濟(jì)南西站深厚松軟土地層復(fù)合地基施工對(duì)策與設(shè)計(jì)優(yōu)化

1、濟(jì)南西站深厚松軟土地層復(fù)合地基施工對(duì)策與設(shè)計(jì)優(yōu)化張曉波( 中鐵十二局集團(tuán)有限公司， 太原 030024)摘 要: 結(jié)合京滬高速鐵路濟(jì)南西站的工程實(shí)際，重點(diǎn)研究了黃河沖積平原含硬質(zhì)黏土層深厚松軟土地層條 件下優(yōu)化復(fù)合地基設(shè)計(jì)與施工方案的過(guò)程與方法。介紹了富水松軟土地層 20 m 深度之下出現(xiàn)砂礫層和夾姜 石的硬質(zhì)黏土層對(duì) CFG 樁施工造成特殊難題的背景下，為克服困難所采取的一系列施工對(duì)策及其實(shí)施效果; 通過(guò)專(zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查論證，為確保工程質(zhì)量和建設(shè)工期，在調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的指導(dǎo)思路下，依托 現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)實(shí)踐進(jìn)行對(duì)比研究和分析驗(yàn)證，對(duì)原有設(shè)計(jì)和施工方案做出優(yōu)化和調(diào)整。對(duì)比了 CFG 樁復(fù)合

2、 地基、管樁復(fù)合地基、小直徑鉆孔灌注樁復(fù)合地基的適用性和特點(diǎn)，優(yōu)選設(shè)計(jì)參數(shù)，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)與施工方案的 試驗(yàn)、調(diào)整、選擇、優(yōu)化與實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。關(guān)鍵詞: 京滬高速鐵路; 濟(jì)南西站; 深厚松軟土地層; 復(fù)合地基; 施工對(duì)策; 設(shè)計(jì)優(yōu)化中圖分類(lèi)號(hào): U416. 212 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A57Construction Strategy and Design Optimization for Composite Foundation on Deep Soft Soil Stratum in Jinan West ailway StationZHANG Xiao-bo( China ailway

3、 12th Bureau Group Co Ltd ，Taiyuan030024，China)Abstract: Based on the engineering practice of Jinan west railway station on Beijing-Shanghai high-speed railway，this paper focuses on composite foundation optimization design and construction scheme under the condition of deep soft soil stratum with ha

4、rd clay soil layer on Yellow river alluvial plain The paper introduces a series construction strategy and its effect adopted due to special problems caused by gravel bed and hard clay layer below 20 m depth from the soft soil stra- tum with rich water to the CFG pile construction According to on-sit

5、e investigation of experts，in order to assure con- struction quality and time，by using comparison research and analyzing certification in field test，the original design and construction scheme are optimized and adjusted Compared with the applicability and characteristics of composite foun- dations o

6、f CFG pile，tube pile and small diameter bored pile，design parameter is optimized Based on design parameter optimization，test，adjustment，selection，optimization and implement of design and construction scheme，the better technical economy is realizedKey words: Beijing-Shanghai high-speed railway; Jinan

7、 west railway station; deep soft soil stratum; composite founda- tion; construction strategy; design optimization1引言近年來(lái)，隨著客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)和高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)， 復(fù)合地基加固技術(shù)在鐵路路基工程中得到了廣泛應(yīng) 用?？瓦\(yùn)專(zhuān)線(xiàn)和高速鐵路路基地基有多種處理方式， 每種方法都有其適用范圍和局限性，復(fù)合地基加固的收稿日期: 2013-09-03作者簡(jiǎn)介: 張曉波( 1976-) ，男，高級(jí)工程師。設(shè)計(jì)與施工盡管可以借鑒和利用已建成項(xiàng)目的成功經(jīng) 驗(yàn)，但基于工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性，仍存在許多不確定

8、 因素影響工程整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，從而需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng) 實(shí)際科學(xué)分析，因地制宜優(yōu)化和調(diào)整設(shè)計(jì)、施工，選定 最佳處理方案。本文結(jié)合京滬高速鐵路濟(jì)南西站工程 的建設(shè)實(shí)際，就深厚松軟土地層的復(fù)合地基方案優(yōu)化 進(jìn)行總結(jié)，證明在遵循事實(shí)客觀規(guī)律的前提下，通過(guò)科 學(xué)論證分析，研究制定對(duì)策，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和工程實(shí)踐，可 以實(shí)現(xiàn) 工 程 質(zhì) 量、建 設(shè) 周 期、技 術(shù)經(jīng)濟(jì)較為合理的 統(tǒng)一。42工程概況粉質(zhì)黏土、粉土、黏土和上覆人工填土構(gòu)成。按照其成 因和巖性自上而下為: 素填土 Qm1 ( 平均厚 2. 5 m) 粉土 Qa1 ( 平均厚 2. 4 m) 粉質(zhì)黏土 Qa1 + pl平均厚44(濟(jì)南西站作為京滬高速鐵路 5

