高翔　寧波　高涵

摘? ?要：本文以地鐵五號(hào)線興慶路站的施工為背景，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)，對(duì)比與分析飽和軟黃土降水前后性能的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)：飽和軟黃土降水后其側(cè)壁摩阻力、錐尖阻力、旁壓模量以及旁壓剪切模量都有一定程度提高，另外，飽和軟黃土層的含水率比降水前減少了30.2%，天然重度比降水前減少了6.9%，飽和度比降水前減少了32.7%，液限指數(shù)降水前減少了71.4%，而孔隙比與干重度等指標(biāo)變化不大。該場(chǎng)地采用的坑外管井降水工藝有效地改善了飽和軟黃土土層的力學(xué)性能與承載能力，更進(jìn)一步地保證了施工的安全，為以后飽和軟黃土地層的施工提供了參考。

關(guān)鍵詞：地鐵施工? 降水? 飽和軟黃土

中圖分類號(hào)：U231.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）06（c）-0069-05

西安地區(qū)在地鐵施工過(guò)程中會(huì)遇到大量飽和軟黃土（飽和度大于80%，濕陷性已退化了的黃土）分布的區(qū)域，由于其具有強(qiáng)度低、承載力差等不良物理力學(xué)特性，為保證工程施工的安全與穩(wěn)定，科研與技術(shù)工作者對(duì)該類黃土進(jìn)行了相應(yīng)的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。比如，高虎艷等結(jié)合西安地鐵勘察成果和其他工程試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)結(jié)果，從飽和軟黃土各方面性能與特點(diǎn)進(jìn)行較為全面的分析[1]。何武旗以西安地鐵六號(hào)線東關(guān)正街—興慶路區(qū)間地鐵隧道的修建為背景，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)及數(shù)值模擬的方法對(duì)飽和軟黃土的工程地質(zhì)特性及其對(duì)地鐵隧道的影響展開(kāi)了研究工作，得到了飽和軟黃土的相關(guān)性能指標(biāo)區(qū)間以及相關(guān)指標(biāo)與深度之間的關(guān)系[2]。劉洋結(jié)合飽和軟黃土的工程特性及依托工程概況進(jìn)行分析，認(rèn)為飽和軟黃土地層段施工風(fēng)險(xiǎn)的主要誘因是飽和軟黃土失水引起的地層固結(jié)沉降[3];楊鋒開(kāi)展了飽和軟黃土地層原位試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)，并詳細(xì)研究了飽和軟黃土的變形機(jī)理[4]。李慎崗介紹了飽和軟黃土在中馬鐵路中的解義、分布、成因、工程特性及其對(duì)工程影響情況，確定針對(duì)性的勘察方法并提出工程處理措施建議[5]。

上述研究都是針對(duì)飽和軟黃土的復(fù)雜物理力學(xué)性能，通過(guò)研究它的受力與變性規(guī)律，得到相關(guān)的控制分析的理論支撐與實(shí)際處理方案。本文與上述研究的主要區(qū)別在于，通過(guò)降水對(duì)飽和軟黃土進(jìn)行處理，對(duì)比分析降水前后該位置土層的物理性能，從而驗(yàn)證該降水工藝對(duì)處理飽和軟黃土的效果。

1? 工程概況

興慶路站為五號(hào)線一般中間站，前承太乙路站，后接青龍寺站，車站主體位于雁翔路和南二環(huán)交叉路口東南側(cè)，沿雁翔路東南向布置于道路下方。車站長(zhǎng)為227.7m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為22m，站臺(tái)寬12.5m，有效站臺(tái)長(zhǎng)118m，高為16.95～23.31m，軌面埋深17.255m。車站起點(diǎn)里程YDK37+690.718，設(shè)計(jì)終點(diǎn)里程YDK37+918.418。車站主體為地下二層雙跨（局部三跨）箱型框架結(jié)構(gòu)，頂板覆土約3.0m，底板最大埋深約23.31m。車站主體采用明挖法施工。車站共設(shè)置4個(gè)出入口、1個(gè)安全出口、2組風(fēng)亭和1座冷卻塔，其中IV號(hào)出入口與1號(hào)風(fēng)道合建，安全口和2號(hào)風(fēng)道合建，I號(hào)出入口預(yù)留市政過(guò)街通道接口。

