吳成杰

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 湖北武漢 430063）

1 引言

高速鐵路路基工程設(shè)計(jì)中，站場(chǎng)路基還具有與區(qū)間路基顯著不同的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在:(1）站場(chǎng)路基寬度大于區(qū)間路基，沉降控制的難度較區(qū)間路基大；(2）站場(chǎng)路基存在諸多與站后房建工程的接口，且站后專業(yè)設(shè)計(jì)與施工的時(shí)間大幅度滯后于站前工程，存在工程銜接缺口，地基處理和支擋設(shè)計(jì)時(shí)難以周全考慮。

商合杭鐵路為設(shè)計(jì)時(shí)速350 km無砟軌道高速鐵路[1]，全線新設(shè)鳳臺(tái)南、壽縣、淮南南、巢湖北、巢湖東、含山西、蕪湖北、郎溪、廣德南、安吉等站多位于坑、塘、溝渠分布且松軟地基地段，車站地基處理主要采用了CFG樁復(fù)合地基、螺桿樁復(fù)合地基、鉆孔灌注樁樁筏結(jié)構(gòu)、管樁樁筏結(jié)構(gòu)。車站布置形式有線側(cè)平式、線側(cè)下式、全高架式、部分高架式，不同的站房設(shè)置形式對(duì)站房路基支擋設(shè)計(jì)的要求不一樣，設(shè)計(jì)采用了懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻、樁板墻三種支擋形式。由于站后房建工程設(shè)計(jì)和施工時(shí)間大幅度滯后于站前路基工程，在設(shè)計(jì)和施工中出現(xiàn)了一些接口問題，經(jīng)過變更設(shè)計(jì)，得到了比較圓滿的解決，工程效果較好。

2 CFG樁、螺桿樁地基處理

以鳳臺(tái)南站深厚第四系地層為代表，地基主要了采用CFG樁復(fù)合地基、螺桿樁復(fù)合地基處理[2-3]。鳳臺(tái)南站設(shè)兩臺(tái)四線，路基填高6～8 m，正線鋪設(shè)無砟軌道，到發(fā)線鋪設(shè)有砟軌道。鳳臺(tái)南站地處淮河沖積平原區(qū)，地層為深厚第四系地層，鉆探揭示第四系層厚度大于85 m，0～20 m地層以可塑～硬塑黏土、粉質(zhì)黏土為主，局部夾粉土；20～50 m主要為中密細(xì)砂、粉土，夾粉質(zhì)黏土；50～85 m為硬塑黏土夾細(xì)砂。

鳳臺(tái)南站地基處理設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是地基處理深度問題[4]。由于第四系地層深厚，處理深度合理與否，不但關(guān)系到工程投資，而且關(guān)系到工后沉降控制的成敗。設(shè)計(jì)采用工程類比法，鳳臺(tái)南站地層和填高與京滬高速鐵路宿州東站類似，宿州東站處理，樁長(zhǎng)約20 m，最終總沉降5～6 cm；本工點(diǎn)采用CFG樁聯(lián)合堆載預(yù)壓[5]為主的處理方式，樁長(zhǎng)20～23 m，以粉土和細(xì)砂作為持力層。典型設(shè)計(jì)橫斷面見圖1。

圖1 鳳臺(tái)南站CFG樁復(fù)合地基處理橫斷面圖

鳳臺(tái)南站站中心往大里程方向有兩個(gè)巨大的水塘，為滁新高速公路的取土坑，面積222 m×120 m、175 m×80 m，深7～9 m。由于鳳臺(tái)南站正線為無砟軌道，兩個(gè)巨大水塘的存在，給設(shè)計(jì)方案的選擇帶來了巨大難題?？睖y(cè)期間一度考慮改線，將線路左移避開水塘，受跨越高速公路收費(fèi)站處的橋墩位置所限，未能調(diào)整；也考慮過設(shè)橋梁跨越水塘方案，由于水塘地處鳳臺(tái)南站中心位置，設(shè)橋方案將使站房、生產(chǎn)生活房屋的布置變得十分復(fù)雜。最后，施工圖采取的方案是螺桿樁聯(lián)合堆載預(yù)壓加固方案[6]。先將水塘水抽干，清除塘底浮泥，填筑細(xì)粒土，要求壓實(shí)系數(shù)0.89。填平至地面以后，采用螺桿樁進(jìn)行地基加固。螺桿樁間距1.8 m，正方形布置，樁頂設(shè)置樁帽，樁帽頂鋪設(shè)褥墊層，形成復(fù)合地基。典型斷面見圖2。螺桿樁為擠土樁，施工排土很少，對(duì)新填筑的細(xì)粒土具有擠密作用，同時(shí)復(fù)合地基以上的路堤填高控制在8 m以內(nèi)，減少了高填方可能產(chǎn)生的填料變形，取得良好效果。

