劉宏宇

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司, 天津 300251)

1 工程概述

1.1 工程位置

濟南西客站位于濟南市總體規(guī)劃中主城區(qū)西部臘山新區(qū)的西客站片區(qū)；范圍為北到小清河,南到臘山河北路,東到二環(huán)西路,西到京福高速公路所圍成的區(qū)域。規(guī)劃建設用地約26.1 km2,距市中心10 km，由濟南西客站、長途汽車站、遠期地鐵站、公交、出租及社會車輛形成一個大型的綜合交通樞紐。

1.2 工程概況

濟南西站綜合交通樞紐位于濟南市總體規(guī)劃東西中軸線上的西端點,樞紐整體為由東向西布置,濟南西客站主站房為東西朝向,京滬高速鐵路線為南北走向。整個樞紐平面由東向西依次為：站前廣場和廣場地下開發(fā)層；進站高架橋；主站房；高架候車廳、高速車場和無站臺柱雨棚；子站房；西廣場；其中地鐵1號線東西貫穿,地鐵6號線南北貫穿。樞紐通過地下負一層大通道實現(xiàn)各種交通工具之間的換乘,地下二層沿東西中軸線引入地鐵1號線,地下三層南北向平行于進站高架橋東側(cè)引入地鐵6號線(如圖1)。

圖1 濟南西客站綜合交通樞紐工程

2 地質(zhì)概況

2.1 工程地質(zhì)

(1)地形地貌

京滬高速濟南西鐵路站房位于濟南市西,大金莊北約500 m,建設場地南北長約450 m,東西寬約290 m。場地原為耕地,局部為拆遷場地,堆有大量人工棄土。通過區(qū)域地質(zhì)資料調(diào)查,場地地貌單元屬山前沖積平原和黃河沖積平原交匯處，原地面高程30.2～30.9 m。

(2)場地地層結(jié)構(gòu)

在勘察范圍內(nèi),場地地層為第四系全新統(tǒng)堆積層和沖積層,主要由粉土、粉質(zhì)黏土、黏性土、砂土和卵石土組成。由土層縱剖面圖中看,在高程10.0 m左右有夾砂層,其中8層粉質(zhì)黏土層和11層卵石層層厚較大且變化較小,可以作為穩(wěn)定的持力層,9層卵石層變化較大,不宜作為持力層。

2.2 水文地質(zhì)

勘察范圍內(nèi),場地地下水屬第四系孔隙潛水。地下水靜止水位埋深3.50～7.50 m,水位高程為25.96～27.61 m,該地下水位年變化幅度不大,抗浮設計水位可按29.50 m考慮。Ⅱ類環(huán)境干濕交替作用下,水質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)不具腐蝕性,對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐蝕性。長期浸水作用下,水質(zhì)對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋不具腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

3 結(jié)構(gòu)概況

3.1 結(jié)構(gòu)分區(qū)

濟南西客站市政配套工程主要包括軌道交通1、6號線和東廣場負一層商業(yè)開發(fā)層。

整個工程主體結(jié)構(gòu)可以分為三個區(qū)：一區(qū)為軌道交通1號線,為地下二層結(jié)構(gòu)；二區(qū)為軌道交通6號線,為地下二、三層結(jié)構(gòu)；三區(qū)為地下一層軌道交通換乘廳。其中1號線分兩個部分,一部分為與高架候車廳和主站房等上部結(jié)構(gòu)結(jié)合部分,另一部分為與地下一層軌道交通換乘廳結(jié)合部分(如圖2)。

圖2 結(jié)構(gòu)分區(qū)示意

3.2 結(jié)構(gòu)形式

濟南西客站市政配套軌道交通1、6號線工程均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。其中1號線結(jié)構(gòu)體系分兩個部分：其一,國鐵范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)考慮作為上部結(jié)構(gòu)基礎,主柱網(wǎng)處柱子承受上部荷載傳遞的力,中間增加輔柱網(wǎng)；其二,國鐵范圍外結(jié)構(gòu),根據(jù)地鐵建筑及限界要求,考慮與6號線的換乘關系，確定合理的柱網(wǎng)跨度。

4 基礎概況

在大型綜合交通樞紐工程中,基礎工程作為整個樞紐結(jié)構(gòu)的承載工程,需要結(jié)合不同的單體工程以及不同工程基礎控制要求,制定最合理最經(jīng)濟的基礎方案,以滿足承載力和結(jié)構(gòu)隆沉控制的要求。

