商合杭铁路车站路基地基处理与支挡设计

吴成杰

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430063）

1 引言

高速铁路路基工程设计中，站场路基还具有与区间路基显著不同的特点，主要表现在:(1）站场路基宽度大于区间路基，沉降控制的难度较区间路基大；(2）站场路基存在诸多与站后房建工程的接口，且站后专业设计与施工的时间大幅度滞后于站前工程，存在工程衔接缺口，地基处理和支挡设计时难以周全考虑。

商合杭铁路为设计时速350 km无砟轨道高速铁路[1]，全线新设凤台南、寿县、淮南南、巢湖北、巢湖东、含山西、芜湖北、郎溪、广德南、安吉等站多位于坑、塘、沟渠分布且松软地基地段，车站地基处理主要采用了CFG桩复合地基、螺杆桩复合地基、钻孔灌注桩桩筏结构、管桩桩筏结构。车站布置形式有线侧平式、线侧下式、全高架式、部分高架式，不同的站房设置形式对站房路基支挡设计的要求不一样，设计采用了悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、桩板墙三种支挡形式。由于站后房建工程设计和施工时间大幅度滞后于站前路基工程，在设计和施工中出现了一些接口问题，经过变更设计，得到了比较圆满的解决，工程效果较好。

2 CFG桩、螺杆桩地基处理

以凤台南站深厚第四系地层为代表，地基主要了采用CFG桩复合地基、螺杆桩复合地基处理[2-3]。凤台南站设两台四线，路基填高6～8 m，正线铺设无砟轨道，到发线铺设有砟轨道。凤台南站地处淮河冲积平原区，地层为深厚第四系地层，钻探揭示第四系层厚度大于85 m，0～20 m地层以可塑～硬塑黏土、粉质黏土为主，局部夹粉土；20～50 m主要为中密细砂、粉土，夹粉质黏土；50～85 m为硬塑黏土夹细砂。

凤台南站地基处理设计的难点是地基处理深度问题[4]。由于第四系地层深厚，处理深度合理与否，不但关系到工程投资，而且关系到工后沉降控制的成败。设计采用工程类比法，凤台南站地层和填高与京沪高速铁路宿州东站类似，宿州东站处理，桩长约20 m，最终总沉降5～6 cm；本工点采用CFG桩联合堆载预压[5]为主的处理方式，桩长20～23 m，以粉土和细砂作为持力层。典型设计横断面见图1。

图1 凤台南站CFG桩复合地基处理横断面图

凤台南站站中心往大里程方向有两个巨大的水塘，为滁新高速公路的取土坑，面积222 m×120 m、175 m×80 m，深7～9 m。由于凤台南站正线为无砟轨道，两个巨大水塘的存在，给设计方案的选择带来了巨大难题。勘测期间一度考虑改线，将线路左移避开水塘，受跨越高速公路收费站处的桥墩位置所限，未能调整；也考虑过设桥梁跨越水塘方案，由于水塘地处凤台南站中心位置，设桥方案将使站房、生产生活房屋的布置变得十分复杂。最后，施工图采取的方案是螺杆桩联合堆载预压加固方案[6]。先将水塘水抽干，清除塘底浮泥，填筑细粒土，要求压实系数0.89。填平至地面以后，采用螺杆桩进行地基加固。螺杆桩间距1.8 m，正方形布置，桩顶设置桩帽，桩帽顶铺设褥垫层，形成复合地基。典型断面见图2。螺杆桩为挤土桩，施工排土很少，对新填筑的细粒土具有挤密作用，同时复合地基以上的路堤填高控制在8 m以内，减少了高填方可能产生的填料变形，取得良好效果。

图2 凤台南站螺杆桩复合地基处理横断面图

凤台南站路基采用CFG桩、螺杆桩联合堆载预压处理深厚第四系地基，取得良好效果。基床底层填筑完成后，最大监测沉降为12 mm[7]，且一旦进入路堤静置期，沉降量很快趋于稳定。典型沉降曲线见图3。

图3 凤台南站典型沉降曲线

寿县站、淮南南站、巢湖北站、郎溪站、广德站、安吉站第四系地层土层较凤台南站薄，均采用了CFG桩复合地基处理方案，取得良好效果。

由于站房、雨棚的设计时间较路基工程晚2年多，CFG桩、螺杆桩处理地基存在着与房建工程基础冲突的问题。车站路基地基处理施工前，建设单位专门组织站前设计、施工单位和房建设计专业进行对接。经研究，房建工程影响路基的主要是雨棚基础，为尽量减小雨棚基础施工对路基桩基的影响，由房建设计单位进行了雨棚位置初步方案设计，根据雨棚柱钻孔桩基础桩位，路基CFG桩桩位适当调整，预留出雨棚柱桩基的桩位，为进一步防止雨棚柱桩基位置在正式设计时可能发生的变化，将雨棚柱附近的几排CFG桩的桩帽由边长1 m、厚0.3 m的正方形钢筋混凝土桩帽调整为直径1 m、厚度0.4 m的素混凝土圆台桩帽，将来如果由于雨棚柱基础位置发生变化或者CFG桩本身施工偏差，雨棚柱钻孔桩施工的时候可以比较容易将桩帽破除，减小相互影响。