圖2 鳳臺(tái)南站螺桿樁復(fù)合地基處理橫斷面圖

鳳臺(tái)南站路基采用CFG樁、螺桿樁聯(lián)合堆載預(yù)壓處理深厚第四系地基，取得良好效果?；驳讓犹钪瓿珊螅畲蟊O(jiān)測(cè)沉降為12 mm[7]，且一旦進(jìn)入路堤靜置期，沉降量很快趨于穩(wěn)定。典型沉降曲線見圖3。

圖3 鳳臺(tái)南站典型沉降曲線

壽縣站、淮南南站、巢湖北站、郎溪站、廣德站、安吉站第四系地層土層較鳳臺(tái)南站薄，均采用了CFG樁復(fù)合地基處理方案，取得良好效果。

由于站房、雨棚的設(shè)計(jì)時(shí)間較路基工程晚2年多，CFG樁、螺桿樁處理地基存在著與房建工程基礎(chǔ)沖突的問題。車站路基地基處理施工前，建設(shè)單位專門組織站前設(shè)計(jì)、施工單位和房建設(shè)計(jì)專業(yè)進(jìn)行對(duì)接。經(jīng)研究，房建工程影響路基的主要是雨棚基礎(chǔ)，為盡量減小雨棚基礎(chǔ)施工對(duì)路基樁基的影響，由房建設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了雨棚位置初步方案設(shè)計(jì)，根據(jù)雨棚柱鉆孔樁基礎(chǔ)樁位，路基CFG樁樁位適當(dāng)調(diào)整，預(yù)留出雨棚柱樁基的樁位，為進(jìn)一步防止雨棚柱樁基位置在正式設(shè)計(jì)時(shí)可能發(fā)生的變化，將雨棚柱附近的幾排CFG樁的樁帽由邊長(zhǎng)1 m、厚0.3 m的正方形鋼筋混凝土樁帽調(diào)整為直徑1 m、厚度0.4 m的素混凝土圓臺(tái)樁帽，將來如果由于雨棚柱基礎(chǔ)位置發(fā)生變化或者CFG樁本身施工偏差，雨棚柱鉆孔樁施工的時(shí)候可以比較容易將樁帽破除，減小相互影響。

3 鉆孔樁樁筏結(jié)構(gòu)、管樁樁筏結(jié)構(gòu)

巢湖東站路基為商合杭鐵路為數(shù)不多的軟土路基工點(diǎn)之一。巢湖東站站址區(qū)屬巢湖湖積平原，地形平坦開闊，地勢(shì)低，主要為河溝、魚塘、沼澤地。該段地層自上而下主要為:(1）淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，灰褐色 ～深灰色，軟塑，σ0=70 kPa；(2）粉質(zhì)黏土，褐灰色 ～褐黃色，硬塑，σ0=160 kPa；粉質(zhì)黏土夾少量角礫，褐黃色，硬塑，σ0=200 kPa；(4）2S1g 泥巖，青灰色 ～棕黃色，強(qiáng)風(fēng)化，σ0=350 kPa；(5）3S1g泥巖，青灰色，弱風(fēng)化，σ0=500 kPa。

巢湖東站填高6～8 m；左側(cè)臨近湯河，右側(cè)臨近合福高鐵，為內(nèi)澇浸水路基[8]?？紤]到地質(zhì)條件較差、浸水、臨近既有線路等綜合因素，設(shè)計(jì)采用了鉆孔樁樁筏整體結(jié)構(gòu)[9]、管樁樁筏整體結(jié)構(gòu)、攪拌樁、應(yīng)力釋放孔等多種地基處理方式，典型設(shè)計(jì)橫斷面如圖4所示。

圖4 巢湖東站典型地基處理橫斷面圖

靠近合福場(chǎng)設(shè)3～5排鉆孔灌注樁，樁徑1.0 m、樁長(zhǎng)26～29 m；鉆孔樁橫向間距4.2 m、縱向間距4.5 m，樁頂設(shè)置厚度1.0 m的鋼筋混凝土筏板，鉆孔樁單樁承載力設(shè)計(jì)值3 700～4 000 kN；左側(cè)地基采用PHC管樁樁筏結(jié)構(gòu)[10]，管樁樁徑0.5 m、樁間距2.4～2.6 m，樁長(zhǎng)18.0～21.5 m，樁頂設(shè)置厚度0.55 m的鋼筋混凝土筏板，樁頂嵌入筏板內(nèi)50 cm；最外側(cè)設(shè)置4排攪拌樁圍護(hù)樁，長(zhǎng)10 m，增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。為減小鉆孔樁施工對(duì)合福場(chǎng)的影響，鉆孔樁施工時(shí)，靠近合福線側(cè)1排鉆孔樁采用鋼護(hù)筒跟管鉆進(jìn)至硬土層。

