1、浅述岩土工程稳定与加固的措施张三（大学 学院，山西 太原，030000）摘要：岩土工程包括了隧道、边坡、地基等大型工程，不可避免地穿越各类不良复杂地质区域，为保证施工质量，完全发挥建筑物的功能，必须对不良地质段进行加固稳定处理。本文介绍了隧道、边坡、地基的加固稳定措施。关键字：隧道，边坡，地基，加固，稳定Stability and Reinforcement Measures of Geotechnical EngineeringAbstract：Geotechnical engineering concludes tunnel, slope, foundation and other lar
2、ge projects, inevitably traverse all kinds of bad and complicated geological area, to ensure the construction quality, fully play the function of the engineering, we have to take measures to reinforce and stabilize this area. This article introduce these measures to reinforce and stabilize tunnel, s
3、lope and foundation.Key Word：tunnel, slope, foundation, reinforce, stablize0 引言顾宝和大师在浅谈岩土工程的专业特点一文中认为，岩土工程的实践性很强，从工程实践角度，包括下列范围 1 :(1) 岩土作为支承体。房屋建筑、道路、桥梁、堆场、大型设备等，都建造在岩土上，岩土作为地基，作为支承体，研究的主要问题是岩土承载力和变形问题。(2) 岩土作为荷载或自承体。边坡工程、基坑工程、露天矿等地面开挖，隧道、地下洞室等地下开挖，面临的是另一类稳定和变形问题。这时，岩土体担任的角色，既可能是荷载，也可能是自承体。同时，地下水的控
4、制常常具有举足轻重的影响。(3) 岩土作为材料。填方工程，特别是大面积高填方、填海造陆，要用大量岩土作为材料; 围堰、水坝、路堤等也用岩土为材料。这些工程除了研究其稳定和变形外，岩土材料的选用和质量控制也是主要问题。(4) 地质灾害的防治。岩溶、塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地质灾害，对工程构成严重威胁，防治工程必须针对具体条件和地质演化规律进行设计和施工。场地和地基的地震效应也是岩土工程的一部分。(5) 环境岩土工程。地质和水文地质环境的评估、废弃物的卫生填埋、土石文物的保护等，都涉及复杂的环境岩土工程问题。随着人们对环境保护的重视，环境岩土工程正日益受到人们的重视。以上各类工程，不仅
5、涉及天然岩土，还包括各种人工土，包括对天然土的加固和改良，利用排水、压实、加筋、改性、注浆、锚定、设置增强体等方法，改变岩土体的强度、变形和渗透性能。岩土工程加固和稳定是岩土工程的重要组成部分，它广泛的存在于隧道、地基、边坡等大型岩土工程中。1 隧道工程的加固隧道工程常穿越各种复杂不良地质区域，在施工中为了保证开挖面稳定，防止隧道坍塌，通常采用超前锚杆、超前小导管、注浆等预加固技术，尤其在隧道围岩破碎和不良地质情况下，预加固是保证隧道能否顺利安全施工的前提条件。1.1 地表注浆预加固在隧道工程埋深较浅，围岩破碎，节理裂隙发育，其自稳能力差，难以形成平衡拱效应，大管棚施作时出现成孔困难、卡钻、塌
