隧道明挖段湿陷黄土地基处治技术

        1 工程概况 
　　某隧道设计为单洞双线隧道，线间距为5m，隧道进口里程K61+063，出口里程K61+512，全长449m，隧道进口、出口及洞身均位于直线上，隧道最大埋深39.15m，全部为黄土，设计为v级围岩。勘探深度范围内地层为第四系上更新统坡洪积新黄土，第四系中更新统洪积老黄土，隧道洞身通过地层为新黄土，浅黄色、黄褐色、坚硬～软塑，针孔发育，土质均匀，0～10m粉粒为主，10m以下黏粒为主，含白色菌丝状碳酸钙，蜗牛壳及零星钙质结核，具湿陷性。层厚38.8～39.8m，层状分布。K61+400～K61+475为明挖段，采用水泥土挤密桩+三七灰土换填夯实。 
　　2 明挖段湿陷黄土地基处治 
　　2.1 处治方案 
　　为消除隧道新黄土的湿陷性和提高地基承载力，明挖段采用三七灰土换填夯实，换填厚度为1.0m，三七灰土下采用水泥土挤密桩加固，桩径400mm，间距1.0*1.0m，桩长13.5～15m，梅花形布置。施工工序见图1。其中步骤一：按设计坡率分台阶开挖明洞，防护边坡，到达水泥搅拌土桩施工平台；按设计施工水泥搅拌土桩；开挖50cm预留土，达到设计标高，对水泥搅拌土桩进行检测，合格后进入三七灰土回填；按规范进行三七灰土回填，并压实，检测其压实度是否达到要求；三七灰土达到压实度、养护合格后，再进挖除仰拱底弧形处多填三七灰土。步骤二：进行明洞仰拱施工，对仰拱混凝土进行养护，仰拱混凝土达到强度后，再施工仰拱填充混凝土，对仰拱填充混凝土进行养护；拱填充混凝土达到强度后，施工二衬（边墙+拱部）混凝土，对二衬混凝土进行养护。 
　　2.2 施工方法 
　　2.2.1 水泥土挤密桩施工 
　　（1）试桩开始前先对地基土的含水率、饱和度，桩间土分层取样进行检测，取样深度为设计桩长，确定土样的最大干容重及湿陷系数。施工场地平整，桩机运行场地进行压实处理。置桩轴线控制桩及水准基点桩，放线定桩位，并经换手复核无误。进行土方、成孔、夯填和挤密效果试验，确定有关施工技术参数，并对试桩进行桩身压实系数、桩间土挤密系数、湿陷性检验、桩径检查等。（2）桩机就位：机械按布置好的桩位就位，沉管上刻划刻度线，桩机保持垂直，用吊锤或经纬仪检查垂直度，垂直度偏差不大于1.5%。采用锤击打桩机将与满足桩孔直径钢管打渗透土中拔管成孔，桩管顶设桩帽，下端作成60°角度锥形活动桩尖，施工前在桩架或钢管上标出控制深度标记，以便控制桩孔打入深度。（3）成孔顺序按布置图进行。成孔后清底夯实、夯平，夯实次数以试验确定，成孔后进行孔中心位移、垂直度、孔径、孔深检查，合格后进行下道工序施工。（4）水泥土拌制与运输。土料选用取土场黄土，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。试桩时的水泥土按配合比采用滚筒式搅拌机拌合，大面积施工时集中采用厂拌法，运输拌合料的车辆应进行覆盖。水泥土含水量应按照室内土工试验的结果进行严格控制，含水量低于规定值时，应采取洒水润湿进行处理，含水量高于规定值时，应采取分摊晾干进行处理。水泥土拌和好后应在6小时内使用完，研究使用隔夜的水泥土，水泥土被雨水浸泡、淋湿应报废处理，严禁使用。水泥土拌制不得在下雨时进行。在成孔时进行拌合，水泥土拌和时理论配合比为：水泥：干黄土=8：100，原状土测定实际含水量确定施工配合比。拌和后确保水泥土含水量接近最优含水量，其允许偏差不得大于±2%。混合料拌和后现场可根据“手捏成团、落地散花”判断其含水量是否合适。（5）水泥土回填夯实：水泥土分层回填夯实，逐层以量斗定量向桩孔内下料，每层回填虚铺厚度参数以试验确定，采用电动卷扬机提升式夯实机分层夯实，计划分组（锤重、落距、松铺厚度、锤击次数与λc≥0.95）。水泥土往返填夯实采用连续施工，每个桩孔一次性分层回填夯实，不得间隔停顿或隔日施工以免降低桩的承载力。 
　　2.2.2 质量控制及检验 
