市政隧道软基处理施工技术

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川成都 610036）

1 工程概况

横琴隧道至黑白面将军山隧道新建工程位于珠海市。设计道路等级为城市快速路，主线设计车辆的速度为60 km/h，匝道设计速度为40 km/h。主线车道规模为双向六车道，匝道车道规模为双车道或单车道，路线全长2.2 km。

本项目全线道路基本为下穿隧道结构形式，除了隧道地基加固或基坑加固所需外，在起点和终点局部敞口段两侧的辅道和划归本项目的晨光路部分段落需要进行软基处理设计，根据该项目的初步调查报告，选择了一种经济合理的软土地基处理设计施工方法。本项目的软土地基处理范围如下：（1）晨光路。晨光路CG K0+295.1～CG K0+543.3敞口段北侧路基，CG K0+543.3～CG K0+827敞口段南北两侧路基纳入本项目软基处理范围；（2）南湾大道以南。南湾大道以南至K2+040段地面辅路和K2+040～K2+191.879段全段均进行软基处理。

2 软土地基特征

软土地基压缩变形大，强度低，通常是含有一定有机质的软土层。软土地基特点如下：（1）土壤孔隙大，天然含水量高；（2）由于软土地基孔隙较大，易于被压缩，并且在力的作用下易于变形，导致地面沉降不均，从而影响隧道建设项目的后期运营[1]；（3）软土地基缺乏良好的抗剪力，若加固措施不当，无法满足建设标准及易形成安全隐患；（4）软土地基较为敏感，容易受到外界的影响发生扰动现象，若出现压缩或者振动现象，则很难恢复至其原始状态。

3 常见的软基处理方法及本项目软基处理实践

3.1 常见软基处理方法简介

3.1.1 换填法

施工过程中常采用置换技术更换软土层厚度较小区域的软土层，可采用稳定性能高、强度高的建筑材料替换自然地质中的软土层，达到提高承载力的效果。采用置换技术时，需以稳定的压力重复压实替换的土层，达到加固的效果，有效提高建筑结构地基的承载力和强度。需要注意的是，置换过程必须结合项目所在地自然环境及周围地质情况，综合分析置换技术实施过程，选择合适的替换材料，用于替换的材料必须做好质量检测工作，保证置换后土层的强度和承载力满足要求[2]。

3.1.2 排水固结法

在地基上设置垂直排水设施（如人孔或塑料排水带等），使其逐渐承担建筑荷载，或在建筑物建造之前对地面进行预压缩，排出土壤中的孔隙水，逐渐固化，从而提高地基的强度，此种方法称为排水固结法。目前此方法已被广泛应用于处理地基的沉降、提高地基土的稳定性，地基沉降应在预压期间完成或基本完成，则在道路的使用过程则几乎不会出现沉降差异，可增加地基土的抗剪强度，提高地基的承载力和稳定性。

实际施工经验也表明本方法可以使非砂性土快速固结硬化，而且效果显著有效，预压后路基的固结度一般可以达到85%～95%。此外，排水固结法价格便宜、经济有效，但也存在工期较长的局限性，常见的排水固结法及特征如表1所示。

表1 排水固结法常见类型

3.1.3 注浆处理技术

灌浆技术是依据设计及规范要求科学合理的配置灌浆液，利用施工压力设备，将灌浆液灌入裂缝和软土层中。灌浆技术的使用有利于提高隧道岩体缝隙的密封性能，保证软土地基的强度和承载力，其基本原理是利用压力设备将浆液灌入岩壁的裂缝和孔洞中，阻断地下水对地基或建筑结构的侵蚀，有利于围岩与软土地基形成整体，促进固体整体岩体的形成，保证结构稳定性，提高岩土和软土地基的承载力，降低不均匀沉降的可能性。灌浆前必须对灌浆液进行严格质量检测，保证质量满足设计及施工规范要求，同时，还需注意对水渗透性强的材料的选择，根据注浆压力和实际工程条件合理调整注浆工序和注浆方法，保证注浆液充分发挥作用，加固岩土和软基。

