大断面湿陷性黄土隧道地基水泥土挤密桩加固技术应用研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第4页分布有一个概括的认识和了解，图中所标明的湿陷性黄土层厚度和高、低价地湿陷系数平均值，大多数资料的收集和整理源于建筑物集中的城镇区，而对于该区的台塬、大的冲积扇、河漫滩等地貌单元的资料或湿陷性黄土层厚度与湿陷系数值，则应查阅当地的工程地质资料或分区详副11。123湿陷性黄土的物理力学性质[61一、孔隙率高度的疏松性是湿陷性黄土的特点，湿陷性黄土中有肉眼易见的孔隙。孔隙率一般为44'---60％，湿陷性黄土的孔隙率要较非湿陷性和已下陷的黄土的孔隙率大的多。二、比重和密度黄土颗粒的比重(及土粒比重)取决与黄土的矿物成

2、分，变化范围2．60--2．75湿陷性黄土的密度取决与矿物成分和含水量，变化范围为1．33-1．81g／cm3。有些情况下，根据密度可以区分湿陷性黄土和非湿陷性黄土。三、塑性黄土的塑性在很大程度上取决于黄土的颗粒分散程度、矿物成分、变形和弹性，尤其取决于黄土的结构，就其数值来讲，黄土的的塑性是很不相同的，其中湿陷性黄土的塑性指数范围为6．7-17。5。同时，在很多情况下根据塑限可以区分湿陷性黄土和非湿陷性黄土。四、抗压强度天然含水量下湿陷性黄土的抗压强度较大，沉陷通常很小。天然含水量的原状土具有相当高的承载力和较小的变形，其压缩性与普通的低压缩性

3、粘土没有多大区别。五、抗剪强度天然含水量和天然密度条件下，湿陷性黄土的抗剪强度与抗压强度一样，完全取决于湿陷性黄土的物理状态。天然状态下黄土的抗剪强度指标甚高，浸水后则会大大降低。[0--31．2．4黄土湿陷性原因黄土基本是在气候干旱或半干旱条件下形成的。间歇性的短期降水把松散干燥的粉粒粘聚起来。长期干旱的使大量水分被蒸发，于是溶解在水中的盐类析出在粗粉粒的接触点处，随着盐类的增多，沉淀而形成胶结物。随着含水量西南交通大学硕士研究生学位论文第5页的减少，土粒之间靠近，分子引力和结合水膜的粘结力逐渐增大。在自重压应力压密作用下，就形成了以粗粉粒为主

4、体骨架的多孔结构(图1．3)。受水浸湿后黄土中多种可溶盐，如硫酸盐、碳酸钠、碳酸镁和氯化钠等物质溶解，土中的胶结力大为减弱，导致土粒变形。然而，黄土为欠压密土，受水浸湿后固体土粒周围的薄膜水增厚，在压密过程中起润滑作用结合水膜增厚，强度随之降低，在外力作用下土粒滑向大孔，粒间孔隙减少，这就是黄土湿陷想象的内在过程。1．3湿陷性黄土地基处理方法图1．3黄十结构示意图1．沙粒；2．粗粉粒；3．胶结物：4一火孔隙防止黄土湿陷性危害的主要措施是地基处理。通过换土或加密等各种方法，或者是消除地基的全部湿陷量，使处理后的地基变为不具有湿陷性；或者是消除地基的

5、部分湿陷量，减小原有地基的总湿陷量，控制下部未处理地层的湿陷量不超过规范规定的数值。当地基的湿陷性大，要求处理的地层深，技术难度或经济不合理时，也可采用深基础或桩基础穿越湿陷性土层将上部荷载直接传到非湿陷性土层或岩层中。主要的湿陷性黄土地基处理方法见表1—1。这些方法是在隧道以外的土工工程中形成并得到广泛使用。但是尚缺乏在隧道初期支护条件下洞内实施的实例。经分析比选，本课题选用挤密桩对湿陷性黄土地基进行加固处理。按成桩材料的不同，挤密桩可分为土或灰土挤密桩、水泥土挤密桩、CFG桩等，从处理湿陷性的效果而言，这几种处理方法的地基处理效果基本相近，但

6、是CFG桩的造价要比其他方法高很多且施工相对振动较大。而水泥土挤密桩又有很多优于土或灰土桩的优点(分析见下节)，所以本课题选用水泥土挤密桩对地基进行加固处理研究。按施工方法的不同，挤密桩又可分为排土、部分排土和非排土挤密桩。考虑处理效果和成桩的顺直性，本课题选用部分排土和非排土挤密法对挤密桩进行研究。西南交通大学硕士研究生学位论文第6页表1-1湿陷性黄土地基常用的处理方法一般处理(或穿透)名称适用范匿隧道内地基处理方法比选厚度(m)地下水位以上局部或整处理深度过浅不能满足换土垫层法1～3片处理处理要求机械压夯实Sr<60％的湿陷性黄土，3～6洞内

7、空间不够且振动过实法碾压局部或整片处理1---2大，不安全地下水位以上局部或整适当的设备可满足洞内挤密法5～15片处理空间振动的限制且造价低基础荷载大，有可靠的造价过高且洞内施工空桩基础法≤30持力层司限制Ⅲ、Ⅳ级自重湿陷黄土地面6m以下的洞内地基浸水对初期支预浸水法场地，6m以上应采用垫层全部土层的湿陷性护影响较大，过于不安全等方法处理化学加灌浆法≤10一般用于加固地下水位造价过高且对环境有较固法高压旋喷以上的地基‘单液硅化加固的大的负面影像最大深度可达20m1．4水泥土挤密桩应用现状水泥土挤密桩按地基处理规范应称为夯实水泥土桩，是中国建筑科学

8、研究院地基基础研究所的发明专利，是采用挖空或沉管机等成孔后将水泥土料混合后投于孔内，分层投入分层夯实，构成密实桩体的一种复合地基，兼具加