9、 個(gè)始發(fā)終到站之7. 1 m) 細(xì)砂土 Qa1 + pl ( 平均厚 2. 0 m) 黏土 Qpl ( 平44一，是濟(jì)南市新形象的門(mén)戶(hù)工程，位于濟(jì)南市槐蔭區(qū)張 莊飛機(jī)場(chǎng)西側(cè)、京福高速公路以東范圍，是一個(gè)集國(guó) 鐵、地鐵、公交、出租于一體，功能齊全的大型綜合交通 樞紐，對(duì)當(dāng)?shù)芈糜?、商?wù)、會(huì)展、現(xiàn)代物流、房地產(chǎn)等產(chǎn) 業(yè)具有重大帶動(dòng)效應(yīng)。該站場(chǎng)位于黃河以南沖積平原的大面積深厚松軟 土地 層 之 上，中 心 里 程 DIK 419 + 415，站 場(chǎng) 總 長(zhǎng) 3. 6 km，寬達(dá) 160 m，路 基為大面積堆載下的站場(chǎng)路 堤，平均填高 7 m，填方 177 萬(wàn) m3 。因軟土及松軟土地 基分布廣泛，采用

10、 CFG 樁地基加固處理技術(shù)嚴(yán)格控制 地基和路基沉降。原設(shè)計(jì) CFG 樁總工程量約 310 萬(wàn) 延米，路基正線(xiàn)和道岔咽喉區(qū)路基段落設(shè)計(jì)預(yù)留不少 于 12 個(gè)月堆載預(yù)壓期。按照指導(dǎo)性施工組織計(jì)劃安 排，為保障正線(xiàn)無(wú)砟軌道鋪設(shè)節(jié)點(diǎn)工期，必須在 3 4 個(gè)月內(nèi)完成地基加固處理，5 6 個(gè)月內(nèi)完成路基填筑 和橋涵施工并進(jìn)行堆載預(yù)壓，確保預(yù)壓期和工后沉降 值達(dá)標(biāo)，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，工期壓力巨大。583水文地質(zhì)條件2006 年勘察設(shè)計(jì)資料揭示，基本地質(zhì)情況為第四 系全新統(tǒng) 沖 積 層 ( Q4 al) 及第四系上更新統(tǒng)沖積層 ( Q3 al) ，表層局部為人工堆積層( Q4 ml) 素填土，自上 至下可分為

11、2 個(gè)大層。第一大層主要為第四系全新統(tǒng) 沖積層( Q4 al) ，局部表覆人工填土，地層主要為黏性 土、粉土; 第二大層主要為第四 系上更新統(tǒng)沖積層 ( Q3 al) ，地層主要為新黃土、黏 性土、及 細(xì) ( 粗) 圓礫 土，局部為砂類(lèi)土透鏡體。地層分布表現(xiàn)為: 地表 0 4. 5 m 厚硬塑狀粉質(zhì)黏 土; 其下為 1. 2 6. 2 m 厚密實(shí)、潮 濕粉土，下 為 0 1. 9 m 厚軟塑狀粉質(zhì)黏土，下為 0 0. 8 m 厚密實(shí)、潮 濕、含砂粉土，下為 2. 5 4. 6 m 厚軟塑狀粉質(zhì)黏土。DIK 417 + 453 DIK 419 + 720 段局部夾 1 2 m 厚砂礫石地層，DI

12、K 419 + 720 以后表層為 9 15. 8 m 厚軟塑 堅(jiān)硬狀新黃土，DIK 420 + 829 DIK 421 + 053. 36段新黃土以下為 3. 8 8. 2 m 厚中密、飽和粉砂或圓礫 土。地下水為第四紀(jì)孔隙潛水，主要由大氣降水補(bǔ)給， 地下水埋深 1. 0 4. 3 m，變幅 3 4 m，對(duì)混凝土不具 侵蝕性。2008 年 7 月 27 日至 8 月 15 日，施工單位對(duì) DIK417 + 450 DIK 419 + 130 和 DIK 419 + 650 DIK 420 +150 段進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)復(fù)核。具體結(jié)果為: 在鉆探深 度( 33 m) 范圍內(nèi)，場(chǎng)地地層主要由第四系沖

13、積形成的均厚 19. 1 m) 。其中黏土層表現(xiàn)為干強(qiáng)度強(qiáng)、韌性強(qiáng)， 含姜石，夾堅(jiān)硬膠結(jié)層，局部分層的承 載力值達(dá) 295 kPa 以上。地下水位埋深 1. 0 3. 2 m，主 要分布在 1. 2 m 左右，不具侵蝕性。4原設(shè)計(jì)方案原設(shè)計(jì)方案在參照京津城際鐵路、鄭西客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn) 等高等級(jí)鐵路的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，綜合分析濟(jì)南西站 地區(qū)的工程、水文地質(zhì)情況確定，遵循 JGJ 79 2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的“CFG 樁法適用于 處理黏性土、粉土、砂土等”技術(shù)應(yīng)用條件，濟(jì)南西站 站場(chǎng)地基處理設(shè)計(jì)采用 CFG 樁加固地基。全段路基、橋涵地基均采用 50 cm 樁徑 CFG 樁復(fù) 合地基加固措施，