在管樁與合福場(chǎng)之間設(shè)置2排應(yīng)力釋放孔。應(yīng)力釋放孔直徑0.5 m，縱向間距1.5 m、橫向1.3 m，呈梅花形布置，深度打穿軟土；應(yīng)力釋放孔采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，成孔后填入潔凈的砂石，管樁施工時(shí)起到釋放超凈孔隙水壓力和擠土效應(yīng)的作用。

典型斷面沉降計(jì)算結(jié)果見圖5。計(jì)算表明，Ⅳ股道、5股道(無砟軌道）均不產(chǎn)生附加沉降，6股道(有砟軌道）附加沉降約2 mm[11]。

圖5 商合杭場(chǎng)路基引起地基沉降計(jì)算曲線

樁筏結(jié)構(gòu)沉降控制效果好，但對(duì)站臺(tái)雨棚基礎(chǔ)的影響比較大。路基填筑完成后，天橋、雨棚基礎(chǔ)很難穿透筏板，或者即使設(shè)法穿透筏板，也有可能碰到管樁。商合杭場(chǎng)雨棚設(shè)計(jì)采用跟合福場(chǎng)雨棚相同的基礎(chǔ)形式，這樣基礎(chǔ)形式是確定的，管樁樁筏設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)調(diào)整管樁位置，將雨棚基礎(chǔ)位置預(yù)留出來，便于后續(xù)樁基施工。

對(duì)于房建工程基礎(chǔ)形式及位置不能確定的情況，管樁施工前無法做好預(yù)留，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)繪制詳細(xì)的管樁平面布置圖，將每根管樁的位置固定，并要求施工單位按樁位施工管樁，施工完成實(shí)測(cè)實(shí)際施工樁位圖，移交于房建工程設(shè)計(jì)單位，使其設(shè)計(jì)時(shí)鉆孔樁位避開管樁位置。施工的時(shí)候，路基填土內(nèi)采用鋼護(hù)筒護(hù)壁、挖孔樁作業(yè)方式，至筏板位置，采用鉆孔機(jī)具將筏板鉆穿，然后再采用旋挖鉆施工鉆孔樁。巢湖東站既有天橋接長(zhǎng)施工時(shí)，鉆孔樁施工時(shí)采用了這種先挖后鉆的施工工藝，成功避開了管樁樁位，完成了鉆孔樁的施工。

4 懸臂式擋土墻

對(duì)于兩臺(tái)六線的島式站臺(tái)，當(dāng)設(shè)置線側(cè)下站房時(shí)，站房側(cè)設(shè)置懸臂式擋土墻是一個(gè)比較好的方案[12]。商合杭鐵路淮南南站左側(cè)設(shè)置了懸臂式擋土墻，墻高5.5 m，墻底采用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行處理，懸臂墻左側(cè)與站房架空層相接見圖6。懸臂墻結(jié)構(gòu)輕巧、施工方便、外觀平整度高、地基承載力要求低，具備條件時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用。

圖6 淮南南站站房側(cè)懸臂式擋土墻橫斷面圖

5 扶壁式擋土墻

兩臺(tái)四線車站，采用線側(cè)下式站房布置時(shí)，受架空層層高的影響，站房側(cè)需要設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)的高度一般大于6 m，不宜設(shè)置懸臂式擋土墻，此時(shí)扶壁式擋土墻是一種選擇方案。壽縣站左側(cè)為線側(cè)下式站房，右側(cè)靠近高速公路，兩側(cè)均采用了扶壁式擋土墻[13]，擋土墻高度8 m，擋土墻底部采用CFG樁復(fù)合地基進(jìn)行地基處理，如圖7所示。

圖7 壽縣站兩側(cè)扶壁式擋土墻設(shè)計(jì)

