某湿陷性黄土铁路隧道地基加固处理的技术建议

　　1.某湿陷性黄土铁路隧道地基沉降现状分析

 

　　某铁路隧道工程的地质勘察报告显示，K52～65标段的施工区域内，地基土体在有浸水迹象，使得土体结构受到严重破坏，且有明显的下沉趋势，经试验获悉本标段地基土体属于湿陷性黄土，要求进一步加固工程的地基。为提供更为精准的施工数据，勘察掌握了本标段湿陷性黄土的物理性质、力学性质和荷载性质等，具体如下：

 

　　1.1物理性质

 

　　施工区域内湿陷性黄土颗粒均在0.005mm之内，由粉粒、砂粒、粘粒组成，平均含量分别为63%、21%、17%。其中包括孔隙比、天然含水量、液限均为影响黄土湿陷性特征的重要指标：孔隙比，平均值为1.05，以1-1.1范围内居多；天然含水量，远远超出湿陷性的最低含水量，这一点与区域内的黄土分布特征息息相关；液限，超过30%，可推测湿陷性较弱，属于自重型的湿陷性黄土。

 

　　1.2力学性质

 

　　由于湿陷性黄土的压缩性、抗剪切强度，对地基稳固性影响最为直接，因此本工程对于湿陷性黄土的力学性质判断，也应该倾向于这两点。其中压缩性在0.1-1Mpa-1范围内，早期黄土呈中等偏低特征，后晚期黄土呈中等偏高特征，新近堆积黄土呈高压缩性特征；抗剪切强度，现场黄土的含水量，在塑限以内，使得地基土体抗剪切强度，受到水分变化很大的影响，期间某些黄土含水量相同，但干重度与抗剪强度呈正比上升状态，且在浸水后，湿陷性黄土又会出现大幅度降低情况。

 

　　1.3荷载性质

 

　　铁路隧道列车行驶，对地基土体的荷载性能具有比较高的要求，为掌握本标段湿陷性黄土地基与列车行驶时地基土体实际荷载性能要求的差距，在此按照30m的纵向计算长度、11.65m横向均布长度、0.8动力系数、0.4m道板厚度、9.8kN/㎡道板重度、0.729kN/m轨道重度，试验确定包括列车荷载、列车均布荷载、列车均布应力、道板荷载、轨道荷载、轨道及道板均布应力等在内的总体均布力为33.85Kpa，并以此作为湿陷性黄土地基加固处于施工的重点参数。

 

　　2.案例铁路隧道地基加固处理的技术建议

 

　　在了解案例铁路隧道湿陷性黄土地基沉降现象的基础上，根据本标段湿陷性黄土的物理性质、力学性质和荷载性质，现分别对隧道洞口斜切段、洞身暗挖段、桥隧相连段的地基进行加固处理，具体的技术建议如下：

 

　　2.1洞口斜切段加固

 

　　在隧道的出口和进口斜切段，两步骤加固处理地基，一是将仰拱底部的湿陷性黄土，以三七灰土进行换填，从明洞边墙底部开始，直至湿陷性黄土深度1.9m，湿陷性黄土都需要置换，其中仰拱底部与换填土基底距离为1m；二是在换填湿陷性黄土之后，以梅花型布置桩径φ50的水泥土桩，桩基的深度，从换填土基底伸入老黄土底部2m，明洞边墙正下方的桩基间距按1m×1m布置，隧道曲仰拱正下方的桩基间距按1.2m×1.2m布置。除此之外，还需要在洞口边、仰坡、地表等位置设置喷锚网+土钉防护体，标出具体的锚杆孔位，锚固后铺设20cm×20cm钢筋网，将其与锚杆焊为整体，再喷射25cm厚的C20砼，直至边坡和仰坡度区域稳定状态。加固后，分别在隧道出口斜切段和入口斜切段，布置5个监测点，掌握两个位置的施作结构沉降、轨道道板荷载沉降、列车荷载沉降、轨道与列车总沉降情况。监测结果显示，洞口斜切段地基加固后，出口斜切段和入口斜切段的地基竖向沉降，分别降至8.9mm和6.6mm，在客专沉降允许值15mm范围内，确定地基加固后满足铁路路线的平顺性要求。

 

　　2.2洞身暗挖段加固

 

　　考虑到洞身暗挖段的桩基时，对周围可能产生“挤土效应”影响，另外在桩基施工区域，存在地下水渗流现象，而地面排水条件有限，因此挤土量标准过低，再加上桩基的朝向、刚度、埋置深度等，都低于基本标准，以致挤土现象明显，为此本洞身暗挖段设置了多个观测点，同时将桩径φ50水泥土挤密桩插入加固区域内，直至其底部老黄土的2m深度，桩基以梅花型布置，每根桩基保持1m的间距，在隧道仰拱两侧的基底，桩基按照1m×1m布置，处理宽度4m，而在隧道中心位置，由于基底应力小于仰拱两侧，因此桩基可按1.2m×1.2m布置，处理宽度4.1m。为把关洞身暗挖段地基加固处理质量，加固后利用三维模型网格，同时进出口洞身暗挖段分别布置5个监测点，分析轨道道板荷载沉降、列车荷载沉降、轨道与列车总沉降等情况。监测结果显示地基处理后，无论是轨道道板和轨重，还是列车静动荷载，均不会明显导致隧道洞身暗挖段的竖向沉降，其沉降平均值在4.74mm左右，在客专沉降允许值15mm范围内，确定地基加固后满足铁路路线的平顺性要求。

 

　　2.3桥隧相连段加固

 

　　在桥隧相连段加固时，要考虑工程桩基施工的振动影响。一般情况下，振动效应除了噪音的空气振动影响外，土体振动同样对周围环境产生极大的影响，尤其是在桩基施工过程中，地基底部间断出现瞬时的激振，而各个质点受到振动后，会将振源产生的振动效应，传送到周围的地层空间中，产生不同程度的正应力应变和剪应力应变，一旦土体受到的瞬间振动荷载，超过本身的极限值，就会出现地基基础及隧道上部构件失稳的现象，严重时可能导致隧道的坍塌。再加上本工程桥隧相连段的湿陷性黄土地基分布更为复杂，因此，笔者认为本工程桥隧相连段的加固，需要全方位掌握岩土的结构和性质，同时保证所采用的桩基形式、机具设备和组织方案等，能够有效克服地层中复杂的振动，同时考虑隧道与桥梁桥台之间刚度的匹配情况，以及在明洞边墙底部，至下方1.5m的深度，利用三七灰土将标定范围内的湿陷性黄土置换出，随后进行群桩试验，确定原地面以内1m位置的桩间土挤密系数，发现桩周围土体约束不大，不同时间段成桩的桩，后期成桩基本会受到前期成桩的影响，从而影响桩体直径的一致性保持，为此笔者建议在仰拱底部设置C25钢筋混凝土托板，再将φ50水泥土挤密桩伸入底部老黄土2m的深度，进行地基的加固，加固所用的桩基，呈梅花型布置，其中在仰拱两侧的桩基，左侧处理宽度2.78m，后侧处理宽度3.08m，均按1m×1m布置，而仰拱中心下方的桩基，按1.2m×1.2m布置，处理宽度10.14m。

 

　　3.结束语