浅谈隧道湿陷性黄土地基水泥土挤密桩加固处理技术

王波

【摘 要】本文以蒙西至华中地区铁路煤运通道工程为例，对隧道内湿陷性黄土地基进行水泥土挤密桩加固处理技术作详细分析，并对挤密桩的质量检测和控制进行了描述。

【关键词】湿陷性；黄土隧道；水泥土挤密桩；地基加固；施工技术

当隧道穿越软弱黄土地质时，因黄土成分以粉粒为主，同时含有砂粒和黏粒，其结构疏松，孔隙较发育，受地下水影响程度较大。且部分黄土地层湿陷性极为明显，因此在濕陷性黄土隧道施工过程中，如基底不进行加固处理，将导致基底失稳、大沉降、初期支护变形、塌方等病害。

1 工程概况

笔者所述麻科义隧道，位于延安市宝塔区及延长县境内。隧道起讫里程DK358+192.4～DK366+920.95，隧道正线全长为8728.55m，为单洞双线隧道，最大埋深234m，最浅埋深8m（距洞口300m附近），隧道地表大部分地区覆盖厚层黄土。隧道所在区域的大地构造部位属于陕甘宁台坳（又称鄂尔多斯盆地）东南翼部，是一个基底硬化程度很高、比较标准的稳定地块，经历多旋回构造发展，最终形成的具有多次坳陷叠加的中生代盆地。

麻科义隧道纵断面图揭示：隧道穿越黄土地层，黏质老黄土，砂质新黄土。隧道砂质新黄土含水率低，呈松散结构；黏质老黄土呈大块状压密结构。

黄土隧道施工时，具有两大特点：一是，黄土隧道洞身开挖后，拱顶及局部应力集中过大，拱顶沉降较大，隧道结构易失稳，造成塌方；二是，湿陷性黄土隧道基底遇水易破坏，地基承载力下降。

麻科义隧道穿越黄土地段基底处理措施主要采用水泥土挤密桩处理，各段处理措施见表1。

2 水泥土挤密桩加固原理

水泥土挤密桩采用机械成孔工艺，选择相对单一的土质材料与水泥按一定配合比充分均匀拌制水泥土，分层向孔内回填并强力夯击制成均质水泥土桩，桩及桩间土共同形成复合性地基，消除黄土湿陷性，提高地基承载力；

其原理是利用成孔和分层夯实水泥土时的侧向挤压作用挤密桩间土，一定程度提高桩周土强度；夯实成桩过程中，水泥与土混合后产生了离子交换等一系列物理化学反应，使桩体本身具有较高强度和水硬性，明显提高了地基强度和抗变形能力。

3 水泥土挤密桩施工参数及设备配备

（1）隧道出口水泥土挤密桩分布于DK366+516～DK366+589（2～6m水泥土挤密桩）、DK366+589～DK366+782（6m水泥土挤密桩）、DK366+782～DK366+920.95（12m水泥土挤密桩）范围内。

水泥土挤密桩设计参数为：直径0.4m，纵横向间距1m，梅花形布置，桩长根据具体情况而定，但桩底深入老黄土层不少于0.5m。

通过试桩试验确定施工使用机械、锤落距、分层回填压实厚度是否符合施工工艺要求。根据试验室击实试验确定水泥用量为15%，夯实锤重量0.6t，落锤高度不小于2m。

（2）每工点配置洛阳铲（JKL2型）1套、夯机（JKL2型）1套、铁锹4把、量斗（1m3）1台、DSA320型水准仪1台、莱卡TS-06型全站仪1台、手推车2辆。

4 水泥土挤密桩施工工法

4.1 施工工艺流程图

4.2 施工工法

（1）处理区段地基土含水量宜接近最优含水率或塑限，当土含水率低于12%时，特别是在整个处理深度范围内的含水量普遍很低时，宜对该范围内土层进行增湿。增湿处理应在地基处理前4～6d完成，需增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔均匀地渗入处理范围的土层中。

（2）洛阳铲就位，使铲尖对准桩位，调平洛阳铲机架，使铲保持垂直，确保垂直度偏差不大于1.5%（见图2洛阳铲调整就位）。

（3）成孔工艺：采用洛阳铲反复冲击成孔。成孔后清底夯实、夯平，夯实次数不小于8击，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或用盖板盖住孔口防止杂物落入。（见图3洛阳铲冲击成孔）

（4）填料的拌制与运输

水泥土采用过筛拌和，随伴随用，拌和均匀，色泽一致，无灰团、灰条和花面现象。各种用料计量准确，配合比符合设计值。已拌和完成的水泥土不得超过6小时或隔夜使用，被雨水淋湿、浸泡水泥土严禁使用按作废处理，下雨期间不得进行水泥土拌制。

（5）水泥土回填夯实

成孔后及时夯填，回填过程中不宜间隔停顿或隔日施工。在向孔内填料前先夯实孔底。

水泥土分层回填夯实，逐层以量斗定量向桩孔内下料，采用电动卷扬机提升式夯实锤分层夯实，夯填前测量成孔深度、孔径，作好记录。（见图4、分层回填夯实）

5 水泥土挤密桩质量控制及检验

5.1 质量控制

水泥土挤密桩施工过程，应确保场地排水通畅，所选土料有机质含量不超过5%，且不含有杂土、冻土或砖、瓦石块等成分；所选水泥用量不小于设计数及实验用量，混合料的含水率满足最优含水率，偏差不大于±2%；施工时控制夯锤垂直度，成孔后及时回填，不得间隔停顿或隔日回填，均匀投料且确保水泥土在初凝时间内完成拌和及回填。

5.2 质量检测

施工过程中水泥土挤密桩的质量检验包括以下几项：a、桩身质量：成桩7～14天后采用重型动力触探、钻孔取样进行干密度测定。b、桩间土密实度：成桩28天后采用钻孔取样进行湿陷性测定和密实度试验。c、复合地基承载力：成桩28天，采用平板载荷试验。

6 结束语

综上所述，湿陷性黄土隧道施工中常常会用到水泥土挤密桩加固地基技术。本篇文章中，笔者结合蒙华铁路麻科义隧道施工实践，对施工湿陷性黄土隧道软弱地基基底采用水泥土挤密桩加固工艺措施技术作了详细阐述，论述了水泥土挤密桩的施工工法、质量检验等，该工艺能快速有效加固处理黄土隧道基底，及时使隧道支护封闭成环，减少隧道沉降风险，为类似项目提供相关经验，以达到学习借鉴的目的。

【参考文献】

[1]杜永昌（主编）.高速与客运专线铁路施工工艺手册[M].北京：科学技术文献出版社，2006.

[2]王洪坤.高铁湿陷性黄土隧道地基处理浅析[J].铁道建筑技术，2013（12）：69-71.

[3]邓德义.灰土挤密桩在湿陷性黄土地基处理中的应用[J].铁道建筑，2011（10）： 78-80.

[责任编辑：朱丽娜]