　　（1）施工过程中对超过规定时间的水泥土不得使用，以保证在其回填和拌和施工在其初凝时间完成，挤密桩施工严格按规定要求进行，成孔后应及时进行回填施工，并保证回填的夯实质量。（2）在成桩时，应根据观察到的桩顶隆起和地面升降情况对成桩施工工艺进行调整，以避免因桩顶隆起的而造成的断桩。（3）对施工回填夯实和成孔质量派专人负责施工监控，当出现钻孔地质情况与勘察资料不一致时应马上停止施工，通过监理报设计单位进行处理，拿到处理方案后才能施工，并对出现的问题、振动沉入时间、锤击次数、处理方法进行详细记录。（4）施工中应保证适用的水泥质量、规格和品种，土的质量符合相关规定要求，否则严禁使用。采用的黄土应较纯净，其有机质含量应小于5%。（5）挤密桩布桩形式和数量应满足设计规定要求。孔内应分层用水泥土回填夯实，保证其抽样检测压实系数大于0.95，抽样检测数量每台班应至少1根，综述应不少于全部桩数量的百分之三。干密度检测在整孔深度范围进行，每隔1m测定一次，测点位置为距孔心2/3孔半径处。对于孔之间形心点附近成孔挤密深度内，干密度测定没隔1m取土样，进行干密度、压缩试验和湿陷性试验，得到湿陷系数、干密度和最大干密度之比，每50m沿线路纵向检验3处，要求测量得到的平均挤密系数应大于0.93，桩间土最小挤密系数应不低于0.88，湿陷性应得到消除。并且应保证水泥土挤密桩的有效直径的允许偏差、垂直度、桩位复合施工规定要求。 
　　2.2.3 三七灰土换填 
　　水泥土挤密桩由明暗交界处向洞口施工，当施工完一段后，对水泥土挤密桩进行检测，检测合格后，再进行桩顶上1米的三七灰土换填。换填分区段进行，从明暗交界处向洞口施工，以便于下一步仰拱、填充及二衬的连续施作。换填步骤为：挖除预留的50cm原状土及水泥土挤密桩头至设计标高-整平清理干净杂物、虚土——分层回填压实三七灰土——检测压实度——养护——进入下一循环施工；每次开挖长度不超过8延米（栈桥12米），开挖中洞内运输从12米栈桥上通过，互不干扰；每次回填按30cm一层回填，虚铺厚度不得大于50cm，压实度不小于97%；直接填平灰土的最高顶面，养护完成后再挖除中间弧形的部分，形成仰拱的弧形底面；每两组回填搭接处需挖成台阶，台阶宽度为1m，高度为30cm，上一组压实后再挖成台阶，保证压实度；养护以覆盖厚塑料薄膜及棉被覆盖，洒水后及时覆盖，防止被雨水冲刷和冬季受冻；养护期间禁止车辆行人从上面通过，以栈桥通过；仰拱钢筋绑扎前，需在三七灰土上浇筑一层1～2cm的砂浆垫层，以保证钢筋不受污染，便于操作；压实度检测：100m每层抽检6个点，左右边界线1m处各2个点，中部2个点。 
　　3 结束语 
　　（1）水泥土桩打一孔填一孔，打孔时采用间隔打法。施工时应认真进行技术复核、检查和技术交底，严格施工管理，保证水泥土挤密桩的回填质量、排列尺寸、桩的数量、孔径满足施工和设计各项规定要求，严禁漏填和漏打。土和水泥应干湿适度、计量拌匀，施工中应该对水泥土的虚铺厚度进行严格控制。为保证水泥土挤密桩的质量，避免出现松散、夹层等质量缺陷，施工时应严格按相关规定控制好机械夯实时的锤击次数和落锤高度。（2）低温施工挤密桩时，施工现场挤密桩填料要采取下垫上盖措施，防止水分蒸发及受冻。挤密桩拌合站填料要控制好含水率，土体含水率不够加水闷料、拌料时，拌合用水需加热，防止拌合料温度太低，保证拌合料出厂温度不小于10℃。挤密桩成孔后需对孔口进行覆盖，防止雨水进入孔内，造成地基承载力下降。（3）采用上述方法，安全顺利地完成了隧道明挖段湿陷黄土地基施工，各项质量检测指标均满足规定要求，表明该方法是成功的，可供同类工程施工参考。 
　　参考文献 
　　[1]郭新生，张世群，李明昌.用水泥土挤密桩加固繁忙干线路基基床的施工工艺[J].铁道建筑，2004. 
　　[2]王长生.水泥土挤密桩施工及质量检测方法[J].铁道建筑，2004. 
　　[3]陈从兴，铁生年.灰土和土挤密桩在湿陷性黄土地基中的设计与应用[J].建筑技术，2009. 
　　[4]王随新，刘建伟，王成.水泥土挤密桩在郑西客运专线湿陷性黄土地基上的应用[J].铁道标准设计，2008. 
　　作者简介：王群理（1976-），男，汉族，本科学历，湖南长沙人，主要从事土建施工技术管理工作。