扶壁式擋土墻可收坡高度一般為6～10 m，擋土墻外表面豎直、美觀，是填方路堤站房側(cè)收坡的一種選擇。扶壁式擋土墻的弊端主要有兩個(gè):一是扶壁引起的路基填料碾壓困難，二是站臺(tái)雨棚柱和連廊柱基礎(chǔ)必定與扶壁墻底板發(fā)生沖突。按目前的工程建設(shè)實(shí)際，擋土墻屬于站前工程，雨棚屬于站后工程，擋土墻設(shè)計(jì)和施工都較雨棚柱基礎(chǔ)早一年以上，擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)雨棚柱軸線布置、基礎(chǔ)形式都未確定，而站房設(shè)計(jì)時(shí)如果調(diào)整了場(chǎng)坪標(biāo)高反過來又可能影響擋土墻的高度，這給接口設(shè)計(jì)[14-15]帶來了很大的難題。壽縣站施工時(shí)，為保證架梁通道，不得已先施工了正線路基；站房、天橋、雨棚柱方案確定后，對(duì)支擋結(jié)構(gòu)的范圍和形式進(jìn)行了變更設(shè)計(jì)。變更設(shè)計(jì)時(shí)在扶壁式擋土墻底板上預(yù)留了雨棚柱孔洞，同時(shí)適當(dāng)增大擋土墻底板面積以彌補(bǔ)抗滑力損失，如圖11所示。由于雨棚柱布置間距不等，懸臂墻的單元長(zhǎng)度、扶壁位置均受到影響，導(dǎo)致一個(gè)車站設(shè)計(jì)出來的懸臂墻結(jié)構(gòu)尺寸有很多種，施工難度較大。雖然問題得到了解決，但是從解決過程來看，扶壁式擋土墻與站后結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的接口太復(fù)雜，設(shè)計(jì)、施工過程中控制稍有不當(dāng)，就會(huì)引起結(jié)構(gòu)的破壞，設(shè)計(jì)和施工都必須慎重對(duì)待，做好接口設(shè)計(jì)。

6 樁板墻

郎溪站、廣德站、安吉站，采用線側(cè)下站房布置方案，站房側(cè)路基均采用了樁板墻支擋方案[16]。圖8為郎溪站站房側(cè)支擋設(shè)計(jì)橫斷面圖。采用樁板墻設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)明顯，只要站房場(chǎng)坪標(biāo)高確定以后，樁板墻就可以施工，站后雨棚柱基礎(chǔ)跟樁板墻不干擾。采用樁板墻支擋結(jié)構(gòu)時(shí)，站房設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意不在樁板墻前設(shè)置基坑，例如設(shè)置消防水池，否則樁前主動(dòng)土壓力不足，將導(dǎo)致樁頂位移超限或者傾倒破壞。商合杭站房設(shè)計(jì)時(shí)均要求建筑專業(yè)將消防水池設(shè)置在遠(yuǎn)離樁板墻側(cè)，保證了樁板墻的安全。采用樁板墻結(jié)構(gòu)，對(duì)樁前土體的抗力要求較高，一般在碎石類土、基巖強(qiáng)～弱風(fēng)化地段使用較好，樁截面較小，常采用1.75 m×2.0 m。地質(zhì)條件一般，例如全風(fēng)化巖、堅(jiān)硬黏性土，可能存在樁前抵抗力不足的情況，此時(shí)可以增大樁的截面，并設(shè)置扁樁，即樁的寬度大于厚度，以增大土體抗力。

圖8 郎溪站樁板墻支擋設(shè)計(jì)橫斷面圖

7 結(jié)論與建議

(1）CFG復(fù)合地基解決了商合杭鐵路車站第四系地層的沉降控制問題，螺桿樁復(fù)合地基解決了取土坑高填路基的沉降控制問題。但樁基和樁帽可能影響到雨棚柱基礎(chǔ)的鉆孔樁處理，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留出鉆孔樁樁位，解決其互相干擾的問題。

(2）管樁樁筏結(jié)構(gòu)、鉆孔樁樁筏結(jié)構(gòu)用于巢湖東站深厚軟土地基處理，解決了高填方路基沉降控制難題。這種整體結(jié)構(gòu)地基處理方式對(duì)雨棚、天橋鉆孔樁處理具有天然的沖突，設(shè)計(jì)或施工時(shí)應(yīng)預(yù)留鉆孔樁孔位，無法確定位置時(shí)建議實(shí)測(cè)施工樁位，為雨棚、天橋的樁基設(shè)計(jì)創(chuàng)造條件，避免施工時(shí)發(fā)生沖突。

(3）懸臂墻適用于高度6 m以內(nèi)的站房路基收坡設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)輕巧、施工方便、外觀平整度高，對(duì)房建工程的干擾小。

(4）從壽縣站扶壁式擋土墻變更設(shè)計(jì)來看，扶壁式擋土墻與房建結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的接口復(fù)雜，設(shè)計(jì)和施工都必須慎重處理，避免結(jié)構(gòu)破壞。

(5）從郎溪站、廣德站、安吉站的樁板墻設(shè)計(jì)、施工實(shí)踐來看，樁板墻對(duì)房建工程影響比較小，當(dāng)錨固段地層較好時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用。