胡文喜
中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550000
摘 要：地基处理方法选择的恰当与否，直接关系到整个工程的质量、投资和进度。本文以某临江城市下沉隧道工程为依托，在系统的工程地质勘察、水文地质调查的基础上，按照地基处理方法的适应性，提出了振冲碎石桩、水泥搅拌桩和高压旋喷桩3种处理方案，并通过数值计算，对各方案分别进行了技术和经济分析，推荐出最佳的地基处理方案，做到了安全适用、经济合理，为类似工程的地基处理提供一些工程经验。
关键字：临江下沉隧道；地基处理；振冲碎石桩；水泥搅拌桩；高压旋喷桩；技术经济分析
中图分类号：U452.2+7 文献标识码：A
临江城市下沉隧道一般跨度大、埋深浅，地质情况复杂，淤泥及砂砾土层厚度大，且分布广泛，同时地下水含量极为丰富，含水层渗透性强，通过砂砾层与江河联通。下沉隧道板底多位于软弱土层，天然地基承载能力及变形均不能满足工程要求。为了确保工程的质量和安全，需选择经济合理的地基处理方案。本文以某临江城市下沉隧道工程为依托，在系统的工程地质勘察、水文地质调查的基础上，通过技术经济分析，提出了安全适用、经济合理的地基处理方案。
1工程概况
某城市主干道下沉隧道工程位于江西某新城，由南沿赣江西河左岸新建瓜洲堤西侧向北走线，隧道主体结构长2300m，其中暗埋段长1800m，南侧敞开段长250m，北侧敞开段长250m。下沉隧道平面布置如图1所示。主隧道标准段为双向六车道，采用三室结构形式，中间箱室为隧道运营管线通道兼检修通道，两侧箱室为机动车专用隧道。由于出入口较多，且间距较近，主隧道部分路段两侧机动车专用隧道箱室各在行驶方向右侧增设了一条集散车道，为双向八车道。主隧道敞开段及暗埋段标准断面如图2、图3所示。
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图1 下沉隧道平面布置图
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图3 主隧道暗埋段标准断面图
整个工程区间南段地势较为平坦，北段为丘陵，整体呈北高南低。场地现有标高大部分为17.5～18.0m，最高处为26.4m，最低处为15.24m。道路红线范围内，周边无重要建（构）筑物，线路东侧为赣江瓜洲堤，与瓜州堤距离20～150m。
2工程地质条件
经钻孔揭露，场地岩土层自上而下分别为：耕土、砂质粘土、细砂、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、中砂、粗砂、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩、中风化细砂岩。所揭露的地层自上而下描述如下。
第①层 耕土（Q4pd）：灰褐色，软塑状，稍湿～很湿。为地表耕种土，粘粒为主，含大量植物根系。场地所有钻孔见分布，层厚0.30～5.60m, 层顶埋深0.00～0.00m，层顶标高15.248～26.40m。
第②层 砂质粘土（Q4al）：灰黄、浅黄色，可塑状为主，干强度中等，中等韧性，摇振反应无，稍有光泽，含较多的粉细砂颗粒，含量约30%。属低液限粘土。场地南段见分布，层厚0.50～5.30m, 层顶埋深2.30～8.70m，层顶标高16.00～10.70m。
第③层 细砂（Q4al）：灰黄、浅黄色，松散状，很湿-饱和，上部含较多泥质，级配较差，分选性一般，粒径大于0.075mm的颗粒质量约占90～95%，主要成份为石英、长石、云母等。局部夹中砂薄层。场地南段见分布，层厚0.70～7.30m, 层顶埋深1.50～7.50m,层顶标高17.36～12.40m。
第④层 淤泥质粉质粘土（Q4al）：灰色，软～流塑状，很湿。含少量腐植质，略具腥味，主要分布于低洼地、稻田地等。属高压缩性土。场地大部分钻孔见分布，层厚0.50～5.30m, 层顶埋深2.30～8.70m，层顶标高16.00～10.70m。
第⑤层 粉质粘土（Q3al+pl）：灰褐、灰黄色，可塑状为主，局部硬塑状，具网纹状结核，干强度中等，中等韧性，摇振反应无，稍有光泽。属低液限粉质粘土。场地内北段见分布，层厚1.70～2.00m, 层顶埋深0.50～1.80m,层顶标高16.51～11.45m。
第⑥层 中砂（Q3al+pl）：灰黄、浅黄色，稍密状，饱和，颗粒均匀，级配差，分选性一般，粒径大于0.25mm的颗粒质量约占60～75%，主要成份为石英、长石、云母等。场地大部分钻孔见分布，层厚1.40～7.50m, 层顶埋深3.00～11.00m，层顶标高15.22～8.68m。
第⑦层 粗砂（Q3al+pl）：灰黄、浅黄色，稍密状，饱和，级配较差，分选性一般，粒径大于0.5mm的颗粒质量约占55-65%，主要成份为石英、长石、云母等。场地大部分钻孔见分布，层厚0.50～10.00m, 层顶埋深2.00～16.20m,层顶标高4.22～21.85m。
第⑧层 强风化泥质粉砂岩（E）：紫红色，强风化。泥质胶结，粉砂质结构，块状构造，裂隙很发育，岩芯破碎，呈饼状、碎块状，手可折断，遇水易软化、崩解。矿物成份由碎屑物质和粘土矿物组成。场地均有分布，层厚0.20～4.40m, 层顶埋深22.50～3.00m,层顶标高19.25～-1.40m。
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3方案选型
依据隧道设计标高，隧道板底位于地面以下4.4~9.6m，多处在第④层淤泥质粉质粘土层，该层为软弱土层，天然地基承载能力及变形均不能满足工程要求，应进行地基处理。
地基处理目的：提高地基承载力、减小地基变形量及消除不均匀沉降。地基处理要求：地基承载力不低于180kPa，地基总变形量不大于100mm，安全适用，经济合理。
根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形地貎、地层结构、土质条件、地下水特征、环境情况、当地工程经验等因素进行综合分析，初选出3种地基处理方案：振冲碎石桩、水泥搅拌桩、高压旋喷桩。
4方案技术性分析
4.1分析计算简图
地基处理方案分析计算简图如图4所示。
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图4 分析计算简图
