談市政隧道軟基處理施工技術

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關鍵詞：軟土地基；軟基處理；GFG樁；水泥攪拌樁

1工程概況

橫琴隧道至黑白面將軍山隧道新建工程位于珠海市。設計道路等級為城市快速路，主線設計車輛的速度為60km/h，匝道設計速度為40km/h。主線車道規模為雙向六車道，匝道車道規模為雙車道或單車道，路線全長2.2km。本項目全線道路基本為下穿隧道結構形式，除了隧道地基加固或基坑加固所需外，在起點和終點局部敞口段兩側的輔道和劃歸本項目的晨光路部分段落需要進行軟基處理設計，根據該項目的初步調查報告，選擇了一種經濟合理的軟土地基處理設計施工方法。本項目的軟土地基處理范圍如下：（1）晨光路。晨光路CGK0+295.1~CGK0+543.3敞口段北側路基，CGK0+543.3~CGK0+827敞口段南北兩側路基納入本項目軟基處理范圍；（2）南灣大道以南。南灣大道以南至K2+040段地面輔路和K2+040~K2+191.879段全段均進行軟基處理。

2軟土地基特征

軟土地基壓縮變形大，強度低，通常是含有一定有機質的軟土層。軟土地基特點如下：（1）土壤孔隙大，天然含水量高；（2）由于軟土地基孔隙較大，易于被壓縮，并且在力的作用下易于變形，導致地面沉降不均，從而影響隧道建設項目的后期運營[1]；（3）軟土地基缺乏良好的抗剪力，若加固措施不當，無法滿足建設標準及易形成安全隱患；（4）軟土地基較為敏感，容易受到外界的影響發生擾動現象，若出現壓縮或者振動現象，則很難恢復至其原始狀態。

3常見的軟基處理方法及本項目軟基處理實踐

3.1常見軟基處理方法簡介

3.1.1換填法施工過程中常采用置換技術更換軟土層厚度較小區域的軟土層，可采用穩定性能高、強度高的建筑材料替換自然地質中的軟土層，達到提高承載力的效果。采用置換技術時，需以穩定的壓力重復壓實替換的土層，達到加固的效果，有效提高建筑結構地基的承載力和強度。需要注意的是，置換過程必須結合項目所在地自然環境及周圍地質情況，綜合分析置換技術實施過程，選擇合適的替換材料，用于替換的材料必須做好質量檢測工作，保證置換后土層的強度和承載力滿足要求[2]。

3.1.2排水固結法在地基上設置垂直排水設施（如人孔或塑料排水帶等），使其逐漸承擔建筑荷載，或在建筑物建造之前對地面進行預壓縮，排出土壤中的孔隙水，逐漸固化，從而提高地基的強度，此種方法稱為排水固結法。目前此方法已被廣泛應用于處理地基的沉降、提高地基土的穩定性，地基沉降應在預壓期間完成或基本完成，則在道路的使用過程則幾乎不會出現沉降差異，可增加地基土的抗剪強度，提高地基的承載力和穩定性。實際施工經驗也表明本方法可以使非砂性土快速固結硬化，而且效果顯著有效，預壓后路基的固結度一般可以達到85%~95%。此外，排水固結法價格便宜、經濟有效，但也存在工期較長的局限性，常見的排水固結法及特征如表1所示。

3.1.3注漿處理技術灌漿技術是依據設計及規范要求科學合理的配置灌漿液，利用施工壓力設備，將灌漿液灌入裂縫和軟土層中。灌漿技術的使用有利于提高隧道巖體縫隙的密封性能，保證軟土地基的強度和承載力，其基本原理是利用壓力設備將漿液灌入巖壁的裂縫和孔洞中，阻斷地下水對地基或建筑結構的侵蝕，有利于圍巖與軟土地基形成整體，促進固體整體巖體的形成，保證結構穩定性，提高巖土和軟土地基的承載力，降低不均勻沉降的可能性。灌漿前必須對灌漿液進行嚴格質量檢測，保證質量滿足設計及施工規范要求，同時，還需注意對水滲透性強的材料的選擇，根據注漿壓力和實際工程條件合理調整注漿工序和注漿方法，保證注漿液充分發揮作用，加固巖土和軟基。