14、CFG 樁在路基正線(xiàn)區(qū)域主要采用 30 m樁長(zhǎng)，到發(fā)線(xiàn)區(qū)域主要采用 25 m 樁長(zhǎng)，橋涵地基 采用 30 m 樁長(zhǎng)。路基地基按變樁長(zhǎng) CFG 樁設(shè)計(jì)，樁 長(zhǎng)有 15 m、16 m、20 m、25 m、30 m 5 種，正線(xiàn)及咽喉區(qū) 以 30 m、25 m 為主。正線(xiàn)無(wú)砟軌道板基礎(chǔ)按 1 1 放坡 至原地面以?xún)?nèi)部分，采用 30 m 長(zhǎng) CFG 樁 + 15 cm 厚碎 石 + 50 cm 厚筏板基礎(chǔ)的樁筏結(jié)構(gòu); 筏板外采用 15 25 m長(zhǎng) CFG 樁 + 60 cm 厚碎石墊層的樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì) 樁徑 50 cm，樁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度達(dá)到不小于 C20 混凝土強(qiáng) 度等級(jí)。布置形式為: 筏板以?xún)?nèi)樁間距 1

15、. 5 m，呈正方 形布置; 筏板以外縱向間距 1. 5 m，橫向間距 1. 6 m，呈 矩形布置?；脖韺犹钪皩?duì)路堤正線(xiàn)和站臺(tái)范圍的 正線(xiàn)兩側(cè)站臺(tái)之間堆載預(yù)壓，預(yù)壓土高度 4. 5 m。原設(shè)計(jì) CFG 樁復(fù)合地基加固方案橫斷面如圖 1 所示。5工程實(shí)施問(wèn)題與施工對(duì)策5 1實(shí)施問(wèn)題按照設(shè)計(jì)圖中的規(guī)定，現(xiàn)場(chǎng)在施工前組織了 CFG 樁工藝性試驗(yàn)。2008 年 6 月 28 日至 7 月 21 日，進(jìn)行 了 6 根試樁施工，采用 JZB90 型( 主要參數(shù): 鉆孔直徑500 mm、最大成孔深度 32 m，動(dòng)力頭功率 55 kW × 2) 、KLB630 型( 主要參數(shù): 鉆孔直徑 500

16、 mm、最 大成孔深度 32 m，動(dòng)力頭功率 55 kW × 2 ) 、DJB60 型( 主要參數(shù): 鉆孔直徑 500 mm、最大成孔深度26 m， 動(dòng)力頭功率 55 kW × 2) 長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，混合料輸送 車(chē)供料，混合料輸送泵泵送灌注，驗(yàn)證了長(zhǎng)螺旋鉆孔、 管內(nèi)泵壓混合料成樁施工工藝適合試樁工點(diǎn)的地質(zhì) 條件。圖 1 原設(shè)計(jì) CFG 樁復(fù)合地基加固方案橫斷面圖在隨后的 9 根工程樁施工過(guò)程中，由于濟(jì)南西站 特殊的地質(zhì)條件，現(xiàn)場(chǎng)遇到很大困難。( 1) CFG 樁施工在表層 0 5 m 的新黃土中鉆進(jìn) 時(shí)可正常出土，平均鉆速為 58. 3 m / h 105 m / h; 鉆

17、進(jìn) 至地表以下 5 10 m 處分布的黏土層或粉質(zhì)黏土層中 速度很慢，平均鉆速為 11. 04 m / h 35. 72 m / h; 18 m 深度以下地層中鉆進(jìn)速度極慢，平均鉆速為 2. 4 m / h 5. 1 m / h。由于第四系上更新統(tǒng)沖積層( Q3 al) 粉質(zhì)黏 土層塑性指數(shù)很高，極具黏性，在地下水位以下段全部 粘連在鉆桿葉片上裹鉆，無(wú)法出土。鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)標(biāo)高 后，泵送混合料時(shí)管道閥門(mén)無(wú)法正常開(kāi)啟，須提鉆打開(kāi) 閥門(mén)后再下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行混合料灌注。( 2) 鉆進(jìn)過(guò)程中需要提鉆進(jìn)行人工清泥，再進(jìn)行 鉆進(jìn)，反復(fù)清泥后鉆進(jìn)至樁底設(shè)計(jì)標(biāo)高; 樁長(zhǎng)為 30 m 的需提鉆 3 4 次方可成孔

18、，樁長(zhǎng)為 25 m 的亦需提鉆 1 2 次，每次人工清泥需 30 40 min，反復(fù)提鉆造成 樁孔有一定程度擴(kuò)大。 CFG 成樁工效甚低，進(jìn) 度遲 緩，材料用量超標(biāo)。( 3) 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料揭示: 地下水豐富，位 于地面3 m以下處，提鉆或灌樁時(shí)孔內(nèi)水大量外溢; 地表以下590 5 m 為粉質(zhì)黃土，與設(shè)計(jì)相符，5 30 m 為膠質(zhì)黏 土，部分地段在 25 m、28 m 左右處出現(xiàn)了砂礫石層或 零星分布姜石的硬塑狀黏土層，且分布范圍較廣。在 站場(chǎng)北咽喉段施工時(shí)，鉆進(jìn)至 21 22 m 處基本無(wú)進(jìn) 尺; 在站場(chǎng)南咽喉段施工時(shí)，鉆進(jìn)超過(guò) 25 m 后基本無(wú) 進(jìn)尺，鉆機(jī)搖晃嚴(yán)重且無(wú)進(jìn)尺。困難地質(zhì)條件下的

