高速铁路站区复杂地质条件下地基处理设计与施工技术研究

张亚 ZHANG Ya

（中铁十二局集团第一工程有限公司，西安 710000）

0 引言

近年来随着国家经济不断发展和高铁建设的不断推进，高铁建设网逐步覆盖越来越多的重要城市，原有普速铁路车站已经难以满足国家经济发展和国民出行需求。

成达万高铁是国家八纵八横高速铁路网之沿江高铁的重要组成部分，是四川省东出北上的重要通道。南充铁路枢纽将承载南充市国省规划明确的成渝地区北部中心城市、川东北区域中心城市、组团培育的省域经济副中心城市和国家重要的交通次枢纽。南充北站是交通次枢纽的核心落脚点，也是成达万高铁车站规模最大、工程界面最复杂的车站。而原有跨线桥及既有线站场改造等既有线施工工期紧安全风险高，且站址地质条件复杂，该种复杂条件地基处理国内案例较少，高铁路基工后沉降要求非常高。

本文依托新建成达万铁路南充北站既有线改造及相关工程，该车站范围位于原兰渝铁路弃渣场上，主要为杂填土，地质条件复杂多变，不确定较高，地基处理形式及范围、营业线施工难度等在全线较为突出。因此对该高速铁路站区杂填土地层地基处理施工技术进行研究，对存在问题进行逐项解决。为后续国内类似工况下设计和施工实现工艺突破和良好的施工组织做出参考和指导。

1 工程概况

1.1 地层岩性及工程地质条件

南充北站工程地质勘察揭露35.0m 深度范围内的地层，地层主要为第四系杂填土层（Q4ml）素填土、第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）粉质黏土、下伏侏罗系上统遂宁组（J3s）砂质泥岩。

（0）1 素填土（Q4ml），褐黄色，松散～稍密，稍湿，层厚约0.6～17.1m，Ⅱ级。

（1）22 粉质黏土（Q4el+dl），黄褐色、灰褐色，软塑，层厚约4.0m，Ⅱ级，σ0=120kPa。

（1）23 粉质黏土（Q4el+dl），黄褐色、灰褐色，硬塑，层厚约0.5～11.0m，Ⅱ级，σ0=150kPa。

（5）72 泥质砂岩（J3s），紫红色，强风化，厚度约1.3m，Ⅳ级，σ0=300kPa。

（5）73 泥质砂岩（J3s），紫红色，弱风化，厚度约4.7～5.4m，Ⅳ级，σ0=450kPa。

（5）81 砂质泥岩（J3s），红褐色，全风化，厚度约2.7～3.9m，Ⅲ级，σ0=200kPa。

（5）82 砂质泥岩（J3s），红褐色，强风化，厚度约1.0～7.5m，Ⅳ级，σ0=300kPa。

（5）83 砂质泥岩（J3s），红褐色，弱风化，该层未揭穿，Ⅳ级，σ0=400kPa。

1.2 水文地质条件

站址区地表水主要分布在冲沟及水田内，补给来源以大气降水为主，水量不大。站址区地下水类型主要为第四系孔隙水和基岩裂隙水。第四系孔隙水，主要分布在第四系地层中，水量不大；基岩裂隙水，主要赋存于岩层强风化带和弱风化带中的层间裂隙、风化裂隙及岩性接触带中，一般含水量不大。勘察期间勘探孔稳定水位埋深0.0～24.2m。

1.3 特殊岩土、不良地质及地质构造

站址区未发现不良地质现象，站址区特殊岩土主要为弃土、软土及石膏。

①弃土。

主要为既有铁路弃渣场，线路穿过弃砟场东南侧，弃渣厚度约0.0～17.1m，褐红色，松散～稍密，稍湿，主要成分以20%的黏性土和80%的砂质泥岩岩块为主，其均匀性较差。

DK252+990～DK253+110 范围内穿过弃砟场东南侧侧边，弃渣厚度约0.0～17.0m，褐红色，松散～稍密，稍湿，主要成分以砂质泥岩碎块为主，局部含少量黏性土,表层含植物根系，其均匀性较差；南充高铁公园为低山丘陵场地上人工挖填整平的建设场地，半挖半填，挖填界限未调查清楚，填方成分以黏性土和砂质泥岩为主。

DK253+300～DK254+080 之间，根据调查弃砟为2015年兰渝铁路隧道弃砟，根据兰渝铁路相关资料推测填方厚度6～17m 不等，弃砟成分主要为砂质泥岩残块，站址区填土厚度较大，厚度变化也较大，设计及施工时应特别注意。

②软土。

主要为软塑粉质黏土，主要分布于站址区范围内里程DK251+620～DK251+660 左侧地层表部，层厚约4.0m，其承载力较低，厚度较大，不适合做基础持力层。设计施工时应注意。

③石膏。

根据区域地质资料，站区石膏赋存于侏罗系上统遂宁组（J3s）地层中，呈薄层状或脉状，本次钻探仅揭示少量薄层状石膏，对工程有不利影响。

1.4 地质补勘及挖探揭示情况

①残坡积粉质黏土段落：地层以第四系残坡积（Q4el+dl）粉质黏土为主，褐红色，硬塑状；土层中不均匀夹有砾石。挖探还揭示，该段地层残留有少量碎石、块石，分布不均匀；地表以下0～2m 粗颗粒土含量约20%、2m 以下粗颗粒土含量约10%～15%，粒径集中在4～15cm，最大粒径约40cm，粗颗粒土分布不均匀，如图1 所示。