3.1.4 复合地基法

通过加强地基强度以减少结构不均匀沉降的目的，此方法被称为复合地基法。常见的复合地基法：（1）水泥搅拌桩：一定程度提高地基强度，但处理深度有限，一般不超过15 m桩长，大直径搅拌桩桩长可达25 m；施工速度较快。（2）旋喷桩：场地适应能力较强的处理方式，类似于搅拌桩的加固土桩，施工速度快，但造价高。（3）CFG桩：桩长度不超30 m，施工工期短，可较好解决路基沉降问题。（4）强夯置换：适合浅层处理，适应性较低（同动力固结法）。

复合地基是通过对天然地基进行加固或者更换来完成地基处理，或为提升土体强度而在天然地基中安装增强材料。人工地基由基体（天然地基土壤或改性天然地基土壤）和加强材料（如桩体）两部分组成，经过处理的这部分区域形成了地基加固区域，地基加固区域的作用荷载，由天然地基和增强体共同承受。考虑本项目的适用性，主要对GFG桩和水泥土搅拌桩展开讨论。

（1）水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩），是由各种碎石、碎石屑、沙子和粉煤灰与适量水泥和水混合制成的可变强度桩。在混合物中加入粉煤灰，可以提高其和易性，可以起到低标号水泥的作用。在混合物中添加石屑，可改善碎石的级配。如果采用沙子代替桩身中的粉煤灰与石屑时，其将变成素混凝土桩。CFG桩和素混凝土桩具有很高的强度和刚度，可以在整个长度上发挥桩的侧向摩擦阻力，并将载荷传递到相对较深较硬的土层上，在施工过程中，其对桩之间的土壤产生压实作用，从而大大增加了地基的承载力并减少了沉降。CFG桩最大施工桩径可以达到600 mm，不仅可穿过各种黏性土壤和砂土层，而且还能穿过较小厚度的致密、中密、饱和砂土等地层，但难以穿透砾石层和基岩，因此这种桩只能用作群桩基础。

CFG桩的主要施工工序为：平整场地→打入素混凝土桩→桩帽施工→铺设土工格栅、碎石垫层→分层填筑路基土。

（2）水泥土搅拌桩。水泥土搅拌桩复合地基主要利用水泥与软黏土中的水产生水介质和水化反应，作为反应的结果，软土中大量的游离水被吸收到结晶水中并固结，从而形成具有一定强度的桩。水泥土搅拌桩是目前最常用的软弱地基处理的方法，对软土地基的加强起着非常重要的作用。水泥黏土的固化过程与混凝土硬化过程不同。在水泥土的固化过程中，水泥由于用量较小而被黏土包围，水泥土的固化缓慢且强度低，并且随着水含量的变化而变化。而混凝土的硬化作用主要由沙子和砾石组成。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结速度，完成混凝土中砂石与水泥的结合及硬化，保证混凝土强度。

水泥土搅拌桩施工流程为：桩位放样→钻机就位→检验、调整钻机→正循环钻进至设计深度→打开注浆泵→反循环提钻并喷水泥浆→至工作基准面→重复搅拌下钻并喷水泥浆至设计深度→反循环提钻至地表→成桩结束→施工下一根桩。

3.2 本项目地基处理实践

本项目大多数线路为下穿隧道，在下穿隧道敞口处需要对软土地基进行局部处理。换填法一般适用于开挖深度较小、范围不大的地基处理，固结排水法包括很多种，属于一种大规模的软基础处理方法，因此在本项目不建议使用。

根据周围的地质条件和其他因素，本项目选择了在沿海地区广泛使用的CFG桩和水泥土搅拌桩两种复合地基处理方法进行软土地基处理，并对其经济适用性进行分析，如表2所示。

表2 软基处理方案比选表

通过对工期、造价、处理效果等因素的综合考量，结合拟建道路的实际施工条件和状况，最终确定隧道结构两侧（南湾大道南至K2+40段）辅路的软基处理选用水泥搅拌桩方案。K2+040～K2+191.879段根据等刚度原则采用刚性素混凝土桩复合地基进行软基础处理。

4 结语

在市政公路隧道等基础设施的建设中，对于地基的处理非常重要，应该针对项目的具体情况科学的选用适宜的地基处理办法来提高地基的强度和稳定性。最终，本项目结合现场实际施工环境与地质条件，通过采用水泥土搅拌桩施工工艺对下穿隧道局部软土地基进行了处理，有效增强了该局部地基的强度，减少了地基的不均匀沉降的产生，项目建成后运行良好，无不良沉降和路面侵蚀破坏的产生，为相关工程提供借鉴。