湿陷性黄土铁路隧道水泥土挤密桩基底加固施工技术

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 湿陷性黄土铁路隧道水泥土挤密桩 基底加固施工技术 摘要：通过水泥土挤密桩在湿陷 性砂质新黄土隧道隧底加固中的应用， 分析了湿陷性砂质新黄土隧道的地质特 征，阐述了水泥土挤密桩的施工工艺和 控制要点，总结了地基承载力检测项目、 方法，验证了地基处理效果，证明水泥 土挤密桩对湿陷性砂质新黄土隧道基底 加固是一种可行、有效的方法，能够消 除砂质新黄土湿陷性、提高密实度，提 高黄土隧道地基承载力，满足隧道结构 沉降的要求。为类似地质的隧道施工提 供借鉴。 中国论文网 /7/view-13049456.htm Abstract： Through the -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 application of cement-soil compaction pile in the reinforcement of the tunnel bottom of collapsible sandy loess， this paper analyzes the geological characteristics of collapsing sandy loess tunnel， expounds the construction technology and control points of the cement-soil compaction pile， summarizes test items and methods of foundation bearing capacity and verifies the effect of foundation treatment. It proves that the cement-soil compaction pile is a feasible and effective method to reinforce the foundation of collapsing sandy loess tunnel， which can eliminate the collapsibility of new sandy loess， improve the compactness， improve the bearing capacity of loess tunnel foundation， and meet the requirement of tunnel structure settlement， and it provides reference for similar geological tunnel construction. P 键词：砂质新黄土；湿陷性； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 水泥土挤密桩 Key words： new sandy loess；collapsibility；cement-soil compaction pile 中图分类号：U457+.3 文献标识 码：A 文章编号：1006-4311（2018） 16-0116-03 0 引言 我国黄土分布广泛，面积约 64 万平方公里，其中湿陷性黄土约占 75%，西北地区和黄河中游地区最为发 育，主要在山西、陕西、甘肃等地区， 黄土按照形成时代划分包括早更新近世 的午成黄土、中更新世的离石黄土、晚 更新世的马兰黄土、全新世的新近堆积 黄土、黄土状黄土。Q3、Q4 砂质新黄 土，土质均匀或者较均匀、结构疏松， 具有大孔隙、渗透性强、具有垂直节理、 具有强烈湿陷性等特征。随着国家“一 带一路”理念的逐步实施，西部、西北 地区基建规模不断扩大，其中铁路建设 规模也逐年增加，在湿陷性黄土地区建 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 设铁路隧道成为一项不可避免的工程， 如何解决湿陷性黄土铁路隧道基底承载 不足成为摆在铁路建设者面前的一道难 题。 