6、孔现象时，通过注浆管将浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式，赶走碎石土及岩体裂隙中的水分和空气后占据其位置，使双浆液在劈裂的孔隙或裂隙中混合并迅速凝结，形成“结石体”，使原来松散围岩胶结成一个整体，改善隧道成拱稳定的条件，从而达到保证工程安全及顺利掘进的目的 2。1.2 地表锚网喷预加固隧道施工的特殊不良地质情况有坡面溜坍体且围岩软弱时，可采用采用锚网喷对地表进行预加固：在隧道通过溜塌体范围内，并向四周延伸一定距离打设注浆锚杆并紧贴隧道壁挂钢筋网，两者采用焊接连接。喷混凝土厚15cm，喷混凝土采用湿喷工艺，严格按施工配合比。1.3 超前小导管+水泥浆预加固当隧道浅埋穿越极软弱破碎
7、围岩时，此种浅埋段若采用大开挖，则施工土石量会增大且开挖后新洞口须采取系统加固成本会很高。当采用洞内开挖时，防洞顶坍塌安全问题又是施工的最主要的问题，必须有可靠的预支护措施。此时，除在隧道顶部地表进行地表预加固之后，洞内可采用多层超前小导管注水泥浆进行预加固 3，导管的长度和间距要经过严格计算予以确定。1.3超前小导管+双液浆预加固隧道位于断层破碎带中，破碎严重，挤压，揉皱现象发育，岩层片理产水紊乱，基岩裂隙水发良，隧道围岩很差时，对于此种地质若预加固不当则极易造成洞内大面积坍塌，以致造成人身伤害和工程量的加大。这种情况下应在隧道在拱部打设超前小导管并注水泥- 水玻璃双液浆进行预支护，同时加强
8、止水作用 3。这时一定要保证注浆时间和注浆量。1.4 喷锚加固拱部围岩为页岩、砂岩夹页岩、砂页岩互层时，由于页岩易风化，开挖后强度降低较快，尤其是中厚层、薄层页岩，开挖排险后应立即进行初喷混凝土施工封闭围岩。除厚层砂岩外，拱部施作大张角的超前砂浆锚杆对掌子面前方一开挖循环内岩体进行预加固 4。当隧道施工情况复杂时，如隧道上下立体交叉或围岩完整性欠佳时，影响段内的隧道应加强加固，可在喷锚支护的基础上增加格珊支护或钢架。1.5 人工冻结法在我国人工冻结法最早用于煤矿矿井的掘进施工，后被引入城市地铁隧道的施工中。冻结法既适用于松散不稳定的冲积层和裂隙发育的含水岩层，也适用于淤泥、松软泥岩以及饱和含水
9、和水头特别高的地层。沿海地区地下土体含水丰富、强度低、流动性强，普通施工方法难以满足要求。人工冻结法通过冻结土体，提高其承载能力，从而使其满足施工要求。1.6 加固效果通过隧道施工全过程监测结果经过每隔5m间距的断面测量，测量如下三项指标：洞内外观察，水平相对净空变化值的及拱顶下沉量测量； 浅埋地段地表下沉测量； 围岩内部变形测。若三项指标均满足施工规范要求，则可确保隧道开挖、初期支护、二衬的顺利施工。2 边坡稳定随着国家公路、铁路、水电等基础建设的迅猛发展，出现了大量裸露的岩土边坡，产生了严重的水土流失现象，既破坏了生态环境，又严重危及基础设施建设的安全。随着对边坡稳定的研究不断深入，边坡稳
10、定的治理已出现了极大进步。2.1 边坡锚固技术岩土锚固技术是通过埋设在岩土体中的锚杆，将结构物与岩土体紧紧地联锁在一起，依赖锚杆与岩土体的抗剪强度传递结构物的拉力或使岩土体自身得到加固，以保持结构物和岩土体的稳定。与完全依靠自身强度、重力而使结构物保持稳定的传统方法相比，岩土锚固技术尤其是预应力锚固技术具有许多鲜明的特点 5。1）能在岩土体开挖后，立即提供支护抗力，有利于维持岩土体的固有强度，阻止岩土体的进一步扰动，控制岩土体变形的发展，提高施工过程的安全性。2）提高岩土体软弱结构面、潜在滑移面的抗剪强度，改善岩土体的其他力学性能。3）改善岩土体的应力状态，使其向有利于稳定的方向转化。4）锚杆