19、 CFG 樁單樁成樁時(shí)間 30 m 樁 長(zhǎng)的長(zhǎng)達(dá) 3 4 h，25 m 樁長(zhǎng)的長(zhǎng)達(dá) 2 3 h，長(zhǎng)螺旋鉆 機(jī)在最高功率工作狀態(tài)下仍無(wú)法繼續(xù)鉆進(jìn)，且已施工 樁位中不能達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)的樁位比例很大。5 2 施工對(duì)策針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工存在的問(wèn)題，施工單位嘗試了選用 大功率鉆機(jī)、設(shè)備滿(mǎn)負(fù)荷鉆進(jìn)、改變鉆桿螺距、設(shè)置人 工清泥平臺(tái)、加工脫泥器、更換特種鉆頭、改換振動(dòng)沉 管法等一系列針對(duì)措施進(jìn)行工程實(shí)踐，但 效果有限 ( 如表 1) 。表 1 施工對(duì)策實(shí)施情況表實(shí)施目的施工對(duì)策加工脫泥器具體措施加工與提鉆速度相吻合的脫泥設(shè)備1 變大鉆桿螺距，增大坡度，減少阻力;2 加工變螺距鉆桿，下口螺距小，上口螺距大，以 減少阻

20、力設(shè)置人工清泥平臺(tái)( 每臺(tái)鉆機(jī)不少于 2 個(gè)平臺(tái)， 不少于 4 個(gè)人清泥)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果有一定作用，但效果不甚明顯1效果不理想，脫泥未得到根本改善改變鉆桿螺距2克服脫泥 困難1、2 方法均不奏效時(shí)采用，費(fèi)時(shí)又費(fèi)工，效果差人工清泥3出現(xiàn)鉆機(jī)只鉆不進(jìn)、鉆 機(jī)電機(jī)被燒、鉆 頭被卡的情 況，效果不甚明顯電機(jī)的功率加大，用電量增加，鉆進(jìn)工效沒(méi)有改觀使設(shè)備滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，以期鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度設(shè)備滿(mǎn)負(fù)荷鉆進(jìn)1更換大功率動(dòng)力頭電機(jī)功率由 55 kW × 2 更換為 75 kW × 2采用史特徐州公司研發(fā)的新型產(chǎn)品碳化鎢合 金高效工程鉆頭，除鉆尖外，還有不同方向 的合 金截 齒，適 用 于 中 硬

21、巖、風(fēng)化巖和硬質(zhì)土 層 的 鉆進(jìn)225 m 樁長(zhǎng) CFG 樁施工鉆進(jìn)至 18 m 深度以下不再出 土，20 25. 5 m 深度平均進(jìn)尺 0. 04 m / min，總耗時(shí) 4 h27 min克服鉆進(jìn) 困難更換特種鉆頭3沉管至 22 m 深度處無(wú)法繼續(xù)施工，2 根試驗(yàn)樁均未 達(dá)設(shè)計(jì)深度，提鉆后發(fā)現(xiàn)最后 5 m 沉管?chē)?yán)重變形 扭曲調(diào)整為振動(dòng)沉管法施工，采用 Z 90 型打樁機(jī)， 自重 40 t，震動(dòng)錘功率為 40 kW × 2調(diào)整施工方法46設(shè)計(jì)方案優(yōu)化6 1專(zhuān)家研討針對(duì)濟(jì)南西站采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)施工 CFG 樁 時(shí)頻繁出現(xiàn)的黏土裹鉆嚴(yán)重、出土困難、工效超低、成 孔困難、混合料灌注堵管

22、和部分樁位難以鉆進(jìn)至設(shè)計(jì) 深度等一系列問(wèn)題。京滬高鐵公司及時(shí)組織中國(guó)建筑 科學(xué)研究院等單位業(yè)內(nèi)專(zhuān)家與建設(shè)指揮部、設(shè)計(jì)單位、 施工單位進(jìn)行 CFG 樁專(zhuān)題研討，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查驗(yàn)證，與 會(huì)專(zhuān)家指出: 濟(jì)南西站 CFG 樁施工面臨的難題國(guó)內(nèi)罕 見(jiàn)，僅在緬甸的境外工程施工中曾出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似情況，主 要是基于其特有的地質(zhì)條件引起。由于地下水豐富， 多次提鉆清泥成孔將在 CFG 樁周形成泥漿潤(rùn)滑層，對(duì) 樁體側(cè)阻造成不利影響，同時(shí)提鉆、下鉆對(duì)樁端土層的 擾動(dòng)也會(huì)對(duì)端阻的形成不利，存在工程質(zhì)量隱患，施工 時(shí)應(yīng)保證一鉆到底。專(zhuān)家們提出了改選直徑 40 cm 的 CFG 樁試驗(yàn)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管樁使用情況調(diào)查和試驗(yàn)組 織現(xiàn)場(chǎng)地

23、質(zhì)復(fù)核、建議設(shè)計(jì)單位考慮其他方案等意見(jiàn)。 6 2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)60根據(jù)京滬高速鐵路濟(jì)南西客站 CFG 樁研討會(huì)會(huì) 議紀(jì)要精神，2 d 后現(xiàn)場(chǎng)陸續(xù)組織了樁徑 40 cm CFG 樁 施工試驗(yàn)，在站場(chǎng)南、北端和南、北咽喉共計(jì)施工了 37 根 25 m 樁長(zhǎng) CFG 樁，在南咽喉施工了 3 根 30 m 樁長(zhǎng) CFG 樁。試驗(yàn)后的總體統(tǒng)計(jì)情況，現(xiàn)場(chǎng)未達(dá)設(shè)計(jì)樁長(zhǎng) 的 14 根 CFG 樁中，30 m 樁長(zhǎng)的 10 根，25 m 樁長(zhǎng)的 4 根。結(jié)果表明: 樁徑由 50 cm 調(diào)整為 40 cm 后，鉆進(jìn) 速度得到提高，出土量有所增加，脫泥情況得到改善， 在沒(méi)有遇到含姜石土的膠質(zhì)黏土層情況下，施工 25 m

