市政隧道軟基處理施工技術(shù)

（中國市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，四川成都 610036）

1 工程概況

橫琴隧道至黑白面將軍山隧道新建工程位于珠海市。設(shè)計(jì)道路等級為城市快速路，主線設(shè)計(jì)車輛的速度為60 km/h，匝道設(shè)計(jì)速度為40 km/h。主線車道規(guī)模為雙向六車道，匝道車道規(guī)模為雙車道或單車道，路線全長2.2 km。

本項(xiàng)目全線道路基本為下穿隧道結(jié)構(gòu)形式，除了隧道地基加固或基坑加固所需外，在起點(diǎn)和終點(diǎn)局部敞口段兩側(cè)的輔道和劃歸本項(xiàng)目的晨光路部分段落需要進(jìn)行軟基處理設(shè)計(jì)，根據(jù)該項(xiàng)目的初步調(diào)查報(bào)告，選擇了一種經(jīng)濟(jì)合理的軟土地基處理設(shè)計(jì)施工方法。本項(xiàng)目的軟土地基處理范圍如下：（1）晨光路。晨光路CG K0+295.1～CG K0+543.3敞口段北側(cè)路基，CG K0+543.3～CG K0+827敞口段南北兩側(cè)路基納入本項(xiàng)目軟基處理范圍；（2）南灣大道以南。南灣大道以南至K2+040段地面輔路和K2+040～K2+191.879段全段均進(jìn)行軟基處理。

2 軟土地基特征

軟土地基壓縮變形大，強(qiáng)度低，通常是含有一定有機(jī)質(zhì)的軟土層。軟土地基特點(diǎn)如下：（1）土壤孔隙大，天然含水量高；（2）由于軟土地基孔隙較大，易于被壓縮，并且在力的作用下易于變形，導(dǎo)致地面沉降不均，從而影響隧道建設(shè)項(xiàng)目的后期運(yùn)營[1]；（3）軟土地基缺乏良好的抗剪力，若加固措施不當(dāng)，無法滿足建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及易形成安全隱患；（4）軟土地基較為敏感，容易受到外界的影響發(fā)生擾動現(xiàn)象，若出現(xiàn)壓縮或者振動現(xiàn)象，則很難恢復(fù)至其原始狀態(tài)。

3 常見的軟基處理方法及本項(xiàng)目軟基處理實(shí)踐

3.1 常見軟基處理方法簡介

3.1.1 換填法

施工過程中常采用置換技術(shù)更換軟土層厚度較小區(qū)域的軟土層，可采用穩(wěn)定性能高、強(qiáng)度高的建筑材料替換自然地質(zhì)中的軟土層，達(dá)到提高承載力的效果。采用置換技術(shù)時，需以穩(wěn)定的壓力重復(fù)壓實(shí)替換的土層，達(dá)到加固的效果，有效提高建筑結(jié)構(gòu)地基的承載力和強(qiáng)度。需要注意的是，置換過程必須結(jié)合項(xiàng)目所在地自然環(huán)境及周圍地質(zhì)情況，綜合分析置換技術(shù)實(shí)施過程，選擇合適的替換材料，用于替換的材料必須做好質(zhì)量檢測工作，保證置換后土層的強(qiáng)度和承載力滿足要求[2]。

3.1.2 排水固結(jié)法

在地基上設(shè)置垂直排水設(shè)施（如人孔或塑料排水帶等），使其逐漸承擔(dān)建筑荷載，或在建筑物建造之前對地面進(jìn)行預(yù)壓縮，排出土壤中的孔隙水，逐漸固化，從而提高地基的強(qiáng)度，此種方法稱為排水固結(jié)法。目前此方法已被廣泛應(yīng)用于處理地基的沉降、提高地基土的穩(wěn)定性，地基沉降應(yīng)在預(yù)壓期間完成或基本完成，則在道路的使用過程則幾乎不會出現(xiàn)沉降差異，可增加地基土的抗剪強(qiáng)度，提高地基的承載力和穩(wěn)定性。

實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)也表明本方法可以使非砂性土快速固結(jié)硬化，而且效果顯著有效，預(yù)壓后路基的固結(jié)度一般可以達(dá)到85%～95%。此外，排水固結(jié)法價格便宜、經(jīng)濟(jì)有效，但也存在工期較長的局限性，常見的排水固結(jié)法及特征如表1所示。

表1 排水固結(jié)法常見類型

3.1.3 注漿處理技術(shù)

灌漿技術(shù)是依據(jù)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求科學(xué)合理的配置灌漿液，利用施工壓力設(shè)備，將灌漿液灌入裂縫和軟土層中。灌漿技術(shù)的使用有利于提高隧道巖體縫隙的密封性能，保證軟土地基的強(qiáng)度和承載力，其基本原理是利用壓力設(shè)備將漿液灌入巖壁的裂縫和孔洞中，阻斷地下水對地基或建筑結(jié)構(gòu)的侵蝕，有利于圍巖與軟土地基形成整體，促進(jìn)固體整體巖體的形成，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提高巖土和軟土地基的承載力，降低不均勻沉降的可能性。灌漿前必須對灌漿液進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量檢測，保證質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求，同時，還需注意對水滲透性強(qiáng)的材料的選擇，根據(jù)注漿壓力和實(shí)際工程條件合理調(diào)整注漿工序和注漿方法，保證注漿液充分發(fā)揮作用，加固巖土和軟基。