11、的作用部位、方向、结构参数、密度和施工时机可以根据需要方便地设定和调整，能以最小的支护抗力，获得最佳的稳定效果。5）将结构物-岩土体紧密地联锁在一起，形成共同工作的体系。6）伴随着结构的减小，能显著地节约工程材料，有效地提高土地利用率，经济效益十分显著。7）对预防、整治滑坡,加固、抢修出现病害的结构物具有独特的功效，有利于保障人民生命财产的安全。2.2 碎石桩加固碎石桩是软土地基加固处理的常用措施。边坡工程中人工填土以下的坡体基本饱和，土体组成物质力学指标较低，加之地下水的作用，在填土前已处于极限稳定状态，坡顶填土加荷后，易使坡体平衡失稳下滑，而坡体地形相对较缓，主要表现为蠕滑变形，后缘出现圆
12、弧形拉裂缝，边坡滑动表现为多级多层滑动。可从增强边坡自身稳定能力的角度考虑，通过提高土体自身的力学性质，将抗剪强度较低的土体替换为强度较高的碎石。具体采用碾压堆石压坡方案，以回填堆石压坡增稳为主，局部辅以振冲碎石桩置换 6。2.3 预应力锚索抗滑桩预应力锚索抗滑桩是一种有效的整治滑坡的手段，改变了普通抗滑桩的悬臂锚固梁柱结构为近似弹性支座简支梁柱结构，桩身受力状态更趋合理，并具有主动加固滑坡体的作用和功能，在同等边坡受力条件下，预应力抗滑桩比普通抗滑桩可以节约工程造价约15%30%，是一种具有广泛发展前途的新一代抗滑结构 7。2.4 土工织物加筋法软土地基的主要特征是天然含水量高、天然孔隙比大
13、、抗剪强度低、压缩系数高、渗透系数小，在荷载作用下地基承载力低、变形大、不均匀变形也大，且变形稳定历时较长，自然排水固结历时较长，工后变形较大，因此进行合理的地基加固处理十分重要。土工织物加筋法能很好地应用在以上软基中的，土工布具有较强的抗拉能力，一般将土工布铺设于软基表面或者垫层中作为加筋垫层，限制软土的侧向位移、提高地基承载力、均化应力分布以及减小不均匀沉降 8。2.5 抗滑桩联合土工格室采用抗滑桩联合土工格室加固岸坡，即在传统抗滑桩加固岸坡的基础上，于坡顶或一定深度处的土中水平铺上一层或多层土工格室，并将其和抗滑桩相交处固定连接，以此利用土工格室和抗滑桩、土的相互作用联合加固岸坡。2.6
14、 植被护坡加固植被护坡是指“用活的植物，单独用植物或者植物与土木工程和非生命植物材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀。植被护坡是利用植被涵水固土的原理稳定岩土边坡同时美化生态环境的一种新技术，是涉及岩土工程、恢复生态学、植物学、土壤肥料学等多学科与一体的综合工程技术。由于植被的根系有一定的影响范围，一般小于2m ，因此植被护坡只能防护浅层不稳定的边坡，植被覆盖良好的边坡比裸露的边坡出现滑坡的频率要低的多9。2.7 锚杆土工网垫喷播植草护坡技术对于不适合植被生长的高陡边坡和岩质边坡， 采用工程防护措施。通常采用的防护形式主要包括 浆砌片石、灰浆抹面、喷混凝土面层和挂网锚喷等。此类方法加固边坡较
15、牢固，防治效果明显，但工程造价较高，不仅不能恢复植被，反而破坏了生态环境，与改善环境 的主旨相违背。并且坡面、混 凝土面层、挂网钢筋易受风、雨等自然因素的破坏，时间愈久，其护坡功效愈小。生态护坡指用活的植物或者植物与土木工程非生命的植物材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀，在坡面恢复或形成与周围景观相协调的生态系统 9。针对岩质边坡，可通过锚杆土工网垫喷播植草护坡技术来达到稳定边坡、保护生态的目的。3 地基加固地基是土建工程中的基础，其承载着上部整个建筑结构的荷载，其施工质量直接关系到工程的正常使用与质量问题。因此要想保证土建工程的施工质量与使用质量，就需要从基础做起，通过地基加固技术来提高