3 钻孔桩桩筏结构、管桩桩筏结构

巢湖东站路基为商合杭铁路为数不多的软土路基工点之一。巢湖东站站址区属巢湖湖积平原，地形平坦开阔，地势低，主要为河沟、鱼塘、沼泽地。该段地层自上而下主要为:(1）淤泥质粉质黏土，灰褐色 ～深灰色，软塑，σ0=70 kPa；(2）粉质黏土，褐灰色 ～褐黄色，硬塑，σ0=160 kPa；粉质黏土夹少量角砾，褐黄色，硬塑，σ0=200 kPa；(4）2S1g 泥岩，青灰色 ～棕黄色，强风化，σ0=350 kPa；(5）3S1g泥岩，青灰色，弱风化，σ0=500 kPa。

巢湖东站填高6～8 m；左侧临近汤河，右侧临近合福高铁，为内涝浸水路基[8]。考虑到地质条件较差、浸水、临近既有线路等综合因素，设计采用了钻孔桩桩筏整体结构[9]、管桩桩筏整体结构、搅拌桩、应力释放孔等多种地基处理方式，典型设计横断面如图4所示。

图4 巢湖东站典型地基处理横断面图

靠近合福场设3～5排钻孔灌注桩，桩径1.0 m、桩长26～29 m；钻孔桩横向间距4.2 m、纵向间距4.5 m，桩顶设置厚度1.0 m的钢筋混凝土筏板，钻孔桩单桩承载力设计值3 700～4 000 kN；左侧地基采用PHC管桩桩筏结构[10]，管桩桩径0.5 m、桩间距2.4～2.6 m，桩长18.0～21.5 m，桩顶设置厚度0.55 m的钢筋混凝土筏板，桩顶嵌入筏板内50 cm；最外侧设置4排搅拌桩围护桩，长10 m，增加结构的稳定性。为减小钻孔桩施工对合福场的影响，钻孔桩施工时，靠近合福线侧1排钻孔桩采用钢护筒跟管钻进至硬土层。

在管桩与合福场之间设置2排应力释放孔。应力释放孔直径0.5 m，纵向间距1.5 m、横向1.3 m，呈梅花形布置，深度打穿软土；应力释放孔采用长螺旋钻机成孔，成孔后填入洁净的砂石，管桩施工时起到释放超净孔隙水压力和挤土效应的作用。

典型断面沉降计算结果见图5。计算表明，Ⅳ股道、5股道(无砟轨道）均不产生附加沉降，6股道(有砟轨道）附加沉降约2 mm[11]。

图5 商合杭场路基引起地基沉降计算曲线

桩筏结构沉降控制效果好，但对站台雨棚基础的影响比较大。路基填筑完成后，天桥、雨棚基础很难穿透筏板，或者即使设法穿透筏板，也有可能碰到管桩。商合杭场雨棚设计采用跟合福场雨棚相同的基础形式，这样基础形式是确定的，管桩桩筏设计时，适当调整管桩位置，将雨棚基础位置预留出来，便于后续桩基施工。

对于房建工程基础形式及位置不能确定的情况，管桩施工前无法做好预留，设计时应绘制详细的管桩平面布置图，将每根管桩的位置固定，并要求施工单位按桩位施工管桩，施工完成实测实际施工桩位图，移交于房建工程设计单位，使其设计时钻孔桩位避开管桩位置。施工的时候，路基填土内采用钢护筒护壁、挖孔桩作业方式，至筏板位置，采用钻孔机具将筏板钻穿，然后再采用旋挖钻施工钻孔桩。巢湖东站既有天桥接长施工时，钻孔桩施工时采用了这种先挖后钻的施工工艺，成功避开了管桩桩位，完成了钻孔桩的施工。

4 悬臂式挡土墙

对于两台六线的岛式站台，当设置线侧下站房时，站房侧设置悬臂式挡土墙是一个比较好的方案[12]。商合杭铁路淮南南站左侧设置了悬臂式挡土墙，墙高5.5 m，墙底采用CFG桩复合地基进行处理，悬臂墙左侧与站房架空层相接见图6。悬臂墙结构轻巧、施工方便、外观平整度高、地基承载力要求低，具备条件时应优先采用。

