预应力管桩在某高铁客运站深厚软基处理中的应用

封 志 军

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031)

1 工程概况

西南某高速铁路客运站为枢纽内新建客运站，位于昆明呈贡新城，距新建的昆明市行政中心约3 km、滇池约7 km，距昆明站约28 km(铁路里程)。昆明南站主要办理云桂、昆玉、渝昆、成昆、沪昆客专客车作业。车站北端衔接沪昆客专、渝昆、枢纽客车线及车底出入段线，南端衔接云桂、昆玉线，按16台30线(含正线)规模设计。

2 工程地质条件

站区属滇东南高原低中山、丘陵、断陷盆地地貌。昆明南站位于滇池盆地东侧，属昆明盆地边缘与云贵高原丘陵地貌交接地带，东为小尖山，地势起伏大，西为呈贡新城及滇池，地势起伏不大，相对较平缓。高程1 910 m～2 006 m，相对高差约100 m，自然坡度约5°～15°，局部较陡。山坡、丘陵地表植被发育，多为树林及灌木丛，盆地及缓坡地带多辟为耕地，测区民居密布，既有铁路、公路较多，交通条件便利。

车站横跨一“U”槽谷，槽谷右侧为白龙潭，有一岩溶泉出露，横向漫流穿越站场范围流入下游白龙潭水库。出水点高程约1 922 m，呈股状涌出，枯水期流量150 L/s～200 L/s，丰水期流量约800 L/s。

本工程范围主要不良地质为淤泥质土(软土)：褐灰色、黑色、灰黑色、浅灰色，软塑为主，由于该段长期有地表水浸泡影响，表层1.5 m以上多为流塑状。含水量不均，夹腐植物根茎，质轻，承载力较低[1,2]。

3 工程设计需解决的问题

1)地基条件差，淤泥质土层厚度超过20 m，地下水极丰富。

2)填方高度近11 m，填方面积近40 500 m2，属于大面积高填方工程。

3)填方施工完毕后，需修建车站多线刚构桥，填方工程的工后沉降对于桥梁结构有重大影响。

总之，该深厚软基高填方工程工后沉降控制，是本工程关键技术，要求填方工程工后沉降按Ⅱ级铁路标准控制，即不应大于30 cm。整个工程如图1所示。

4 管桩现场成桩试验及设计参数确定

4.1 管桩现场成桩试验

结合软基的分布，在现场选取了5个区域进行成桩试验，每个区域试验6根桩，桩长20 m～30 m，桩型分别选用柔性桩方案(多向水泥砂浆搅拌桩)及刚性桩方案(预应力管桩)[3,4]。多向水泥砂浆搅拌桩，采用双轴多向搅拌桩机施工，胶凝材料用量分别采用了65 kg/m,60 kg/m,55 kg/m,50 kg/m，试桩结果显示水泥砂浆搅拌桩强度低，28 d无侧限抗压强度不足1.5 MPa，桩身完整性差，成桩质量不满足要求。

预应力管桩方案现场采用静压法沉桩，压桩平均速率2 m/min，穿越淤泥质土层时的沉桩压力约300 kN，进入持力层约5 m后达到最大沉桩压力3 000 kN。试桩施工结束28 d后采用低应变动测法检测了桩身完整性，采用静载荷试验检测单桩竖向承载力，检测结果显示，全部试验管桩为Ⅰ类桩，对其中的6根桩进行载荷实验，结果显示单桩极限承载力均大于2 600 kN，承载力特征值均大于1 000 kN，满足要求。不同地层成桩压力值检测显示，管桩打穿淤泥质土，进入下部持力层5 m，承载力即可满足要求。

4.2 管桩设计参数确定

地基加固根据现场试桩结果，最终选用预应力管桩方案[5],桩径50 cm，混凝土强度等级C60,正方形布置，桩间距2.0 m，管桩长要求打穿淤泥质土，进入下部持力层5 m,单桩设计承载力1 000 kN。采用静压法施工，预应力管桩顶设置顶宽1.2 m×1.2 m C30混凝土帽石，管桩施工完成后于桩顶设置0.6 m碎石垫层夹两层双向土工格栅，土工格栅抗拉强度不小于80 kN/m。为增加预应力管桩横向稳定性，边坡范围内的管桩采用钢筋混凝土地梁纵横向连接。

5 管桩加固路基沉降测试和分析

5.1 沉降观测内容及方法[6,7]

软基处理范围内间隔50 m设置沉降观测板，共计64个观测板。在施工期间一般每填筑一层，应进行一次观测，如果两次填筑间隔较长时，每3 d至少观测一次。路堤经过分层填筑达到设计高程后，在前三个月内，每7 d观测一次；三个月后15 d观测一次；半年后1个月观测一次。沉降观测要求按《国家一、二等水准测量规范》一等水准测量的技术要求施测。

5.2 沉降结果及分析

截至2014年10月10日，基底沉降板累计观测215 d，累计沉降44.55 mm～66.08 mm，比较2014年7月中旬观测数据，桥梁桩基础施工后，沉降增量2.96 mm～4.45 mm，其中大部分测点变形增量约为3.5 mm，两次累计沉降变形统计见表1，代表性曲线见图2，图3。

表1 基底沉降板累计沉降变形统计表

表2 路基面观测桩累计沉降变形统计表

断面里程观测时长/d测点编号总沉降/mm测点编号总沉降/mmJK1+380810001380G13.160001380G22.73JK1+410810001410G13.510001410G23.97

5.3 路基面观测桩

截至2014年10月10日，路基面观测桩累计观测81 d，累计沉降2.73 mm～3.97 mm，见表2，代表性曲线见图4，图5。

5.4 地基处理效果评价

1)路基本体填筑完成后至桩基施工期间，沉降速率已逐渐减缓，根据沉降曲线，未见沉降不收敛的异常情况。

2)桩基施工期后，基底沉降板沉降增量2.96 mm～4.45 mm，其中大部分测点变形增量约为3.5 mm，相同观测时间段内，路基面观测桩沉降变形与基底沉降变形增量基本匹配，并得出沉降变形主要来自基底部分，路基本体变形量小。

目前车站主体工程已经施工完毕，2016年年底投入使用，监测表明，沉降稳定，无病害发生，整治效果良好。

6 结语

1)昆明环滇池分布的深厚淤泥质土，应优先考虑预应力管桩加固。预应力管桩采用了工厂化预制，较旋喷桩、CFG桩等措施，施工速度快，质量更好控制。

2)大面积预应力管桩现场施工，应注意合理安排施工顺序，设置应力释放孔等措施，防止挤土效应或超孔隙水压对邻近建筑物造成不利影响。

3)由于静压沉桩是一种可以实现无噪声、无振动、无污染、成桩质量高、压桩速度快等的环保型施工工艺，应进一步推广使用。

4)有待进一步解决的问题：采用管桩进行地基处理后的整体稳定性检算方法有待进一步完善。