16、地基的稳定性与质量，从而保证建筑物各项功能的健康发挥。地基加固的意义：1）对地基加固处理有利于提高地基土的抗剪强度；2）对地基加固处理有利于缩小地基土的压缩性；3）对地基加固处理有利于改善地基土的动力特性。 3.1 换土加固技术分析在处理浅层地基的过程中，施工人员一般会采用换土加固技术进行，这是最常见的方法之一。首先，需要将软弱土层彻底挖出，然后再填入结构相对较好的土壤或者其他材料，例如石屑、煤渣、工业废物等，将其制作成素土地基等，最后再采用相关机械设备或者人工的方式将其夯实，提高其密实度。这种方法在基坑面积较大的工程中非常适用，在处理软弱土层方面具有非常好的效果。换土加固方法的处理深度一般在
17、23米左右，对于软弱土层、湿陷性黄土、季节性冻土等都有非常好的施工效果。3.2 振密加固技术振密加固技术也就是施工人员采取有效的措施来减小地基土体的孔隙比，尽量提高其密实度与强度，从而达到设计的要求。该施工技术主要有压实法、夯实法、强夯法等各种施工方法，其中强夯法是最振密加固技术中最为常见的一种。强夯法主要是对软土地基的深层土壤进行加固，随着机械夯实能量的不断增大，地基加固的深度也会不断加深。也就是说，该方法采用的是大重量的重锤，从不同的高度自由落下，因产生过大的冲击力来压实地基，从而提高地基的强度与密实度，降低其本身的压缩性。这种方法在砂土、粘土、碎石等多种土壤中具有非常重要的作用，能够有效
18、的提高地基的强度，承载上部结构的荷载。在大中型城市会进行一系列的旧城改造工作，由此会产生大量的建筑垃圾，从而形成大厚度的杂填土地基。孔内深层强夯法能就地消纳建筑工地的各类废渣、废土，甚至把长期堆放的各类无机废料也能用来加固地基，变废为宝，形成渣土桩复合地基 10。这样，不仅可以节省大量钢材、水泥等宝贵的建筑材料，降低工程造价，也会大大减少车辆运输排出的废气和噪声，减少建筑工程对城市的再度污染。另一方面，利用孔内深层强夯法，在孔内填筑素土，形成孔内强夯素土桩，在素土桩的基础上进行钻孔灌注桩的施工，为大厚度杂填土地基上钻孔灌注桩的施工提供了条件。这样既加固了地基，使其承载力高、变形小，又大幅度节约
19、了造价。同时在施工中又能低振动，低噪声，无污染，不扰民，适合市区建设。3.3 排水固结法在实际施工过程中如果遇到软土地基，施工人员则需要通过重力荷载将地基中多余的水分挤压出来，从而减小地基的压缩性，提高其密实度，这种方法也就是排水固结法。在采用这一方法进行施工的过程中，由于重力荷载的影响，软土地基中的水分会逐渐减少，而其有效应力就会不断增加，提高其抗剪强度。施工人员一般是采用排水以及加压的方式进行施工，其中，在排水的过程中，施工人员可以将土壤的透水性充分利用起来，通过设置砂浆来提高软土地基的抗剪强度。3.4高压喷射注浆加固高压喷射注浆(旋喷)加固地基是利用高压泵通过特制的喷嘴，把浆液(一般为水
20、泥浆 )喷射到土中。浆液喷射流依靠自身的巨大能量，把一定范围内的土层射穿，使原状土破坏，并因喷嘴作旋转运动，被浆液射流切削的土粒与浆液进行强制性的搅拌混合，待胶结硬化后，便形成新的结构，达到加固地基的目的。旋喷法适用于粉质粘土、淤泥质土、新填土、饱和的粉细砂(即流砂层 )及砂卵石层等的地基加固与补强。其方法有单管法、双重管法、三重管法及干喷法等。压力灌浆加固在实施中要注意以下细节：1）旋喷浆液前，应作压水压浆压气试验，检查各部件各部位的密封性和高压泵、钻机等的运转情况；2）根据设计要求和地质条件，选用适合的旋喷方法、施工机具和桩位布置；3）科学配浆，控制浆液的水灰比及稠度；4）根据旋喷固结体的
