曹宁全

摘要：为分析旋喷桩对软土隧道地基的加固效果，基于某软土隧道工程，采用现场监测手段对加固后隧底力学特征进行分析。结果表明：桩顶应力与桩间土压力呈现出较明显的两阶段变化，在前45天的应力值增长较快，并且完成了近90%的增量，之后逐渐趋于稳定；边墙围岩压力在2个月左右逐渐趋于稳定，整体处于25～100kPa之间；隧道基底附加应力呈直线均匀稳定增大，整个监测过程中的数据波动比较小。加固后的软土地基的受力特征得到了较明显的改善，桩与土能够良好的发挥其承载力。

关键词：隧道工程；地基加固；现场监测；旋喷桩

1引言

随着我国基础设施建设的发展，修建的隧道工程越来越多，其中，软土隧道工程也逐渐增多。然而，以往的施工经验表明软土隧道施工会遇到较多的问题：其中有些隧道地基土质松散或含水量较大，导致隧道仰拱难以施作；同时，还有较多的隧道地基遇水产生不均匀沉降导致衬砌结构开裂，严重威胁到隧道的安全；此外部分隧道隆起过大，仰拱曲率难以保证[1-4]。因此，在实际的施工过程中遇到上述软弱地基时应当采取一定的加固方案避免隧道出现不可控制的不均匀沉降从而威胁隧道结构的安全。

目前对于隧底加固研究从建筑地基加固吸取经验已经取得了较丰富的成果。其中，旋喷桩凭借其成本低、效率高、扰动小以及适用范围广而成为最主要的加固方式并逐渐得到了发展，在软弱公路隧道中也开始逐渐得到应用[5-7]。本文基于某软土大断面公路隧道工程，结合现场监测数据，对采用高压旋喷桩加固后的隧底力学特征规律进行分析，从而进一步加深对于软土隧道地基加固的理解。

2工程概况

依托隧道工程隧道围岩级别为V级，隧道围岩全段较软弱。隧道单线长度在600m左右，最大埋深达到102m。为三车道大断面隧道，掌子面的开挖宽度达到16m，深度达到10m。隧道内富水情况较弱，隧道路面高程高于含水层，围岩较干燥，局部深度为内稍湿。

施工过程围岩变形较大，基底隆起也较大，为了保证隧道支护结构的稳定与安全，需要对隧道基底采用一定的加固方案。结合隧道施工现场情况，最终确定采用旋喷桩对基底进行加固，加固示意图见图1，设计参数：旋喷桩直径为0.6m，桩基础长度介于6m到7.2m之间，在隧道中心线处为6m，且向外逐渐增大；桩基础采用梅花形布置，桩心距为1.2m。由于隧道全段围岩较差，在隧道全段采用中隔壁法进行施工，且当开挖完上部导坑后进行旋喷桩施工，从而减小下部开挖时的隧道基底的隆起变形。

3监测方案

施工现场考虑到桩间距比较小，所以桩顶与桩间土压力盒的埋设是每间隔一根桩埋设一个测点。监测仪器的埋设具有一定的对称性，在隧道底部采用7个监测点对桩顶土压力进行监测，而桩间土压力的监测仪器埋设与桩基础旁边，共计6个监测点；

进一步在左右侧埋设土压力盒对加固后的围岩压力进行监测，左右两侧分别在受力较大的拱脚与拱腰的过渡段布置3个监测点；对于加固后的隧道地基的附加应力，我们通过埋设土压力盒进行监测，一共对称设置9个监测位置，每个监测位置每土压力盒埋设间隔深度为2m。施工现场埋设监测仪器后，对各测点进行了为期半年的监测。监测前期1个半月左右每天读取一次数据，之后一个半月每隔3天读取一次，最后3个月时间每周读取一次。