1 工程概况 蒙华铁路阳城隧道位于陕西省靖 边县境内，起讫里程为 DK242+044.57DK249+157.82，全长 7108.25m，隧道地区位于毛乌素沙漠和 黄土高原过渡区，地形较为复杂，为典 型的黄土高原侵蚀性梁峁沟谷地貌类型。 隧址区广泛分布第四系上更新统风积砂 质新黄土，浅黄色，稍密密实，稍湿， 砂感较强，土粒成份以粉粒为主，垂直 节理，大孔隙，湿陷性，湿陷系数 s=0.0210.059 ，属中等湿陷性黄士， （很严重）自重湿陷场地，湿陷深度 0.0023.80m。阳城隧道里程 DK249+027DK249+152 段洞身位于湿 陷性砂质新黄土地层，地基承载力不满 足设计要求，需要进行加固处理。 2 砂质新黄土的特点及危害 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 Q3、Q4 砂质新黄土浅黄色褐 黄色、稍密密实、稍湿、呈松散状。 具体特点如下： 承载力低，蒙华铁路阳城隧道 DK249+027DK249+152 段湿陷性砂质 新黄土地层承载力 0=130150kPa， 不满足设计要求。初支钢架拱脚易沉降， 隧道仰拱及二衬易产生不均匀沉降及开 裂。多孔性、垂直节理发育、层理不 明显、透水性强、具有湿陷性。干密 度小、孔隙比大、压缩性高、渗透性强、 抗剪强度低。自稳能力差，开挖后隧 道掌子面易坍塌、产生溜塌体、初期支 护变形大。 基于这些特点，在这种地质中修 建铁路隧道，地基承载力不能满足要求、 隧道工后沉降不能满足要求，无法保证 工程质量，无法保证铁路运营安全。钢 管桩适用于非湿陷性新黄土地层以及基 底位于土石分界地层，水泥土挤密桩采 用改良的水泥土通过挤密能够提高地基 承载力及消除砂质新黄土的湿陷性。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 3 水泥土挤密桩方案设计 水泥土挤密桩是利用锤冲击成孔 （非排土成孔）或洛阳铲成孔（排土成 孔） ，采用集料站集中拌制的水泥土分 层回填夯实挤密成桩，从而达到提高地 基土的承载力、增强其水稳性、消除湿 陷性、降低压缩性和控制地基沉降变形 的目的。 3.1 设计参数 挤密桩按梅花型布置、桩间距 一般采用 1.0m，挤密桩直径为 0.4m。加固深度至湿陷层分界线下 0.5m、最长不超过 12m、最小不低于 6m。 3.2 材料要求 桩身材料一般采用水泥土，水泥 采用 42.5 级及以上的普通硅酸盐水泥， 水泥掺量为土体质量的 12%20%。土 体有机质含量必须小于 5%，土块粒径 不得大于 15mm，不得含有膨胀土、冻 土、砖头、瓦片、石块及杂土。 3.3 检查项目及标准 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 桩孔和桩位检验：桩孔中心点 的偏差不大于桩间距设计值的 5%，且 小于 50mm，桩孔的垂直度偏差不大于 1.5%，桩孔直径、桩孔深度不小于设计 值。复合地基承载力不小于 200kPa。 采用平板载荷法实验检测。桩间土平 均挤密系数不小于 0.93，最小挤密系数 不小于 0.88。桩间土消除湿陷性，湿 陷性系数不大于 0.015。 3.4 设备选型 水泥土D 密桩因成孔方式不同， 主要有也下几种方案。 柴油锤锤击沉管成孔法：利用 燃油爆炸推动活塞往复运动而锤击沉管 成孔，活塞重量从几百公斤到数吨。优 点，功率大，施工效率高。缺点是震动 强，设备塔架高，空气污染，不适合在 隧道内施工。柱锤冲扩桩法：通过电 动卷扬机反复将柱状重锤提到高处使其 自由落下冲击成孔，柱锤为圆柱体，自 重一般为 3.5T。优点，夯击能量大、成 桩速度快、施工效率高。缺点是震动强， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 设备塔架高，不适合在隧道洞内施工。 洛阳铲成孔法：利用电动卷扬机提升 洛阳铲到高处使其自由落，洛阳铲下落 过程取土、提升过程弃土。不受地形条 件限制，施工方便、施工进度快、对地 层及周边结构物震动较小，避免了环境 的污染。 根据砂质新黄土隧道地质特点及 施工安全等方面因素综合考虑，本隧道 水泥土挤密桩施工采用洛阳铲成孔。 