該場(chǎng)地按照每個(gè)巖土層按巖土層代號(hào)、巖土名、時(shí)代成因、巖性描述布列如表1所示。

通過(guò)上述表格可知，該區(qū)段的飽和軟黃土上面還覆蓋有三層土，分別是雜填土、素填土以及新黃土，主要分布于場(chǎng)地北部，其層厚為1.0～3.2m，層底深度10.4～11.8m，層底高程413.18～415.69m。

2? 降水工藝

根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、施工方法及基坑周邊建筑物環(huán)境條件，結(jié)合鄰近場(chǎng)地基坑降水工程經(jīng)驗(yàn)，本場(chǎng)地降水采用坑外管井降水。

興慶路車站2014年3月鉆孔內(nèi)量測(cè)的穩(wěn)定水位埋深9.20～12.60m，根據(jù)車站結(jié)構(gòu)底板埋深確定水位降深為9.0～1 1.0m之間（端頭局部降深13.0m），由于水位埋深及水位降深均起伏較大，故降水計(jì)算時(shí)將車站分為2段來(lái)考慮，其中第一段布置降水井19口，觀測(cè)井3口;第二段布置降水井18口，觀測(cè)井2口，如圖2和圖3所示。

3? 飽和軟黃土降水效果

3.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1.1 靜力觸探

本次試驗(yàn)采用20t液壓靜力觸探車，配置JKS15-4型雙橋探頭，利用車載觸探機(jī)以20mm/s的速度將觸探探頭壓入土中，利用探頭內(nèi)的測(cè)力傳感器，并通過(guò)自動(dòng)記錄儀分別記錄探頭貫入過(guò)程中的錐尖阻力及側(cè)壁摩阻力。

通過(guò)圖4和圖5可以得知，側(cè)壁摩阻力與錐尖阻力在2.0～15.0m各個(gè)土層范圍內(nèi)基本都得到了提高，側(cè)壁摩阻力在降水后增加較多，錐尖阻力增加相對(duì)較小。特別是在8.0～11.0m的飽和軟黃土土層，其降水前后側(cè)壁摩阻力與錐尖阻力都有一定程度提高。

3.1.2 旁壓

本次試驗(yàn)采用法國(guó)Menard（梅納）G-AmⅢ型預(yù)鉆式旁壓儀進(jìn)行，旁壓器型號(hào)Nx型，外徑Φ74mm，量測(cè)腔長(zhǎng)度230mm，固有體積880cm3，儀器容許最大壓力9.0MPa。測(cè)試采用1min快速加壓法，加壓后15s、30s、60s測(cè)讀體積變形量。

取10m深度附近的飽和軟黃土土層進(jìn)行旁壓試驗(yàn)，其降水前后的試驗(yàn)結(jié)果如圖6和圖7所示。

根據(jù)上圖所測(cè)得的旁壓曲線特征以及相應(yīng)的計(jì)算方法，可以確定出孔壁土體的靜止側(cè)壓力P0、臨塑壓力Pf、極限壓力PL、旁壓模量、旁壓剪切模量以及基床系數(shù)等不同參數(shù)，結(jié)果如表2所示。由表3和表4可知，飽和軟黃土降水前后各項(xiàng)指標(biāo)的性能都得到了大幅度提高。特別是降水前，飽和軟黃土從臨塑狀態(tài)到達(dá)破壞階段時(shí)，只需要44kPa，而降水后的黃土，從臨塑狀態(tài)到達(dá)破壞階段需要208kPa，極大程度地延緩了土體的變形發(fā)展速度。

3.2 室內(nèi)試驗(yàn)

3.2.1 物理性質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)