24、樁長(zhǎng)的 CFG 樁，鉆進(jìn)全程可不提鉆，每根樁成樁時(shí)間 基本在 40 min 左右。但是在站場(chǎng)北咽喉地段部分位 置 22 m 左右遇到含姜石的膠質(zhì)黏土層、站場(chǎng)南咽喉超 過(guò) 25 m 后仍難以鉆進(jìn)，特別是樁板結(jié)構(gòu)范圍內(nèi) 30 m 長(zhǎng)的 CFG 樁仍無(wú)法穿越硬質(zhì)黏土層達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)。通過(guò)調(diào)查了解濟(jì)南市既有建筑地基加固處理市 場(chǎng)，濟(jì)南地區(qū)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁主要應(yīng)用于市政、房建 工程的基礎(chǔ)施工或地基處理，在鐵路、公路工程中應(yīng)用 較少。調(diào)查的 10 個(gè)市政、房建工程案例中: 沉樁方式 3 個(gè)為 錘 擊 法，7 個(gè) 為 靜 壓 法。 有 效 樁 長(zhǎng) 5 個(gè) 達(dá) 到22 m，3 個(gè)達(dá)到 16 m，2 個(gè) 10 m

25、 以下，22 m 長(zhǎng)樁的單樁 豎向抗壓極限承載力一般在 2 400 2 900 kN?，F(xiàn)場(chǎng) 隨后在 CFG 樁施工困難地段進(jìn)行了管樁的錘擊法和 靜壓法試驗(yàn)性施工，統(tǒng)計(jì)對(duì)比 10 根試樁的施工結(jié)果: 靜壓管樁平均成樁深度 30. 6 m，平均作業(yè)周期42 min， 施工情況正常，成樁長(zhǎng)度和施工工效明顯 優(yōu)于 CFG 樁，試樁能夠達(dá)到設(shè)計(jì)深度; 對(duì)于長(zhǎng)樁，靜壓法效果好于錘擊法，錘擊法的平均成樁深度 22. 6 m，平均作業(yè) 周期 96 min。6 3方案優(yōu)化根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)設(shè)計(jì)院具體研究，決 定對(duì)整個(gè)站場(chǎng)范圍內(nèi)的路基、橋涵地基處理方式統(tǒng)一 變更。變更后路基正線(xiàn)部分和橋涵地基處理方式均由

26、CFG 樁改為管樁，并重新確定設(shè)計(jì)參數(shù); 路基到發(fā)線(xiàn) 部分 CFG 樁樁徑全部由 50 cm 變更為 40 cm，樁間距 不變，樁長(zhǎng)不變，25 m 樁長(zhǎng)局部施工困難地段鉆進(jìn)深 度應(yīng)不小于 22 m，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)電流峰值、進(jìn)尺速率等 情況確定成樁深度。由 CFG 樁變更為管樁的主要里程段和區(qū)域包括:DIK 417 + 453. 54 DIK 419 + 148. 65 段路基正線(xiàn)和段內(nèi) DIK 417 + 728. 3 框架橋、DIK 418 + 165 框架橋;DIK 419 + 181. 35 DIK 419 + 335 段路基正線(xiàn)、DIK419 + 495 DIK 419 + 648. 65

27、 段路基正線(xiàn); DIK 419 +681. 35 DIK 420 + 819. 92 段路基正線(xiàn)和段內(nèi) DIK420 + 250 框架橋、DIK 420 + 627. 5 框架橋。管樁底板 結(jié)構(gòu)按照滿(mǎn)足無(wú)砟軌道變形控制條件設(shè)計(jì)，根據(jù)建 筑地基處理技術(shù)規(guī)范和建筑樁基技術(shù)規(guī)范，采用 樁基沉降計(jì)算方法進(jìn)行沉降計(jì)算分析。6 4參數(shù)優(yōu)選設(shè)計(jì)方案優(yōu)化過(guò)程中，重點(diǎn)圍繞沉降計(jì)算分析選 定設(shè)計(jì)參數(shù)。CFG 樁樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)合地基采用復(fù)合模 量法，預(yù)應(yīng)力管樁樁板結(jié)構(gòu)加固方案采用群樁理論，考 慮地基處理措施的連續(xù)性，避免地基處理方案頻繁變 化引起路基不均勻沉降，框構(gòu)與涵洞的地基處理方式 與路基工程相統(tǒng)一，采用預(yù)應(yīng)力混凝

