郑徐客运专线路基工程地基处理技术探析

王 闰

(郑西铁路客运专线有限责任公司，河南郑州 450008)

为保证轨道结构的平顺性和行车安全，高速铁路对地基沉降有极为严格的要求，路基工程地基处理和沉降控制是软土地区高速铁路建设的关键技术问题，相关研究受到人们的广泛关注［1-4］。郑徐客运专线沿线第四系地层覆盖呈厚层或巨厚层状，表层更是分布有厚度巨大的的软土和松软土层，需采取地基加固措施来控制路基工程工后沉降，地基处理措施的合理选取是确保郑徐客运专线路基工程施工质量的关键环节。根据沿线工程地质条件、线路等级及控制标准、路基部位及填高等因素，确定了郑徐客运专线路基工程采用的地基处理类型及选取原则，并以兰考南站为实例进行了详细分析，以期为工程建设过程中提供一定的参考和借鉴。

1 工程概况

1.1 工程概况

郑徐客运专线跨越河南、安徽和江苏三省，西起郑州市，与郑西、京广客专衔接，东至徐州市，与京沪高铁衔接，全长361.937 km，正线路基全长23.421 km，基本位于车站范围内，区间正线路基长度6.830 km。全线设郑州东、开封北、兰考南、民权北、商丘、砀山南、永城北、萧县北、徐州东共9个车站，设计时速350 km/h，铺设Ⅲ型板无砟轨道。另有郑州、商丘、徐州枢纽配套工程，路基工程为有砟轨道。

1.2 工程地质条件

郑徐客运专线位于冲积平原，沿线广布厚层或巨厚层的第四系覆盖层，厚度最大超过400 m。全线表层松软土地层(以软塑状粉质黏土和稍密状粉土为主)厚度大，一般地段厚20～45 m，局部可达50 m以上，且存在软硬互层或硬夹层情况。其中郑州至商丘段和徐州地区松软土厚多在30 m以内;商丘至萧县段松软土厚为35～45 m，最大厚度达54 m;路基工程工后沉降控制较为困难。

2 地基加固处理原则及类型

2.1 地基加固类型总述

根据工程地质条件、线路等级及控制标准、路基部位及填高等因素，设计主要采用了7种地基加固措施:①CFG桩桩网复合地基;②管桩桩网(桩筏)结构;③素混凝土桩桩筏结构;④钻孔桩桩板结构;⑤螺杆桩桩网复合地基;⑥长短桩桩筏结构;⑦双向水泥土搅拌桩或水泥砂浆桩。其中管桩、素混凝土桩、钻孔灌注桩为刚性桩，其余为半刚性桩或柔性桩。螺杆桩桩网复合地基、长短桩桩筏结构为新型地基加固措施，在本项目中为首次采用。

2.2 地基沉降控制原理与检算

路基工程需同时满足稳定、工后沉降和复合地基承载力要求。无砟轨道路基以工后沉降或不均匀沉降控制为重点，选用针对性的地基加固措施。

路基沉降包括动荷载引起的沉降、路基本体的压密沉降和地基土压缩沉降三部分。其中路基本体填料的沉降量相对较小，完成时间较短，工后沉降不考虑;动荷载引起的沉降一般按5 mm考虑［5－7］。可见路基工后沉降控制的关键是控制地基土压缩沉降。路基工后沉降分别考虑加固区沉降和下卧层沉降，工后沉降ΔS为总沉降S总减去施工期已完成的沉降S施

ΔS=S总－ S施= λS有－ λUS无= λ(S有－ US无)

式中:S有为在列车和长期荷载工况下路基的最终沉降;S无为仅考虑施工期填土荷载工况下路基的最终沉降;λ为沉降修正系数，根据规范或者地区经验取值;U为固结度或沉降完成率，与地层条件、填筑时间等紧密相关。

2.3 地基加固措施选用原则

在充分考虑地基土特性、厚度和埋深、地下水特征、路基标准要求，以及施工的可行性、经济合理性等因素基础上，经技术经济对比分析，选择最适宜的地基处理方法，通过检算分析确定地基加固桩间距和加固深度等。