3.1.4復合地基法通過加強地基強度以減少結構不均勻沉降的目的，此方法被稱為復合地基法。常見的復合地基法：（1）水泥攪拌樁：一定程度提高地基強度，但處理深度有限，一般不超過15m樁長，大直徑攪拌樁樁長可達25m；施工速度較快。（2）旋噴樁：場地適應能力較強的處理方式，類似于攪拌樁的加固土樁，施工速度快，但造價高。（3）CFG樁：樁長度不超30m，施工工期短，可較好解決路基沉降問題。（4）強夯置換：適合淺層處理，適應性較低（同動力固結法）。復合地基是通過對天然地基進行加固或者更換來完成地基處理，或為提升土體強度而在天然地基中安裝增強材料。人工地基由基體（天然地基土壤或改性天然地基土壤）和加強材料（如樁體）兩部分組成，經過處理的這部分區域形成了地基加固區域，地基加固區域的作用荷載，由天然地基和增強體共同承受。考慮本項目的適用性，主要對GFG樁和水泥土攪拌樁展開討論。（1）水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁），是由各種碎石、碎石屑、沙子和粉煤灰與適量水泥和水混合制成的可變強度樁。在混合物中加入粉煤灰，可以提高其和易性，可以起到低標號水泥的作用。在混合物中添加石屑，可改善碎石的級配。如果采用沙子代替樁身中的粉煤灰與石屑時，其將變成素混凝土樁。CFG樁和素混凝土樁具有很高的強度和剛度，可以在整個長度上發揮樁的側向摩擦阻力，并將載荷傳遞到相對較深較硬的土層上，在施工過程中，其對樁之間的土壤產生壓實作用，從而大大增加了地基的承載力并減少了沉降。CFG樁最大施工樁徑可以達到600mm，不僅可穿過各種黏性土壤和砂土層，而且還能穿過較小厚度的致密、中密、飽和砂土等地層，但難以穿透礫石層和基巖，因此這種樁只能用作群樁基礎。CFG樁的主要施工工序為：平整場地→打入素混凝土樁→樁帽施工→鋪設土工格柵、碎石墊層→分層填筑路基土。（2）水泥土攪拌樁。水泥土攪拌樁復合地基主要利用水泥與軟黏土中的水產生水介質和水化反應，作為反應的結果，軟土中大量的游離水被吸收到結晶水中并固結，從而形成具有一定強度的樁。水泥土攪拌樁是目前最常用的軟弱地基處理的方法，對軟土地基的加強起著非常重要的作用。水泥黏土的固化過程與混凝土硬化過程不同。在水泥土的固化過程中，水泥由于用量較小而被黏土包圍，水泥土的固化緩慢且強度低，并且隨著水含量的變化而變化。而混凝土的硬化作用主要由沙子和礫石組成。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結速度，完成混凝土中砂石與水泥的結合及硬化，保證混凝土強度。水泥土攪拌樁施工流程為：樁位放樣→鉆機就位→檢驗、調整鉆機→正循環鉆進至設計深度→打開注漿泵→反循環提鉆并噴水泥漿→至工作基準面→重復攪拌下鉆并噴水泥漿至設計深度→反循環提鉆至地表→成樁結束→施工下一根樁。

3.2本項目地基處理實踐

本項目大多數線路為下穿隧道，在下穿隧道敞口處需要對軟土地基進行局部處理。換填法一般適用于開挖深度較小、范圍不大的地基處理，固結排水法包括很多種，屬于一種大規模的軟基礎處理方法，因此在本項目不建議使用。根據周圍的地質條件和其他因素，本項目選擇了在沿海地區廣泛使用的CFG樁和水泥土攪拌樁兩種復合地基處理方法進行軟土地基處理，并對其經濟適用性進行分析，如表2所示。通過對工期、造價、處理效果等因素的綜合考量，結合擬建道路的實際施工條件和狀況，最終確定隧道結構兩側（南灣大道南至K2+40段）輔路的軟基處理選用水泥攪拌樁方案。K2+040~K2+191.879段根據等剛度原則采用剛性素混凝土樁復合地基進行軟基礎處理。

4結語

在市政公路隧道等基礎設施的建設中，對于地基的處理非常重要，應該針對項目的具體情況科學的選用適宜的地基處理辦法來提高地基的強度和穩定性。最終，本項目結合現場實際施工環境與地質條件，通過采用水泥土攪拌樁施工工藝對下穿隧道局部軟土地基進行了處理，有效增強了該局部地基的強度，減少了地基的不均勻沉降的產生，項目建成后運行良好，無不良沉降和路面侵蝕破壞的產生，為相關工程提供借鑒。

參考文獻

[1]劉國濤.軟土地基對橋梁隧道施工產生的危害及處理措施[J].建筑技術開發，2019（10）：159-161.

[2]吳達.公路橋梁隧道軟土地基處理對策[J].工程建設與設計，2018（2）：65-66.

作者：江智勇 單位：中國市政工程西南設計研究總院有限公司