图1 粉质黏土段落挖探照片

②杂填土段落。

表层素填土为原南充北站站场开挖填土，呈褐红色，填土主要成分为粉质黏土和大量砂质泥岩、泥质砂岩岩块，岩块粒径为0.1～0.5m 不等，最大粒径可达1m，厚度较大，结构松散且孔隙率大，回填时间短，土层均匀性差。

2 地基处理设计

2.1 设计原则

地基处理设计原则：

南充北站复合地基加固结构型式根据地质复杂性设计为“桩网、桩筏（螺杆桩）结构”，桩筏结构主要用在弃土区域正线及与正线不可分割的路基地基加固处理，桩网结构主要用于粉质黏土段落与正线不可分割的路基及弃土区可与正线分割的站线路基地基加固处理。

地基处理加固深度设计原则：

①根据本线地质条件特征，地基处理深度进入强风化基岩不小于1.0m。

②地基处理容许承载力应大于路基及其上部荷载。

本文以杂填土段落为例进行承载力验算和经济对比分析，粉质黏土段落不再赘述。

2.2 杂填土段落

根据施工地质核对情况，弃土土质不均，粒径差异大，块石、碎石等含量较高，易造成偏钻、顶钻现象，影响成桩质量和地基处理效果。地基处理拟采用旋挖钻素混凝土桩型，桩径0.8m，正方形布置。分别对2.4m、2.6m、2.8m 及3.0m 桩间距进行了沉降检算。弃土段落正线路基主要以挖方为主，最大挖深大于10m，部分站线路基最大填方高度约5m，路基面除路肩外，路基面以上轨道、列车荷载等取值59.7kPa。

K702+767～K702+807 段（桩筏）均位于挖方地段，选取K702+775.00 断面进行计算，计算参数选取和结果如表1-表4 所示。

表1 路基填土物理力学参数

表2 地基岩土物理力学参数

表3 工后沉降计算

表4 承载力计算

地基表层为弃土。经检算，素混凝土桩2.4m、2.6m、2.8m 及3.0m 桩间距均可满足路基沉降变形控制需要，采用3.0m 桩间距时总桩长最小，增加投资最少。

2.3 残坡积粉质黏土段落设计及检算

根据施工地质核对情况，为防止残坡积粉质黏土层夹杂的块石、碎石及卵石造成偏钻、顶钻现象，影响成桩效率和成桩质量，地基处理拟采用旋挖钻素混凝土桩型，桩径0.8m，正方形布置。分别对3.0m、3.2m 桩间距进行了沉降检算。路基面除路肩外，路基面以上轨道、列车荷载等取值59.7kPa。

粉质黏土段落地基表层主要为残坡积粉质黏土，经检算，素混凝土桩3.0m、3.2m 桩间距均可满足路基沉降变形控制需要，采用3.2m 桩间距时总桩长较小，增加投资较少，方案最优。

3 杂填土地层钻孔桩成孔问题及对策

3.1 常规泥浆护壁钻孔工艺试验情况

孔口设置内径ϕ120cm 钢护筒，地面以上外露0.5m，埋深1.5m，旋挖钻机钻头直径1m。

11 时15 分～11 时30 分在泥浆池内制备好泥浆（泥浆指标为：比重1.2，粘度25s，含砂率2%）。

11 时30 分～11 时45 分孔口钢护筒安装完成，钻机就位，旋挖钻每循环进尺约0.5m。

11 时52 分钻进至2m，钻渣为杂填土，孔内泥浆液面持续下降，继续向孔内补注泥浆至钢护筒范围后继续施钻，约15 分钟内全部漏失，孔口护筒以下孔壁出现护壁剥落、土体溜塌现象，暂停施工。

12 时15 分～12 时30 分调整泥浆指标（比重1.3，粘度28s，含砂率2%），继续补注泥浆，泥浆高度无明显提升。12时30 分～12 时50 分继续钻进至6m 后孔壁有明显孔隙水，呈流线状出水。12 时55 分钻孔至7m，进入粉质黏土地层，在补注泥浆过程中，高度始终保持在杂填土与粉质黏土交界面无法提升。13 时20 分钻进至13m，进入强风化砂质泥岩层。整个钻进过程中观察孔壁岩块及充填土随时间不断剥落坍塌，为防止塌孔掩埋钻头，13 时25 分钻进至14m 后停钻，停钻后约1 小时孔壁全部塌孔，孔口钢护筒下部坍塌悬空，为保证现场安全，将钻孔回填处理。

3.2 原因分析

杂填土为原兰渝线站场开挖弃渣，岩块粒径大，结构松散且孔隙率大。泥浆自岩块缝隙不断向周边扩散，杂填土层较厚，范围广，孔内泥浆无法保持。钻进过程中孔壁无法自稳，岩块充填土不断流失，随时间不断塌孔，孔口护筒底部逐步形成漏斗状，整个钻孔完全坍塌。

3.3 处理措施

为保证成孔质量及施工安全，需增加钢护筒跟进辅助成孔措施，跟进长度为杂填土地层桩身范围。

4 结束语

随着城市发展和铁路建设不断加快，铁路建设及车站选址将会不可避免的通过不良地质区域。设计及施工条件工况越来越复杂，技术难度和施工风险也会越来越高，加之我国幅员辽阔，地质复杂，复杂地质条件下地基处理研究越来越重要，本文从具体车站地基处理着手研究，希望能为后续不良地质条件下车站地基处理技术研究提供参考。