軌道交通1號線垂直橫穿國鐵車場、正線橋、國鐵主站房、進站高架橋以及東廣場地下開發(fā)層。既要考慮自身的結(jié)構(gòu)承載能力,又要作為上部結(jié)構(gòu)的基礎承受上部結(jié)構(gòu)的荷載,且需結(jié)合正線橋、高架橋、東廣場等不同專業(yè)的承載和變形要求。這就要求基礎工程必須上下一體化設計,橫向聯(lián)系統(tǒng)籌考慮不同行業(yè)的技術(shù)要求,是一個復雜的綜合性控制工程。

結(jié)合地質(zhì)報告本地區(qū)地下水位較高,基礎設計時還要考慮結(jié)構(gòu)的抗浮要求,根據(jù)計算結(jié)果、結(jié)構(gòu)的隆沉控制要求,設置相應的抗壓樁和抗拔樁。

5 基礎設計要點

5.1 基礎選型

基礎的選型與上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)荷載及使用功能密切相關。且本工程為集軌道交通、高速鐵路、公交樞紐與高架道路為一體的綜合性樞紐建筑,具有使用荷載復雜,變形要求嚴格的特點。因此,為嚴格控制基礎變形,本工程基礎應采用樁基礎。

基礎底板為增加基礎剛度,調(diào)整不均勻沉降，加強地鐵結(jié)構(gòu)的防水效果,底板采用施工方便、綜合造價相對低的鋼筋混凝土筏板,與鉆孔灌注樁共同組成樁筏基礎。

5.2 樁選型

樁的選型應根據(jù)工程所處的地質(zhì)情況、工程的結(jié)構(gòu)體系、當?shù)赝ǔ２捎玫氖┕すに嚨确矫嬉蛩鼐C合確定。(1)本工程地質(zhì)情況較好,基本為粉土或黏性土,土層較深處有穩(wěn)定的卵石層可以作為持力層,端阻和側(cè)阻均較高。(2)本工程的結(jié)構(gòu)荷載差異較大,且地下水位較高,荷載大的地方為承載控制,荷載小的地方為抗浮控制,因此樁型分為抗壓樁和抗拔樁。(3)濟南地區(qū)鉆孔灌注樁施工工藝成熟,且樁端后注漿工藝有成功的工程實例,工程中被廣泛應用。

綜合以上因素,本工程樁采用直徑為800 mm的樁端后注漿普通鉆孔灌注樁。

5.3 樁基布置

樁基布置原則：為控制不均勻沉降，減小底板厚度，控制底板變形,采用柱下集中布置、適當位置增設抗拔減跨樁的布置原則。樁布置時還需要考慮不同工況下的受力情況,主要分為施工工況和正常使用工況。正常使用工況的抗拔樁、抗壓樁,在施工階段的工況下可能變?yōu)榭箟簶?、抗拔?這就需要樁基布置的時候統(tǒng)籌考慮不同的工況(如圖3所示)。

圖3 標準段結(jié)構(gòu)橫斷面(單位：mm)

5.4 持力層的選擇

本工程主要采用的是控制沉降要求的樁基,為摩擦端承樁,因此持力層的選擇非常重要。持力層的選擇應結(jié)合當?shù)叵嚓P工程經(jīng)驗,參考地質(zhì)報告縱斷面圖和文字報告中各土層的設計參數(shù)進行確定。持力層應滿足厚度穩(wěn)定和承載力較高的要求。

由地質(zhì)縱斷面圖中顯示,可選的持力層主要為⑧粉質(zhì)黏土、⑨卵石、⑩粉質(zhì)黏土和卵石。其中⑧層和層為較穩(wěn)定的圖層,厚度基本在5～8 m左右,可以作為持力層。⑨層和⑩層較不穩(wěn)定,厚度變化較大,時有時無,不能夠作為持力層。⑧層的樁端極限承載力為1 000 kN,層的樁端極限承載力為3 500 kN,選擇承載力較高的層作為持力層。

5.5 樁基承載力

本工程為交通樞紐工程,地基基礎的設計等級為甲級,單樁承載力應通過試樁結(jié)果來確定。首先根據(jù)地質(zhì)報告提供的不同孔位地質(zhì)柱狀圖、土層參數(shù)、土體的側(cè)阻端阻,計算出單樁極限承載力標準值,然后根據(jù)計算結(jié)果進行試樁設計,組織施工單位及樁基檢測單位進行試樁的施工,最后檢測單位提供試樁報告,設計參考試樁結(jié)果，最終確定單樁承載力特征值,指導下階段的設計。

(1)單樁承載力計算結(jié)果

軌道交通1號線工程：抗壓樁樁長為40 m左右,樁端持力層為層卵石層,單樁抗壓極限承載力為10 000 kN。抗拔樁樁長為30 m,單樁抗拔極限承載力為4 000 kN。