21、形状及桩身匀质性，调整喷嘴的旋转速度、提升速度、喷射压力和喷浆量。3.5 CFG桩复合地基加固CFG 桩复合地基是一种加固软弱地基的常用方法，已在国内得到了广泛应用 11。因其费用低、工期短、施工方便、质量容易控制和适应性强等优点，成为应用最普遍的地基处理技术之一。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩（ Cement Fly-ashGravel Pile）的简称，由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的具有高粘结强度的刚性桩，它和桩间土、褥垫层一起形成复合地基，共同承担上部荷载。适用于黏性土、粉质土、粉细砂、淤泥质土等软弱地基的加固处理。CFG桩具有以下优点：1）CFG 桩具有一般碎石桩对地基土的挤
22、密、加固和置换作用，同时CFG 桩复合地基通过设置柔性褥垫层，还能使桩间土的承载力得到充分发挥，明显改善地基的变形状况，大大提高复合地基的承载力。2）CFG 桩处理不均匀地基的效果非常明显，地基承载力得到很大提高，并具有很大的可调性；工艺较成熟，施工速度快，桩体质量易于控制。3.6 桩-网复合地基桩-网复合地基是桩-网- 土协同工作、桩土共同承担荷载的地基体系，它能充分调动桩、网、土三者的潜力。已有的研究及实践表明，桩-网复合地基特别适合于在天然软土地基上快速修筑路堤或堤坝类构筑物 12 ,能有效减少沉降量。桩-网复合地基一般由6部分组成 ，即上部填土、加筋褥垫层、桩帽、桩体、桩间土、下卧层。
23、现场一般分为2种模式。模式1 适用于基岩埋藏较浅的地域, 如深圳、东莞等地的海相软淤层厚度为1015 m 左右，实际施工时， 一般都将桩端打入基岩中。这种模式可以严格地控制路堤的工后沉降量，但桩土相对位移量较大，不易达到变形协调，也就难以形成复合地基。 故称其为“桩承堤模式”。也有文献认为其可以形成复合地基。模式2中管桩悬浮在软土层中，虽然桩间土受压固结下沉，但管桩桩端也有较大的刺入变形。因而两者易于达到变形协调，形成复合地基；缺点是总沉降量较大，不易控制。此模式适用于硬土层和基岩埋深较大的地域。特别地，针对岩溶地基，由于岩溶地基的稳定性差时, 修建在上面的建筑物作用在地基上, 溶洞顶板常发生
24、坍塌现象，常用的方法有：填堵、灌注、强夯、跨越、深基础等方法，中深基础法多以桩基础形式处理稳定性问题。遇到一些深度较大，上述各法处理有困难时，采用深基础加固处理建筑物地基是较为理想的一种方法，如桩基础、井等。将建筑物基础置于稳定基岩上，确保稳定性 13。结论本文介绍了隧道、边坡、地基的一些加固稳定措施，各自有其适用范围，也都有利有弊。随着国家经济的快速发展，岩土工程的发展也会越来越快，岩土加固与稳定作为岩土工程的重要部分，也会取得长足进步，岩土治理措施会越来与丰富，其机理也会越来越明了。参考文献:1顾宝和.浅谈岩土工程的专业特点J.岩土工程界,2007,(1).2隧道浅埋破碎带地表注浆预加固技
25、术.3薄峰.隧道不良地质地段围岩预加固技术J.科技创业,2009,(4).4隧道 级围岩水平岩层稳定性及施工方法研究.5郑州.边坡描周技术的研究与应用J.博士学位论文.2007.6杨石扣,任旭华,张继勋等. 碎石桩加固土质边坡的机理及稳定性评价J.三峡大学学报(自然科学版).2013,1.7傅鹏,贺中统等.预应力锚索抗滑桩对某滑坡治理设计J.黑龙江交通科技.2013,7.8王由国,李守德,仲曼等.土工织物加筋法加固软基边坡的效果分析J.河南科学.2014,1.9刘怀星.植被护坡加固机理试验研究J.湖南大学，申请博士学位论文.2006.10孙青娟.孔内深层强夯法及其多桩型复合地基的加固机理及应用研究. 西安建筑科技大学硕士学位论文.2013,6.11曾召田,吕海波,尹闯,谢超,周文等. CFG 桩复合地基加固机理及工程实例分析J.铁道建筑 .2014.12连峰,龚晓南,赵有明,顾问天,刘吉福.桩-网复合地基加固机理现场试验研究J.中国铁道科学 .2008.13颜波.岩溶地基基础加固处理技术J.20 13年二省二区桥梁新技术交流会论文集.