28、土管樁。管樁方 案按照與 CFG 樁加固方案計(jì)算總沉降基本相等的原 則確定，并圍繞樁間距、樁長(zhǎng)、預(yù)壓土堆載高度等參數(shù) 進(jìn)行方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)選( 如表 2) 。通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，最終確定路基工程預(yù)應(yīng)力管 樁方 案 設(shè) 計(jì) 參 數(shù): 樁 長(zhǎng) 35 m，樁 徑 0. 4 m，樁 間 距 2. 0 m，正方形布置，預(yù)壓土堆高 3. 5 m。框構(gòu)、涵洞工程預(yù)應(yīng)力管樁方案設(shè)計(jì)參數(shù): 樁長(zhǎng) 33 m，樁徑 0. 4 m， 樁間距 1. 6 m，正方形布置。預(yù)制管樁與 CFG 樁相接 地段，先施工管樁后施工 CFG 樁，避免因管樁施工過(guò) 程中對(duì)土體的擠壓作用而影響 CFG 樁工程質(zhì)量，并注 意順序推進(jìn)施工，避免

29、先序樁施工給后序樁施工帶來(lái) 困難。對(duì)比原設(shè)計(jì)方案，盡管 CFG 樁變更為管樁引起了 投資增加，但是由于優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中降低了預(yù)壓土堆 高、縮減了 CFG 樁樁徑、正線(xiàn)范圍內(nèi)的樁位布置相對(duì) 稀疏，路基工程采用管樁加固地基方案引起的投資變 化并不十分顯著，共計(jì)增加投資 494. 4 萬(wàn)元，較為經(jīng)濟(jì)可行。6 5技術(shù)對(duì)比基于在京滬高速鐵路濟(jì)南西站所進(jìn)行的工程實(shí)踐，對(duì)比總結(jié)了 CFG 樁復(fù)合地基、管樁復(fù)合地基、小直 徑鉆孔灌注樁樁復(fù)合地基( 在正線(xiàn)梁式橋過(guò)渡段進(jìn)行 了局部使用) 的適用特點(diǎn)。表 2 設(shè)計(jì)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較與優(yōu)選計(jì)算工后 沉降 / mm工程投資 ( 萬(wàn)元)設(shè)計(jì)方案優(yōu)缺點(diǎn)管樁長(zhǎng) 30m，樁徑 0

30、 4 m，間距 1 8 m，預(yù)壓土 高度 4 5 m樁長(zhǎng)適宜; 工程造價(jià)最高; 預(yù)壓土數(shù)量大，預(yù)壓土高度對(duì)框構(gòu)翼墻 產(chǎn)生不利影響 1514 703管樁長(zhǎng) 35m，樁徑 0 4 m，間距 2 0 m，預(yù)壓土 高度 3 5 m管樁長(zhǎng) 33m，樁徑 0 4 m，間距 2 0 m，預(yù)壓土 高度 4 5 m管樁長(zhǎng) 41m，樁徑 0 4 m，間距 2 0 m，不堆載 預(yù)壓，填筑路基后靜置一段時(shí)間管樁長(zhǎng) 33 m，樁徑 0 4 m，間距 1 5 m 管樁長(zhǎng) 33 m，樁徑 0 4 m，間距 1 6 m 管樁長(zhǎng) 31 m，樁徑 0 5 m，間距 1 8 m樁長(zhǎng)適宜; 工程造價(jià)較小路 基 工 程 1512 55

31、0樁長(zhǎng)適宜; 工程造價(jià)較高; 預(yù)壓土數(shù)量大，預(yù)壓土高度對(duì)框構(gòu)翼墻 產(chǎn)生不利影響樁長(zhǎng)偏長(zhǎng)( 長(zhǎng)徑比大于 80) ，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樁情況，施工難度很大; 不 堆載預(yù)壓不利于路基沉降快速趨于穩(wěn)定樁長(zhǎng)適宜，易于實(shí)施，工程造價(jià)最高 樁長(zhǎng)適宜，易于實(shí)施，工程造價(jià)最小 樁長(zhǎng)適宜，易于實(shí)施，工程造價(jià)較高樁長(zhǎng)偏長(zhǎng)( 長(zhǎng)徑比大于 80) ，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試樁情況，施工難度很大; 不 堆載預(yù)壓不利于路基沉降快速趨于穩(wěn)定樁長(zhǎng)適宜; 工程造價(jià)最高 1512 807 1512 58412 013 513 62 0421 8942 095橋 涵 工 程管樁長(zhǎng) 39 m，樁徑 0 4 m，間距 1 8 m14 9管樁長(zhǎng) 43 m，樁徑

32、 0 4 m，間距 2 0 m14 6表 3 京滬高速鐵路濟(jì)南西站工程所采用的復(fù)合地基類(lèi)型技術(shù)對(duì)比表對(duì)比項(xiàng)目CFG 樁復(fù)合地基管樁復(fù)合地基適宜上覆土層較軟弱不影響預(yù)制樁穿透 的較厚較均勻的強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化巖層、堅(jiān) 硬黏性土層、密實(shí)碎石土、砂土、粉土層作 為樁端持力層，尤其適用于深厚軟土、松 軟土地基的加固處理小直徑鉆孔灌注樁加強(qiáng)地基適用于素填土、粉土、粉質(zhì)黏土、松散砂土 等地基，尤其適用于松散的粉土、粉 細(xì)砂 地基的加固處理，依據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)試 驗(yàn)的可行性，也適于加固淤泥質(zhì)土適用于碎石類(lèi)土、黏 性土、粉 土、砂 土、強(qiáng) 風(fēng)化巖、軟質(zhì)與硬質(zhì)巖等地層加固適用地層操作簡(jiǎn)便，施工費(fèi)用低、工程造價(jià)省，成