軌道交通6號線工程：抗壓樁樁長為26 m左右,樁端持力層為層卵石層,單樁抗壓極限承載力為7 000 kN。抗拔樁樁長為22 m,單樁抗拔極限承載力為3800kN。

(2)試樁

設計樁頂高程為12.45 m,而現(xiàn)場地面高程在30.19 m左右,不可能等基坑開挖到設計高程后再做試驗,且施工工期和安全都不允許。因此試驗只能在原地面施做，這就使得設計時必須考慮樁頂高程以上土體提供的側(cè)阻,綜合確定試樁需要加載量。

試驗目的：檢驗與確定單樁豎向抗壓、抗拔極限承載力。鑒定樁身混凝土質(zhì)量,包括縮頸、裂紋、斷裂、空洞、夾泥等缺陷。

試驗方法：用垂直靜載荷抗壓和抗拔、低應變動測法及超聲波透射法,分別做試驗檢測,靜載荷試前先進行超聲波檢測及低應變檢測。

試驗要求：垂直靜載荷抗壓試驗,共五組,為S1～S5；抗拔試驗共三組,為S6～S8。

低應變檢測：800 mm直徑的樁為100％,并做超聲波透射。樁垂直靜荷載抗壓抗拔試驗：

S1～S8和M1～M8先進行樁端注漿,待成樁注漿后強度達到標準后,再進行靜載荷試驗。

2.2 乳腺超聲光散射成像對乳腺腫瘤的診斷結(jié)果與病理診斷結(jié)果對比 乳腺超聲光散射成像對乳腺腫瘤診斷的敏感度、特異度、準確率、陽性預測值、陰性預測值分別為70.0%(28/40)、92.5%(37/40)、81.3%(65/80)、90.3%(28/31)、75.5%(37/49)。見表3。

樁的靜載荷試驗應按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，采用慢速維持荷載法,從澆灌混凝土到開始試樁的間歇時間,在滿足混凝土達到設計強度的前提下不應少于28 d。

S1～S5最大豎向抗壓試驗荷載初定為13 000 kN,加載分12級,卸載分6級。S6～S8最大豎向抗拔試驗荷載初定為5 800 kN,加載分12級,卸載分6級。

試樁結(jié)論：

根據(jù)5根試樁的單樁豎向抗壓靜載荷試驗曲線綜合分析,單樁豎向抗壓極限承載力可取13 000 kN。根據(jù)3根試樁的單樁豎向抗拔靜載荷試驗曲線綜合分析,單樁豎向抗拔極限承載力可取5 800 kN。

5.6 沉降計算

樁基沉降計算分別考慮結(jié)構(gòu)底板下有水與無水兩種工況。在水浮力的計算中扣除了樁的面積。采用pile2000程序進行了基礎沉降驗算(如圖4)。

圖4 1號線大通廊處沉降

5.7 隆沉控制

樞紐工程中基礎的隆沉控制主要考慮以下幾個方面。

(1)基礎形式控制：不同的單體工程統(tǒng)一采用樁筏基礎,協(xié)調(diào)不同承載要求下的變形控制。

(2)樁型控制：根據(jù)不同的需求設置不同的樁型。

(3)布樁控制：考慮各種工況下的受力情況,合理布置樁基。

(4)施工工藝控制：采用后注漿工藝,減少樁底沉渣厚度,改善樁端和局部樁側(cè)土體承載性能,提高承載力,降低樁基沉降。

6 結(jié)束語

本樞紐基礎工程設計遵循的主要原則：

(1)結(jié)合地質(zhì)情況、結(jié)構(gòu)體系和施工工藝,確定合理的持力層。

(2)根據(jù)不同位置的受荷情況,合理布置樁基,且考慮不同工況下樁抗壓和抗拔的轉(zhuǎn)換。

(3)樞紐工程的樁基必須進行試樁,根據(jù)試樁結(jié)果最終確定單樁承載力,指導設計。

(4)樞紐基礎工程隆沉控制是設計的重要環(huán)節(jié),是結(jié)構(gòu)安全和舒適性的保證,因此必須一體化設計,考慮不同單體工程沉降要求,使整個工程隆沉統(tǒng)一,控制差異沉降。

[1]黃紹銘，高大釗.軟土地基與地下工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005

[2]劉金礪.樁基設計施工與檢測[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2001

[3]GB50021—2001 巖土工程勘察規(guī)范[S]

[4]GB50157—2003 地鐵設計規(guī)范[S]

[5]JGJ94—2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]