湿陷性黄土隧道基底液压高频挤密处理方法与流程

本发明属于黄土地基处理技术领域，涉及一种湿陷性黄土隧道基底液压高频挤密处理方法；该处理方法还可用于路基、地基、狭小空间地基的挤密处理和预制桩压入处理。

背景技术

高速铁路经过黄土梁、塬、峁时多以隧道的形式经过，隧道的整体稳定性受黄土围岩及基底的强度影响较大。为保证黄土区高速铁路隧道的稳定性与平顺性，基底应根据隧道高标准要求进行处理。

目前，黄土隧道基底的处理方法主要有旋喷桩法、树根桩法、换填垫层法、重锤冲击挤密法、无振动挤密法等。其中采用旋喷桩法在隧道内作业时环境差，与隧道开挖施工的交叉影响大，注浆浆液较难控制，对隧道施工环境会产生二次污染，并使隧道地基黄土产生附加湿陷变形；采用树根桩法时，存在单根桩加固范围有限，整体加固质量不好检验，难以完全消除桩间黄土湿陷的问题；采用换填垫层法法时，处理深度浅，且施工时增大了隧道开挖断面，削弱了拱脚处的承载力，存在底部失稳而降低隧道整体稳定性的安全风险，垫层的夯实施工产生较大振动；采用重锤冲击挤密法时，与其他工序有较大交叉影响，且施工振动大，易引起隧道坍塌事故；采用无振动挤密法时，施工速度慢，同样存在着与其他工序交叉影响的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种湿陷性黄土隧道基底液压高频挤密处理方法，不交叉影响其它工序，符合高速铁路黄土隧道基底处理的高标准要求。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种湿陷性黄土隧道基底液压高频挤密处理方法，具体按以下步骤进行：

1）在地基拟处理范围内，查明地基土层的地质情况，查明湿陷性黄土层的厚度和确定地基土无振动挤密处理厚度；并取原状样，进行各土层的含水率、密度、土粒比重、孔隙比和湿陷系数等基本参数的相关室内土工试验；确定无振动挤密处理时的桩孔布置方式和桩间距；确定隧道内安全施工需要控制的最大振动波速；

2）确定液压高频挤密处理中的桩孔平面布置方式和桩间距及成孔顺序，并标线；

3）取液压高频可控装置，该液压高频可控装置包括成孔器和方环形的基件，基件的内孔中设有两块夹片；其中一块夹片与基件固接，基件相对设置的两个侧壁上分别安装有液压缸和搭接件，液压缸活塞杆伸入基件的内孔中，并与另一块夹片固接，该另一块夹可沿液压缸活塞杆轴线方向往复移动，基件另外相对设置的两个侧壁上均安装有液压激振器；

通过搭接件将液压高频可控装置安装在挖掘机上，将液压高频可控装置中液压缸上的液压管、液压激振器上的液压管分别与挖掘机的液压控制系统连接；将成孔器纵向穿过两块夹片之间，通过液压控制系统启动液压缸，液压缸活塞杆推动与液压缸固接的夹片向另一块夹片的方向移动，将成孔器夹紧；进行液压高频可控装置的调试，调试中详细记录施工振动波速、系统压力、处理速率等参数；

4）挖掘机驶入隧道洞室内，按照基底处理平面布置放线位置进行机具就位，通过挖掘机的摆臂移动液压高频可控装置，将成孔器锥尖对正挤密孔中心位置，并使成孔器竖向垂直设置，然后，启动液压激振器将成孔器压入基底土层中，当达到设计深度时，反向启动液压激振器将成孔器从基底土层中拔出，形成挤密孔；

5）向挤密孔中分层夯填灰土或水泥土，然后，按照步骤4）进行下一个挤密孔的作业，在该下一个挤密孔中分层夯填灰土或水泥土，以此类推，最终形成复合地基，完成湿陷性黄土隧道基底的液压高频挤密处理；

或者，向挤密孔中快速灌注半刚性成桩材料，振捣密实；待半刚性成桩材料初凝后，按照步骤4）进行下一个挤密孔的作业，在该下一个挤密孔中快速灌注半刚性成桩材料，振捣密实；以此类推，最终形成复合地基，完成湿陷性黄土隧道基底的液压高频挤密处理。

本发明处理方法相对于现有技术具有以下优点：

1、以高速铁路黄土隧道基底处理的高标准要求为出发点，在对比分析现有基底处理方法优缺点的基础上研发的，具有针对性强、实用性强的特点。

2、进行地基处理时所使用的液压高频可控装置可搭载于隧道施工中常用的挖掘机或装载机上，并以挖掘机或装载机为移动及动力载体，通过快速压入挤密成孔器或预制桩的方式处理基底，具有施工快，操作灵活方便的特点。

3、可提高施工速度，有效克服采用无振动挤密法时施工速度慢的缺点，可避免现有隧道地基处理时换填垫层法大面积开挖或灰土（水泥土）冲击挤密桩法产生的较大振动，克服现有技术中树根桩和高压旋喷桩对桩间土的黄土湿陷性基本没有消除作用和对环境造成的污染或对湿陷性黄土地基产生的附加湿陷变形的缺陷。