33、孔 成樁一次完成、速度快、工期短，樁身質(zhì)量 可靠、受地層影響較小。承載力提高幅度 大、可達(dá)原地基承載力的 2 5 倍、適用范 圍廣?？烧{(diào)性強(qiáng)、樁間土的作用可以充分 發(fā)揮、復(fù)合地基變形小。長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)管內(nèi) 泵壓施工噪音低、無(wú) 泥漿污染、對(duì) 環(huán)境影 響小工業(yè)化程度高、樁 身質(zhì)量好、樁 身豎向強(qiáng) 度大、施工周期短、造價(jià)經(jīng)濟(jì)、加固深厚軟 土或松軟土地層技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性明顯，機(jī) 械自動(dòng)化施工程度高、施 工質(zhì)量易控、加 固作用明顯，地基承載力大幅提高、沉 降 變形控制效果好，靜壓法施工對(duì)環(huán)境影響 小、場(chǎng)容 整 潔 有 序、文明施工和環(huán)保程 度高屬非擠土或少量擠土樁，不會(huì)出現(xiàn)地面隆 起或樁的側(cè)移現(xiàn)象; 施工時(shí)噪

34、音低，無(wú) 振 動(dòng)，也無(wú)濃煙排放，對(duì)周?chē)h(huán)境影響小; 灌 注樁能承受較大豎向荷載，還能承受較大 水平荷載，可通過(guò)樁孔排出的土對(duì)樁身范 圍內(nèi)的地層、土 性進(jìn)行鑒別驗(yàn)證，控 制沉 降變形能力強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)屬擠土樁，沉樁擠土效應(yīng)明顯，后 續(xù)沉樁 施工對(duì)先序樁、周邊建筑有一定影響; 樁 體主要承受豎向受壓荷載，承受水平荷載 時(shí)易出現(xiàn)橫向裂縫甚至斷裂，開(kāi)挖基坑時(shí) 機(jī)械設(shè)備嚴(yán)禁碰及樁 身; 單 樁 工 程 費(fèi) 用 較高地下水位 較 高 時(shí)，泥漿護(hù)壁存在一定困 難，施工較復(fù)雜，施工周期長(zhǎng)，費(fèi)用高于其 他樁型，樁身混凝土質(zhì)量可靠度低于預(yù)制 樁; 樁的側(cè)阻和端阻因工藝不同而變化， 受施工影響程度較大對(duì)塑形指數(shù)高的飽和軟黏

35、土的加固處理 使用時(shí)應(yīng)慎重; 后續(xù)樁的施工易造成周?chē)?先期施工樁的斷樁和縮頸，振動(dòng)沉管法振 動(dòng)和噪聲污染嚴(yán)重，對(duì)復(fù)合地基承載力發(fā) 揮有一定程度影響缺點(diǎn)難以穿越硬質(zhì)土層，特 別是粉土、砂 土層 和夾姜石的黏土層; 對(duì)塑形指數(shù)高、黏 聚 力大的流塑狀態(tài)的深厚飽和軟黏土地層 加固處理使用時(shí)應(yīng)慎重，容易因發(fā)生抱鉆 問(wèn)題導(dǎo)致施工效能大幅降低或設(shè)備故障; 受設(shè)備能力所限，30 m 至 36 m 樁長(zhǎng)已達(dá) 國(guó)內(nèi)機(jī)械設(shè)備施工極 限，目 前 尚 難 實(shí) 現(xiàn) 36 m以上樁長(zhǎng)的 CFG 樁施工穿越較硬土層和進(jìn)入密實(shí)粉土及砂土持 力層時(shí)，過(guò)度錘擊或靜壓都能導(dǎo)致樁身?yè)p 壞，穿越砂層 能力有限; 擠土作用對(duì)臨近 建筑物

36、和地下管線(xiàn)有一定影響; 對(duì)場(chǎng)地走 行條件要求較高，通常需要對(duì)場(chǎng)地表層采 取加強(qiáng)處理措施，尤其是雨季施工時(shí); 對(duì) 于地下障礙物或孤石分布較多的場(chǎng)地，施 工難度很大地下水位較高的富水地層中施工難度大， 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置泥漿池對(duì)場(chǎng)地作業(yè)影響和周邊 環(huán)境影響較大，施工長(zhǎng)樁的樁身質(zhì)量不易 保障，對(duì)樁的端阻和側(cè)阻保證要求高的長(zhǎng) 樁( 長(zhǎng)徑比 60) 施工存在較大困難，往往 需要采用樁側(cè)或樁端的后壓漿技術(shù)保證 工程質(zhì)量，施工成本高施工局限617工程實(shí)施效果優(yōu)化設(shè)計(jì)方案后，工效大幅提高，工程進(jìn)展順利， CFG 樁和管樁施工得以全面展開(kāi)，快速形成多工序平 行流水作業(yè)狀態(tài)的施工格局，保證了工程質(zhì)量，化解了 工期風(fēng)險(xiǎn)，落實(shí)