4 工艺性试验 试桩采用 4 孔按照设计布置，电 动卷扬机配合洛阳铲取土成孔，通过土 工试验，砂质新黄土水泥土最佳含水量 14%（误差控制2%） ，最大干密度 1.80g/cm3，普通硅酸盐水泥（PO42.5） 参入量 16%。水泥土回填分层夯实，每 层厚度控制 250300mm，夯锤长度为 2m，重量为 500kg，落锤高度控制在 2m。每层锤击次数不小于 8 次。经试验 检测各项指标均满足设计及验标要求。 5 水泥土挤密桩施工工艺 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 以阳城隧道出口 DK249+027DK249+152 段水泥土挤密 桩施工为例，对水泥土挤密桩施工工艺 进行总结。桩长 6m，桩径 0.4m，桩间 距 1m，梅花形形布置，1375 根，共计 8250 延米。 5.1 工艺流程 水泥土挤密桩采用洛阳铲取土成 孔，水泥土采用集料拌和站集中拌制， 分层回填，夯锤夯实。 （见图 1 工艺流 程图） 5.2 施工准备 水泥土集料拌合站建设及验收， 根据项目部整体施工组织设计，选取合 适场地，按程序进行验收。 配足水泥土挤密桩施工所需要 机械设备。主要有洛阳铲及夯实机。 配比试验：对土源点的土样， 进行配比试验，测定不同水泥掺入量时， 水泥改良土的无侧限抗压强度、最优含 水量及最大干密度。确定满足设计要求 的最经济水泥掺入量。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 隧道下台阶开挖支护完成后， 平整场地。 根据软基检测章程、设计图纸、 验标编制隧道水泥土挤密桩专项施工组 织设计及技术交底，并对施工班组进行 培训及交底。 试验室对隧底砂质新黄土进行 含水量检测，若地基天然含水量普遍小 于 10%时采用增湿处理，增湿处理应于 地基处理前 46 天，通过一定数量及 深度的渗水孔，均匀地将水浸入拟处理 范围内的土层中。 5.3 成孔 按照 1m 的间隔，梅花形布置， 精确测量桩位，成孔顺序采用间隔跳打 法，间隔 12 个孔跳打。桩机就位使 洛阳铲对准桩中心，调平、固定桩机平 台，施工前在卷扬机的钢丝绳上标出控 制孔深的标记，确保成孔深度。先采用 小冲程进行开孔，当孔深超过 2m 后以 正常速度成孔。洛阳铲下落过程取土、 提升过程弃土，将铲中的土抖落至手推 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 车中运出。成孔后严格检查孔位中心、 孔径、垂直度及孔深偏差。 （见图 2 洛 阳铲成孔） 5.4 水泥土生产 回填材料采用水泥土混合料，水 泥采用 42.5 级普通硅酸盐水泥。集料拌 和站集中搅拌，严格控制水泥土的含水 量（若含水量过大采用摊铺晾晒） 、水 泥掺量，水泥土必须搅拌均匀。根据施 工用量需求拌制，禁止使用被雨水淋湿、 浸泡的水泥土。 5.5 回填孔桩 分层回填前，将夯锤放置孔底空 夯最少 8 次，确保孔底夯实。水泥土分 层回填，逐层夯实，每层回填虚铺厚度 为 250300mm，每层填料 0.03m3（采 用料斗定量） ，锤击 8 次，落距 2m，回 填过程中杜绝间隔停顿时间过长。实际 桩顶必须高出设计桩顶标高 5070cm，隧底开挖时再将高出部分开 挖掉。水泥土在现场放置时间不超过 6h。 （见图 3 回填夯实） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 6 效果分析 蒙华铁路阳城隧道里程 DK249+027DK2249+152 段，湿陷性 砂质新黄土隧底通过水泥土挤密进行加 固。取得如下效果： 工期：平均每天完成 28 根 （170m）水泥土挤密桩施工，经济效益 较好，满足隧道工序施工要求。桩间 土平均挤密系数达到 0.95，最小挤密系 数为 0.92，满足设计及验标要求。桩 间土湿陷性系数介于 0.0000.006，表 明隧道仰拱加固深度范围内桩间土湿陷 性已经基本消除。 （见图 4 土工试验报 告） 复合地基承载力超过 200kPa， 满足设计要求。 （见图 5 复合地基静载 试验成果） 7 结束语 本项目共进行了 9 座隧道，10 个 段落（1120 延米） ，共计 12323 根