4、不仅适用于湿陷性黄土隧道地基的加固处理，还可以用于湿陷性黄土区和松软土区的房屋、道路等地基加固处理，可实现竖向、倾斜向挤密成孔或压入预制桩或钢管桩。

附图说明

图1是本发明液压高频可控装置的总装图。

图2是图1所示液压高频可控装置的分解图。

图3是本发明液压高频可控装置中第二夹片的示意图。

图4是本发明液压高频可控装置中第一连板的示意图。

图5液压高频可控装置与挖掘机搭接图。

图6液压高频可控装置在隧道内施工图。

图中：1.基件，2.第一液压激振器，3.液压缸，4.第一夹片，5.第二液压激振器，6.第二夹片，7.搭接件，8.成孔器，9.法兰，10.安装孔，11.夹片本体，12.夹紧面，13.螺孔，14.第一连板，15.第二连板，16.连板本体，17.定位孔，18.凹槽，19.液压高频可控装置，20.挖掘机，21.隧道洞室，22.基底地层，23.挤密孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种湿陷性黄土隧道基底液压高频挤密处理方法，按以下步骤进行：

1）基底处理准备

在地基拟处理范围内，根据《岩土工程勘察规范》的具体要求查明地基土层的地质情况，查明湿陷性黄土层的厚度和确定地基土无振动挤密处理厚度；并取原状样，按《土工试验规程》的具体要求进行各土层的含水率、密度、土粒比重、孔隙比和湿陷系数等基本参数的相关室内土工试验；按《湿陷性黄土地区建筑规范》、《建筑地基处理技术规范》等相关规范标准确定无振动挤密处理时的桩孔布置方式和桩间距；确定隧道内安全施工需要控制的最大振动波速；

例如，惠安堡湿陷性黄土隧道基底处理，确定其处理层厚度为8±0.3m，桩孔布置方式为正三角形呈梅花形式，桩间距为700±5mm，液压高频挤密成孔最终孔径为300±5mm。

2）基底处理平面布置放线

确定液压高频挤密处理中的桩孔平面布置方式和桩间距及成孔顺序，并标线；

3）取结构如图1和图2所示的液压高频可控装置19，该液压高频可控装置19包括成孔器8和长方体形的基件1，基件1内设有长方形的安装孔10，安装孔10内设有第一夹片4和第二夹片6；

第一夹片4和第二夹片6的结构完全相同，下面以第二夹片6为例进行说明：第二夹片6包括长方体形的夹片本体11，夹片本体11的一个端面为凹弧形面，该凹弧形面为夹紧面12，夹紧面12上加工有至少两个贯通夹片本体11的螺孔13，如图3所示。

第一夹片4和第二夹片6均位于安装孔内，且第一夹片4上的夹紧面12与第二夹片6上的夹紧面12相对设置；第一夹片4通过螺栓与基件1固接，基件1固接有第一夹片4的侧壁外侧固接有搭接件7，基件1上与固接有第一夹片4的侧壁相对的侧壁上安装有法兰9，法兰9上安装有液压缸3，液压缸3的活塞杆穿过基件1的侧壁伸入安装孔10内，并通过螺栓与第二夹片6固接，第二夹片6也沿液压缸3活塞杆的轴线方向往复移动。

基件1的另外两个侧壁上分别安装有第一连板14和第二连板15，第一连板14上安装有第一液压激振器2，第二连板15上安装有第二液压激振器15。基件1安装连板的两个侧壁上均加工有两个条形孔。

第一连板14和第二连板15的结构完全相同，以第二连板15为例进行说明：第二连板15包括长方体形的连板本体16，连板本体16的一个端面上加工有凹槽18，凹槽18的底面上设有两个定位块17，定位块17的形状和尺寸以及两个定位块17之间的相互位置均与基件1侧壁上两个条形孔的形状和尺寸以及该两个条形孔之间的相互位置相适配。

定位块17伸入条形孔内，凹槽18卡在基件1上，第一连板14和第二连板15均与基件1固接，第一连板14上安装有第一液压激振器2，第二连板15上安装有第二液压激振器5。

通过搭接件7将液压高频可控装置19安装在挖掘机20上，如图5所示；将液压高频可控装置19中液压缸3上的液压管、液压激振器上的液压管分别与挖掘机20的液压控制系统连接。将成孔器8纵向穿过第一夹片4和第二夹片6之间，通过液压控制系统启动液压缸3，液压缸3活塞杆推动第二夹片6向第一夹片4的方向移动，将成孔器8夹紧。进行液压高频可控装置19的调试，调试中详细记录施工振动波速、系统压力、处理速率等参数；

4）基底液压高频挤密处理作业

将挖掘机20驶入隧道洞室21内，按照基底处理平面布置放线位置进行机具就位，通过挖掘机20的摆臂移动液压高频可控装置19，将成孔器8锥尖对正挤密孔中心位置，并使成孔器8竖向垂直设置，然后，启动液压激振器将成孔器8压入基底土层22中，当达到设计深度时，反向启动液压激振器将成孔器8从基底土层22中拔出，形成挤密孔23，如图6所示；

5）挤密孔成桩

在黄土隧道内的基底土层22上形成挤密孔23后：

向挤密孔23中分层夯填灰土或水泥土，然后，按照步骤4）进行下一个挤密孔23的作业，在该下一个挤密孔23中分层夯填灰土或水泥土，以此类推，最终形成复合地基；

或者，向挤密孔23中快速灌注低标号硅酸盐混凝土或低标号粉煤灰混凝土等半刚性成桩材料，振捣密实；待半刚性成桩材料初凝后，按照步骤4）的进行下一个挤密孔23的作业，在该下一个挤密孔23内快速灌注半刚性成桩材料，并振捣密实；以此类推，最终形成复合地基。