降水前，飽和軟黃土層的黃土含水率平均值為29.7%，天然重度平均值為19.0kN/m3，孔隙比平均值為0.815，飽和度平均值為98.2%，塑性指數(shù)平均值為11.6，液限指數(shù)平均值為1.05。

降水后，飽和軟黃土層的黃土含水率平均值為20.7%，比降水前減少了30.2%;天然重度平均值為17.7kN/m3，比降水前減少了6.9%;飽和度平均值為66.1%，比降水前減少了32.7%;液限指數(shù)平均值為0.30，比降水前減少了71.4%。而孔隙比與干重度等指標(biāo)變化不大。

3.2.2 壓縮性指標(biāo)試驗(yàn)

通過(guò)表5和表6得知，降水前后飽和軟黃土的壓縮模量得到一定程度提高，由于試驗(yàn)過(guò)程中的擾動(dòng)與固結(jié)壓力的施加，使得前面小荷載所對(duì)應(yīng)的Es1-2、Es2-3、Es3-4等壓縮模量變化不大，但后面大荷載所對(duì)應(yīng)的Es4-5、Es5-6、Es6-7、Es7-8等壓縮模量提高較多，其中Es7-8提高66.3%。

4? 結(jié)語(yǔ)

本場(chǎng)地降水采用的坑外管井降水工藝，極大程度地改善了各土層的力學(xué)性能。特別是針對(duì)飽和軟黃土土層，并通過(guò)靜力觸探、旁壓以及室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比分析了降水前后各方面性能指標(biāo)的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該降水工藝能夠消除飽和軟黃土土層強(qiáng)度低、承載力差等不良物理力學(xué)特性，具體提高程度如下所示。

（1）側(cè)壁摩阻力與錐尖阻力在2.0m～15.0m各個(gè)土層范圍內(nèi)基本都得到了提高，側(cè)壁摩阻力在降水后增加較多，錐尖阻力增加相對(duì)較小。特別是在8.0m～11.0m的飽和軟黃土土層，其降水前后側(cè)壁摩阻力與錐尖阻力都有一定程度提高。

（2）飽和軟黃土降水前后各項(xiàng)指標(biāo)的性能都得到了大幅度提高。特別是降水前，飽和軟黃土從臨塑狀態(tài)到達(dá)破壞階段時(shí)，只需要44kPa，而降水后的黃土，從臨塑狀態(tài)到達(dá)破壞階段需要208kPa，極大程度地延緩了土體的變形發(fā)展速度。

（3）降水后，飽和軟黃土層的黃土含水率平均值為20.7%，比降水前減少了30.2%;天然重度平均值為17.7kN/m3，比降水前減少了6.9%;飽和度平均值為66.1%，比降水前減少了32.7%;液限指數(shù)平均值為0.30，比降水前減少了71.4%。而孔隙比與干重度等指標(biāo)變化不大。

（4）降水后，飽和軟黃土的壓縮模量得到一定程度提高，由于試驗(yàn)過(guò)程中的擾動(dòng)與固結(jié)壓力的施加，使得前面小荷載所對(duì)應(yīng)的Es1-2、Es2-3、Es3-4等壓縮模量變化不大，但后面大荷載所對(duì)應(yīng)的Es4-5、Es5-6、Es6-7、Es7-8等壓縮模量提高較多，其中Es7-8提高66.3%。

參考文獻(xiàn)

[1] 高虎艷，鄧國(guó)華.飽和軟黃土的力學(xué)與工程性質(zhì)分析[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2012，10（3）：38-42.

[2] 何武旗.西安興慶湖周邊飽和軟黃土的工程地質(zhì)特性及穿越方案研究[D].西安科技大學(xué)，2018.

[3] 劉洋.深厚飽和軟黃土地層地鐵隧道暗挖安全保障技術(shù)研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)，2018.

[4] 楊鋒.飽和軟黃土地鐵隧道施工地表沉降特性及其控制技術(shù)[D].西安科技大學(xué)，2017.

[5] 李慎崗.中馬鐵路飽和軟黃土淺析[J].鐵道勘察，2015（4102）：53-55.