37、了施工節(jié)點(diǎn)目標(biāo)。通過(guò)科學(xué)配置生產(chǎn)要素和精心組織工序銜接，施工單位按照優(yōu)化后 的 方 案 在 3 個(gè) 月 內(nèi) 完 成 CFG 樁 162. 3 萬(wàn)延米，占比 98% ，完成 CFG 樁帽 3. 0 萬(wàn) m3 ，占 比 89% ，完成管樁 60. 4 萬(wàn)延米，占比 94% ，超額完成 投資計(jì)劃; 高峰期間，CFG 樁施工進(jìn)度單臺(tái)鉆機(jī)日均 完成 600 延米，個(gè)別達(dá) 800 延米，管樁施工進(jìn)度單機(jī)日 均 850 延米。2008 年 9 月 16 日至 2009 年 1 月 31 日， 完成樁體小應(yīng)變檢測(cè) 6 536 根，其中 類(lèi)樁 6 226 根，占 95. 3% ; 類(lèi)樁 310 根，占 4. 7

38、% ; 單樁承載力檢測(cè)146 根，檢測(cè)結(jié)果全部合格。樁體工程質(zhì)量可靠如圖圖 2 工程實(shí)施效果圖2( a) 、2( b) 所示。2009 年 1 月 6 日路基工程進(jìn)行首期觀測(cè)，3. 6 km 管區(qū)車(chē)場(chǎng)路基預(yù)壓期為 359 142 d，預(yù)壓土卸載工作 2010 年 5 月 3 日全部完成，5 月中旬至 7 月中旬逐段 通過(guò)沉降評(píng)估單位線(xiàn)下工程沉降和變形觀測(cè)的終評(píng)， 正線(xiàn)范圍達(dá)到穩(wěn)定條件，逐段移交無(wú)砟軌道施工單位 組織線(xiàn)上施工，2010 年 11 月車(chē)場(chǎng)通廊范圍線(xiàn)下工程 通過(guò)終評(píng)。濟(jì)南西站路基工程截至 2010 年年底累計(jì) 總沉降量 0. 04 72. 61 mm，工前累計(jì)沉降( 預(yù)壓土卸 載前)

39、 0. 14 72. 04 mm，工后累計(jì)沉降( 預(yù)壓土卸載至622010 年年底) 下沉值 0. 03 3. 3 mm，隆 起值 0. 01 2. 46 mm; 充分驗(yàn)證預(yù)制管樁樁板結(jié)構(gòu) + CFG 樁樁帽 網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)合地基組合加固形式的設(shè)計(jì)與施工均滿(mǎn)足高 速鐵路路基工后沉降控制指標(biāo)和正線(xiàn)鋪設(shè)無(wú)砟軌道 要求。濟(jì)南西站 2011 年 2 月 18 日試車(chē)上線(xiàn)開(kāi)始聯(lián)調(diào)聯(lián) 試試驗(yàn)，6 月 30 日正式開(kāi)通，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)建成和勝利通 車(chē)，現(xiàn)今已安全開(kāi)通運(yùn)營(yíng) 2 年多。通過(guò)因地制宜調(diào)整、 選擇、優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工方案，為圓滿(mǎn)實(shí)現(xiàn)濟(jì)南西站的安 全、質(zhì)量、工期、投資、環(huán)境保護(hù)、技術(shù)創(chuàng)新“六位一體” 責(zé)任目標(biāo)打下了良

40、好基礎(chǔ)。京滬高速鐵路濟(jì)南西站的復(fù)合地基優(yōu)化是設(shè)計(jì)主 體優(yōu)化、施工主體優(yōu)化、系統(tǒng)綜合優(yōu)化三者結(jié)合應(yīng)用的 典型代表。設(shè)計(jì)主體優(yōu)化方面應(yīng)用的主要技術(shù)措施有: 管樁 + CFG 樁的剛性半剛性樁組合優(yōu)化; CFG 樁長(zhǎng)短樁組 合優(yōu)化; 樁長(zhǎng)、樁徑和樁體布置優(yōu)化; CFG 樁樁帽網(wǎng) + 土工合成材料碎石墊層、預(yù)應(yīng)力管樁 + 碎石墊層 + 鋼 筋混凝土筏板的樁式層式復(fù)合地基組合優(yōu)化。施工主體優(yōu)化方面應(yīng)用的主要技術(shù)措施有: CFG 樁尾砂灰渣樁體混合料技術(shù)應(yīng)用; CFG 樁樁帽網(wǎng)結(jié)構(gòu) 土模法旋切截樁現(xiàn)澆樁帽施工技術(shù); 復(fù)合地基表層 A、 B 料換填硬化處理。系統(tǒng)綜合優(yōu)化方面應(yīng)用的主要技術(shù)措施有: 按照正線(xiàn)無(wú)砟軌道、到發(fā)線(xiàn)有砟軌道對(duì)沉降變形控制要求 的嚴(yán)格程度分別采用管樁樁筏結(jié)構(gòu)和 CFG 樁樁帽網(wǎng) 結(jié)構(gòu)作為復(fù)合地基系統(tǒng)的荷載體; 復(fù)合地基系統(tǒng)既有 承擔(dān)豎向荷載能力強(qiáng)的管樁、CFG 樁作為豎向增強(qiáng) 體，又有均勻傳遞應(yīng)力、調(diào)整樁土水平荷載和應(yīng)力比的 碎石墊層與加筋碎石墊層作為水平增強(qiáng)體，并在整個(gè) 車(chē)場(chǎng)廣泛應(yīng)用 CFG 樁長(zhǎng)、短樁技術(shù); 復(fù)合地基系統(tǒng)中 的基體，在管樁加固區(qū)得到一定的擠密效