图6 淮南南站站房侧悬臂式挡土墙横断面图

5 扶壁式挡土墙

两台四线车站，采用线侧下式站房布置时，受架空层层高的影响，站房侧需要设置支挡结构的高度一般大于6 m，不宜设置悬臂式挡土墙，此时扶壁式挡土墙是一种选择方案。寿县站左侧为线侧下式站房，右侧靠近高速公路，两侧均采用了扶壁式挡土墙[13]，挡土墙高度8 m，挡土墙底部采用CFG桩复合地基进行地基处理，如图7所示。

图7 寿县站两侧扶壁式挡土墙设计

扶壁式挡土墙可收坡高度一般为6～10 m，挡土墙外表面竖直、美观，是填方路堤站房侧收坡的一种选择。扶壁式挡土墙的弊端主要有两个:一是扶壁引起的路基填料碾压困难，二是站台雨棚柱和连廊柱基础必定与扶壁墙底板发生冲突。按目前的工程建设实际，挡土墙属于站前工程，雨棚属于站后工程，挡土墙设计和施工都较雨棚柱基础早一年以上，挡土墙设计时雨棚柱轴线布置、基础形式都未确定，而站房设计时如果调整了场坪标高反过来又可能影响挡土墙的高度，这给接口设计[14-15]带来了很大的难题。寿县站施工时，为保证架梁通道，不得已先施工了正线路基；站房、天桥、雨棚柱方案确定后，对支挡结构的范围和形式进行了变更设计。变更设计时在扶壁式挡土墙底板上预留了雨棚柱孔洞，同时适当增大挡土墙底板面积以弥补抗滑力损失，如图11所示。由于雨棚柱布置间距不等，悬臂墙的单元长度、扶壁位置均受到影响，导致一个车站设计出来的悬臂墙结构尺寸有很多种，施工难度较大。虽然问题得到了解决，但是从解决过程来看，扶壁式挡土墙与站后结构物基础的接口太复杂，设计、施工过程中控制稍有不当，就会引起结构的破坏，设计和施工都必须慎重对待，做好接口设计。

6 桩板墙

郎溪站、广德站、安吉站，采用线侧下站房布置方案，站房侧路基均采用了桩板墙支挡方案[16]。图8为郎溪站站房侧支挡设计横断面图。采用桩板墙设计的优点明显，只要站房场坪标高确定以后，桩板墙就可以施工，站后雨棚柱基础跟桩板墙不干扰。采用桩板墙支挡结构时，站房设计时应注意不在桩板墙前设置基坑，例如设置消防水池，否则桩前主动土压力不足，将导致桩顶位移超限或者倾倒破坏。商合杭站房设计时均要求建筑专业将消防水池设置在远离桩板墙侧，保证了桩板墙的安全。采用桩板墙结构，对桩前土体的抗力要求较高，一般在碎石类土、基岩强～弱风化地段使用较好，桩截面较小，常采用1.75 m×2.0 m。地质条件一般，例如全风化岩、坚硬黏性土，可能存在桩前抵抗力不足的情况，此时可以增大桩的截面，并设置扁桩，即桩的宽度大于厚度，以增大土体抗力。

图8 郎溪站桩板墙支挡设计横断面图

7 结论与建议

(1）CFG复合地基解决了商合杭铁路车站第四系地层的沉降控制问题，螺杆桩复合地基解决了取土坑高填路基的沉降控制问题。但桩基和桩帽可能影响到雨棚柱基础的钻孔桩处理，设计时应预留出钻孔桩桩位，解决其互相干扰的问题。

(2）管桩桩筏结构、钻孔桩桩筏结构用于巢湖东站深厚软土地基处理，解决了高填方路基沉降控制难题。这种整体结构地基处理方式对雨棚、天桥钻孔桩处理具有天然的冲突，设计或施工时应预留钻孔桩孔位，无法确定位置时建议实测施工桩位，为雨棚、天桥的桩基设计创造条件，避免施工时发生冲突。

(3）悬臂墙适用于高度6 m以内的站房路基收坡设计，结构轻巧、施工方便、外观平整度高，对房建工程的干扰小。

(4）从寿县站扶壁式挡土墙变更设计来看，扶壁式挡土墙与房建结构物基础的接口复杂，设计和施工都必须慎重处理，避免结构破坏。

(5）从郎溪站、广德站、安吉站的桩板墙设计、施工实践来看，桩板墙对房建工程影响比较小，当锚固段地层较好时应优先采用。