[发明专利]隧道浅埋软弱围岩高压旋喷桩法地表加固的桩长确定方法

说明书

本发明公开了一种隧道浅埋软弱围岩高压旋喷桩法地表加固的桩长确定方法，步骤如下：通过钻孔采样、地质勘探确定隧道浅埋段上覆土层性质和厚度；利用高压旋喷桩法地表加固后软弱围岩开挖形成的土拱效应，结合地表加固后桩体受力分布情况分析，将受力区域进行划分，主要受力区域为I分区，次要受力区为Ⅱ和Ⅱ'分区；确定不同埋深下软弱围岩高压旋喷桩加固区的土拱高度；根据各分区土拱高度确定高压旋喷桩桩长。通过本发明方法可大大缩短桩长，改变目前无论隧道埋深多大都需要从地表加固至隧底的设计方法，减少材料用量，缩短施工周期，节约隧道浅埋段加固成本，对保证隧道浅埋段高压旋喷桩地表加固工程的效果和经济性具有重要意义。

技术领域

本发明涉及隧道工程、高压旋喷桩法加固工程领域，具体涉及隧道浅埋软弱围岩高压旋喷桩法地表加固的桩长确定方法。

背景技术

目前，国内外对于高压旋喷桩法的研究主要还是集中在地基处理领域。余东辉在某地基加固工程中以地层沉降、地层应力、桩体变形等为评价指标，采用数值模拟对旋喷桩不同桩长的设计方案进行了效果对比研究，提出了桩长设计方案的优化原则，推荐采用面积比法进行旋喷桩设计。安关峰等通过数值模拟试验对旋喷群桩的承载特性展开了研究，得出了旋喷群桩仅在一定范围内对土体竖向沉降起到限制作用，且对桩底下方土体基本无影响，得出了桩长设计应考虑工程沉降限值的因素，进行合理设计；杨凤灵对高层住宅楼地基加固工程中旋喷桩桩长等参数进行了研究，对于桩长设计其主要通过考虑了地下室底板埋深与桩端持力层两个因素，为满足地层承载力要求，进行旋喷桩桩长的设计参数取值，桩长采用的是全长设计；曾克强结合理论分析和现场试验的方法对旋喷桩复合地基的设计方法进行了研究，综合考虑了加固土层厚度、地层地质条件以及桩体受力状态三方面因素，提出了关于桩长等相关布置的具体设计方法，并推导出有效桩长的计算公式；邢嘉对高压旋喷桩在湿陷性黄土地基应用分析，对桩长设计虽未提出定量数值，但虽桩长设计给出了定性设计要求，即为保证桩能够起到支承作用，并有效防止上部构造，其桩长需穿透整个软弱层至坚硬层。周航等分析了车辆荷载下高压旋喷桩对公路路基的加固作用，并研究了车辆荷载作用下高压旋喷桩加固深度等对加固作用的影响；L i u Dapeng用数值模拟研究了隧道软土地基加固中高压旋喷桩的桩长等参数对地基沉降的影响，分析得出桩长对复合地基最大沉降的影响程度，得出增大桩长可以降低复合地基的最大沉降。

对于高压旋喷桩在地基处理中的应用，其桩长设计仍是停留在定性设计阶段，大多数研究对于高压旋喷桩在地基处理中的桩长设计的理念与我国桩基础设计理念大致相同。其旋喷桩设计主要目的是为了满足承载力和限制地层沉降的要求，而对于桩长设计一般地层性质有所不同。对于下卧层皆为软弱土层，旋喷群桩的侧摩阻力可忽略不计，则其设计近似于端承桩，其加固深度(桩长)需打设至坚硬的持力层，这种情况，其桩长设计则由软弱土层厚度和建筑结构荷载决定，且为全长设计；对于下卧土层为具有一定强度的，侧摩阻力不可忽略的，则其设计近似于摩擦桩，桩长取决于侧摩阻力大小和建筑结构荷载。

由此可见，目前高压旋喷桩设计理论，主要还是将其视作桩基设计，对于地基处理而言，此种设计方法可保证地基稳定，然而对于隧道浅埋段软弱围岩高压旋喷桩而言，显然不合适。但目前隧道浅埋段软弱围岩地表高压旋喷桩法桩长设计绝大部分参考建筑地基处理相关规范及工程经验，缺乏适用于隧道浅埋段软弱围岩地表高压旋喷桩法桩长的指导理论，本发明就是为了突破目前隧道浅埋段软弱围岩地表高压旋喷桩法桩长设计的瓶颈。

高压旋喷桩法在隧道浅埋软弱围岩地表加固的目的、加固机理及作用形式与地基处理应用中有着明显的区别。高压旋喷桩在地基处理工程中，旋喷桩加固的主要目的提高地基承载力，通过桩与桩间土共同形成复合地基承担上部竖向荷载，桩体承担了大部分的荷载作用；而隧道浅埋段高压旋喷桩地表加固，其目的主要是改善围岩整体性和强度、降低渗透性，桩体并不承受上部荷载，是隧道地表超前加固的一种新方式，隧道开挖后，隧道洞内轮廓线范围内的桩体将被挖去，最终以土拱的方式发挥其作用。