土土體產生不利影響。為保證施工的質量與安全，對其產生的沖擊振動進行了監測與結果分析。振動監測結果表明：在成孔、成樁過程中，單機強夯作業時，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。自樁頂以下1m范圍內，振動速率最大值可達7cm/s，在1～4m范圍內，振動速率最大值為4～5cm/s，均產生了較大振動速率，4m以下則基本滿足規范要求。對初期支護結構的監測結果顯示，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，即隧道內施工水泥土擠密樁時對隧道初期支護結構安全、溫度性影響較小。

根據振動監測結果，為消除對隧道結構安全的不利因素，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范圍內進行成孔和強夯回填作業；（4）回填夯實水泥土時，沖擊次數以滿足要求為準，不能盲目增加沖擊次數，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 結語

隧道內施工擠密樁由于空間狹小，場地受限，常規的水泥土擠密樁設備無法使用，本隧道根據實際情況采用了小型設備并輔以監控量測，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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[2]TB 10106-2010，鐵路工程地基處理技術規程[S].

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