4.2振冲碎石桩方案
振冲碎石桩采用桩径0.7m的等边三角形布置，桩底穿过软弱土层，进入中砂层不得少于1m，平均桩长5m，桩间距为1.3m，碎石垫层50cm。
（1）地基承载力分析
根据《建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2012）》7.1.5条及《建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）》5.2.4条，可得修正后复合地基承载力特征值为192.4kPa，满足地基承载力不小于180kPa要求。
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（2）地基变形分析
根据《建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）》5.3.5条及《建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2012）》7.1.7、7.1.8条，可得复合地基变形为96.5mm，满足地基变形量不大于100mm要求。
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4.3水泥搅拌桩方案
水泥搅拌桩采用桩径0.7m的等边三角形布置，桩底穿过软弱土层，进入中砂层不得少于1m，平均桩长5m，桩间距为1.5m，碎石垫层50cm。水泥选用强度等级为42.5级及以上的普通硅酸盐水泥，水泥用量为加固土体质量的20%，水灰比为0.45~0.55，桩身边长70.7mm立方体90d强度平均值不小于3000kPa。
（1）地基承载力分析
根据《建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2012）》7.1.5、7.1.6、7.3.3条及《建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）》5.2.4条，可得修正后复合地基承载力特征值为197.4kPa，满足地基承载力不小于180kPa要求；需要桩身的强度2856.1kPa小于3000kPa，满足。
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（2）地基变形分析
根据《建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）》5.3.5条及《建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2012）》7.1.7、7.1.8条，可得复合地基变形为93.4mm，满足地基变形量不大于100mm要求。
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4.4高压旋喷桩方案
高压旋喷桩采用桩径0.7m的等边三角形布置，桩底穿过软弱土层，进入中砂层不得少于2m，平均桩长6m，桩间距为1.8m，碎石垫层50cm。水泥选用强度等级为42.5级及以上的普通硅酸盐水泥，单管法压力应大于20MPa，水灰比为0.8~1.2，桩身边长150mm立方体28d强度平均值不小于4000kPa。
（1）地基承载力分析
根据《建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2012）》7.1.5、7.1.6条及《建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）》5.2.4条，可得修正后复合地基承载力特征值为192.0kPa，满足地基承载力不小于180kPa要求；需要桩身的强度3860.7kPa小于4000kPa，满足。
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（2）地基变形分析
根据《建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）》5.3.5条及《建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2012）》7.1.7、7.1.8条，可得复合地基变形为91.1mm，满足地基变形量不大于100mm要求。
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5方案经济性分析
根据江西省建设工程定额，可得振冲碎石桩、水泥参量20%水泥搅拌桩、单管法高压旋喷桩每10m3的基价分别2603.86元、1862.09元、2955.23元，则换算成桩身直径为0.7m的单价分别为100.2元/m、71.6元/m、113.7元/m。
根据以上各方案的技术性分析结果，表8中对3种方案进行了经济性比较分析，可得水泥搅拌桩方案最经济。
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6结论
（1）临江地区软弱土层厚度大分布广，同时地下水极为丰富，天然地基承载能力及变形往往不能满足工程要求。本文在系统的工程地质勘察、水文地质调查的基础上，根据方法的适应性，提出了振冲碎石桩、水泥搅拌桩和高压旋喷桩3种地基处理方案。
（2）从技术分析结果来看，振冲碎石桩方案、水泥搅拌桩方案和高压旋喷桩方案均能满足下沉隧道地基承载能力和变形要求，且桩间距依次增大，面积置换率依次减小，由此可得这3种方案的地基加固处理能力依次增强。
（3）从定额分析结果来看，桩身直径相同情况下，高压旋喷桩每米单价最高，振冲碎石桩次之，水泥搅拌桩最低。
（4）从经济分析结果来看，在达到技术要求时，振冲碎石桩方案费用最高，高压旋喷桩方案次之，水泥搅拌桩方案最低；水泥搅拌桩方案既安全适用又经济合理，推荐为该地基最佳处理方案。
（5）每一种地基处理方法都有其适用范围和局限性，在地基处理方案选择时，首先要了解地基处理的目的和要求，再根据场地环境、地质条件、施工工艺及设备的要求，结合当地的工程经验并经技术经济分析后采用。
参考文献
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