3.1.4 復(fù)合地基法

通過加強(qiáng)地基強(qiáng)度以減少結(jié)構(gòu)不均勻沉降的目的，此方法被稱為復(fù)合地基法。常見的復(fù)合地基法：（1）水泥攪拌樁：一定程度提高地基強(qiáng)度，但處理深度有限，一般不超過15 m樁長，大直徑攪拌樁樁長可達(dá)25 m；施工速度較快。（2）旋噴樁：場地適應(yīng)能力較強(qiáng)的處理方式，類似于攪拌樁的加固土樁，施工速度快，但造價高。（3）CFG樁：樁長度不超30 m，施工工期短，可較好解決路基沉降問題。（4）強(qiáng)夯置換：適合淺層處理，適應(yīng)性較低（同動力固結(jié)法）。

復(fù)合地基是通過對天然地基進(jìn)行加固或者更換來完成地基處理，或?yàn)樘嵘馏w強(qiáng)度而在天然地基中安裝增強(qiáng)材料。人工地基由基體（天然地基土壤或改性天然地基土壤）和加強(qiáng)材料（如樁體）兩部分組成，經(jīng)過處理的這部分區(qū)域形成了地基加固區(qū)域，地基加固區(qū)域的作用荷載，由天然地基和增強(qiáng)體共同承受?？紤]本項(xiàng)目的適用性，主要對GFG樁和水泥土攪拌樁展開討論。

（1）水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁），是由各種碎石、碎石屑、沙子和粉煤灰與適量水泥和水混合制成的可變強(qiáng)度樁。在混合物中加入粉煤灰，可以提高其和易性，可以起到低標(biāo)號水泥的作用。在混合物中添加石屑，可改善碎石的級配。如果采用沙子代替樁身中的粉煤灰與石屑時，其將變成素混凝土樁。CFG樁和素混凝土樁具有很高的強(qiáng)度和剛度，可以在整個長度上發(fā)揮樁的側(cè)向摩擦阻力，并將載荷傳遞到相對較深較硬的土層上，在施工過程中，其對樁之間的土壤產(chǎn)生壓實(shí)作用，從而大大增加了地基的承載力并減少了沉降。CFG樁最大施工樁徑可以達(dá)到600 mm，不僅可穿過各種黏性土壤和砂土層，而且還能穿過較小厚度的致密、中密、飽和砂土等地層，但難以穿透礫石層和基巖，因此這種樁只能用作群樁基礎(chǔ)。

CFG樁的主要施工工序?yàn)椋浩秸麍龅亍蛉胨鼗炷翗丁鷺睹笔┕ぁ佋O(shè)土工格柵、碎石墊層→分層填筑路基土。

（2）水泥土攪拌樁。水泥土攪拌樁復(fù)合地基主要利用水泥與軟黏土中的水產(chǎn)生水介質(zhì)和水化反應(yīng)，作為反應(yīng)的結(jié)果，軟土中大量的游離水被吸收到結(jié)晶水中并固結(jié)，從而形成具有一定強(qiáng)度的樁。水泥土攪拌樁是目前最常用的軟弱地基處理的方法，對軟土地基的加強(qiáng)起著非常重要的作用。水泥黏土的固化過程與混凝土硬化過程不同。在水泥土的固化過程中，水泥由于用量較小而被黏土包圍，水泥土的固化緩慢且強(qiáng)度低，并且隨著水含量的變化而變化。而混凝土的硬化作用主要由沙子和礫石組成。混凝土硬化是骨料在水和水泥的水化作用下的固化，由于水泥用量大，固化速度快，有效提高混凝土的凝結(jié)速度，完成混凝土中砂石與水泥的結(jié)合及硬化，保證混凝土強(qiáng)度。

水泥土攪拌樁施工流程為：樁位放樣→鉆機(jī)就位→檢驗(yàn)、調(diào)整鉆機(jī)→正循環(huán)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度→打開注漿泵→反循環(huán)提鉆并噴水泥漿→至工作基準(zhǔn)面→重復(fù)攪拌下鉆并噴水泥漿至設(shè)計(jì)深度→反循環(huán)提鉆至地表→成樁結(jié)束→施工下一根樁。

3.2 本項(xiàng)目地基處理實(shí)踐

本項(xiàng)目大多數(shù)線路為下穿隧道，在下穿隧道敞口處需要對軟土地基進(jìn)行局部處理。換填法一般適用于開挖深度較小、范圍不大的地基處理，固結(jié)排水法包括很多種，屬于一種大規(guī)模的軟基礎(chǔ)處理方法，因此在本項(xiàng)目不建議使用。

根據(jù)周圍的地質(zhì)條件和其他因素，本項(xiàng)目選擇了在沿海地區(qū)廣泛使用的CFG樁和水泥土攪拌樁兩種復(fù)合地基處理方法進(jìn)行軟土地基處理，并對其經(jīng)濟(jì)適用性進(jìn)行分析，如表2所示。

表2 軟基處理方案比選表

通過對工期、造價、處理效果等因素的綜合考量，結(jié)合擬建道路的實(shí)際施工條件和狀況，最終確定隧道結(jié)構(gòu)兩側(cè)（南灣大道南至K2+40段）輔路的軟基處理選用水泥攪拌樁方案。K2+040～K2+191.879段根據(jù)等剛度原則采用剛性素混凝土樁復(fù)合地基進(jìn)行軟基礎(chǔ)處理。

4 結(jié)語

在市政公路隧道等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)中，對于地基的處理非常重要，應(yīng)該針對項(xiàng)目的具體情況科學(xué)的選用適宜的地基處理辦法來提高地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。最終，本項(xiàng)目結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工環(huán)境與地質(zhì)條件，通過采用水泥土攪拌樁施工工藝對下穿隧道局部軟土地基進(jìn)行了處理，有效增強(qiáng)了該局部地基的強(qiáng)度，減少了地基的不均勻沉降的產(chǎn)生，項(xiàng)目建成后運(yùn)行良好，無不良沉降和路面侵蝕破壞的產(chǎn)生，為相關(guān)工程提供借鑒。