4监测数据分析

4.1桩顶应力与桩间土压力变化规律

下图2为桩顶应力的6个月内的监测数据变化规律。随着隧道的开挖，桩顶应力存在一定的波动变化，但曲线整体呈现出逐渐增大的趋势，主要可以分为两个较明显的阶段：阶段1主要是在隧道施工的45天内，该时间段内的桩顶应力近似直线快速增大，接近90%的桩顶应力在该阶段已经完成。阶段2为45天以后，该阶段表现为逐渐区域稳定的趋势。此外，位于拱脚处的监测测点a1的桩顶应力值达到最大的296kPa，而中心位置出的监测点a4应力值最小，仅仅只有85kPa，其余测点的桩顶应力基本高于150kPa，平均桩顶应力值在180kPa左右。说明采用旋喷桩加固后的桩基础承担了一定的荷载，且位于外侧的桩基础承载力发挥程度较大。

图3为桩间土压力监测结果，隧道基底桩间土压力变化规律与桩顶应力近似，桩间土压力随着施工过程逐渐增大，且也呈现出较明显的两个变化阶段。具体地，桩间压力值基本介于75kPa到115kPa之间，平均应力值在100kPa左右，个别监测点数据较大，最大值达到172kPa，最小土压力值为51kPa

此外，桩间土压力的变化过程存在一定的波动性，但整体受力比较均匀，且能后逐渐达到稳定，平均桩土应力比为1.8，说明加固后的软土地基的受力特征得到了较明显的改善，桩与土能够发挥其承载力。

4.2边墙围岩压力受力分析

整理监测数据得到围岩的压力变化曲线见图4。围岩压力的变化规律与之前分析的桩顶应力与桩间土压力有类似的阶段增长规律，但围岩压力稳定的时间较桩土应力稳定的时间长，围岩压力在施工后2个月时间左右基本稳定，个别监测点达到3个月。围岩压力的受到施工的影响，整体波动较大。此外，右边墙的为压力相对比较均匀，在30kPa左右波动，左边墙自下而上围岩压力分别为98.6kPa、41.6kPa与22.9kPa，个别点数值较大。加固后的围岩压力数值较小，围岩比较稳定，整体处于25～100kPa之间，且拱脚处的压力值较大。

（a）左边墙

4.3桩底附加应力受力分析

由图5可知，隧道基底附加应力整体近似直线缓慢增大，整个监测过程中的数据波动比较小，变化曲线比较均匀稳定。整个监测过程中，各个监测点的基底附加应力的增幅都比较小，且部分曲线在后期有逐渐趋于稳定的趋势，说明加固后的地基比较稳定，加固效果比较好。此外，中间部位附加应力随深度变化更加的均匀，应力差值为2.33kPa，左边仰拱与边墙结合部位最大，应力差值达到了71.14kPa，且越靠近中间部位差值越小，应力更均匀。隧道基底附加应力值在隧道横断面整体分布比较均匀，应力监测结果基本上介于10kPa到30kPa之间波动，可见加固后的各深度的附加应力值比较小且很均匀稳定。

5结论

（1）桩顶应力与桩间土压力呈现出较明显的两阶段变化：在前45天左右的应力值增长很快，并且完成了近90%的增量，之后逐渐趋于稳定。此外，桩顶应力与桩间土土压力随着距离隧道中心线的距离的增大而增大，变化过程均匀稳定，旋喷桩对湿陷性地基的加固效果明显。

（2）根据监测结果，加固后的桩土应力比介于1-2之间。加固后的软土地基的受力特征得到了较明显的改善，桩与土能够发挥其承载力。

（3）边墙围岩压力随时间逐渐增大，在2个月左右逐渐趋于稳定，部分测点需3个月才能稳定。加固后的围岩压力数值较小，围岩比较稳定，且拱脚处的围岩压力值较大。

（4）隧道基底附加应力随时间呈直线均匀稳定增大，整个监测过程中的数据波动比较小。此外，中间部位附加应力随深度变化更加的均匀，应力差值仅为2.33kPa，且越靠近中间部位差值越小。另一方面，隧道基底附加应力值在隧道横断面方向分布整体比较均匀，基本在0～30kPa之间变化，可见加固后的各深度的附加应力值比较小且很均匀稳定。

参考文献：

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