①本线正线地基:采用CFG桩、预制管桩为主，其中加固深度27.5 m以内地段选择CFG桩复合地基，大于27.5 m以上采用管桩桩网加固。②加固深度27.5～40 m地段:无较厚硬夹层时选择管桩桩网结构加固;存在较厚硬夹层时，选择素混凝土桩、长短组合桩桩筏结构复合地基进行加固。③松软土厚度大(＞40 m):选用素混凝土桩、长短组合桩桩筏结构复合地基进行加固。④桥路过渡段:选择钻孔桩桩板结构进行地基加固。⑤站线、联络线等有砟轨道:选用水泥搅拌桩或砂浆桩加固。⑥站坪填土:选用冲击压实加固。

(1)CFG桩桩网结构复合地基

CFG桩适用于处理黏性土、粉土、砂土和已固结的素填土，不适于淤泥、泥炭土及碎石土等地层。CFG桩可采用长螺旋钻孔桩机施工，施工深度≤27.5 m。CFG桩桩网结构复合地基由CFG桩+扩大桩帽+土工格栅(格室)加筋垫层构成。桩径0.5 m，桩间距1.7～2.0 m，正线多采用1.8 m。CFG桩为本线的主体桩型。

(2)管桩桩网(筏)结构复合地基

管桩为预制桩，具有施工速度快、施工质量易保证等优点，可采用锤击法或静压法施工，施工深度一般不超过40 m，但难以穿越中密砂层、碎石土及厚度较大的硬塑以上黏性土层，适用于郑徐客专的易液化粉土、软塑状黏性土地层。本线桩径均为0.4 m，桩间距2.0～2.4 m(突破现行《铁路地基处理技术规程》(TB10106—2010)中“管桩桩网(桩筏)结构桩间距宜为桩径的4～5倍”规定)。

(3)素混凝土桩桩筏结构

素混凝土桩可采用长螺旋入岩钻机、回旋钻机施工，施工深度可达40～50 m，适用于处理深厚层松软土或间夹硬层厚层松软地基。素混凝土桩桩筏结构地基由素混凝土桩+碎石垫层(0.2 m)+筏板(0.6 m)构成，桩径0.6 m，桩间距3.0 m。

(4)钻孔桩桩板结构

钢筋混凝土钻孔桩可采用旋挖钻机、回旋钻机等施工，受地层影响较小、施工深度大、施工费用高，多用于桥路过渡段等工后沉降控制严格的重要位置。钻孔桩桩板结构，桩径1.0～1.2 m，桩间距4 ～5 m，钢筋混凝土板梁厚1 m。

(5)螺杆桩桩网结构复合地基

螺杆桩是一种上部圆柱形、下部螺纹形桩体，采用专用螺杆钻机成孔，钻进时正向旋转挤压成孔，提钻时反向旋转形成螺纹形钻孔，提钻同时泵入混凝土的一种成桩工艺。为一种无弃土挤土桩，适用于易液化的粉土、粉砂地层，对提高承载力有优势。桩径0.5 m，桩间距1.8～2.2 m，加固深度不大于32.0 m。

(6)长短桩桩板结构

长短桩由长桩、短桩组合构成，是一种新型地基加固措施。长桩施工深度较大起到沉降控制作用，一般选用素混凝土桩或钻孔桩等刚性桩;短桩主要起到增强承载力作用，一般选用较为经济的CFG桩、螺杆桩或搅拌桩等。一般采用桩筏结构，组合桩间距2.5 m，筏板厚0.6 m。

(7)双向水泥土搅拌桩及水泥砂浆桩复合地基

水泥土搅拌桩及水泥砂浆桩属柔性柱，具有施工简单、快速、振动小等优点，能有效地提高软土地基的稳定性，减少和控制沉降。由于其桩身强度较低、加固桩长有限(≤16.0 m)，沉降控制力度较弱，主要应用于车站站线、联络线等沉降控制要求较低的软土地基处理。桩径0.5 m，桩间距1.0～1.5 m。

3 典型工点地基加固措施实例

兰考南站位于河南省兰考县，起讫里程DK105+535.37～DK107+071.17，全长1511.68 m。两端与桥相接，分布涵洞5座，中桥1座，地道1座，维修工区一处，站房采用“侧下式”形式。全段路堤填高6.4～8.8 m，地基表层松软土层厚25～30 m，均为软塑状黏性土及稍松—稍密状粉土，地基软弱。为满足路基工后沉降要求，分线路标准、工程部位对地基进行加固处理。

兰考南站地基加固措施的主要设计类型及参数如下:①全段正线路基(含3、4线)以CFG桩复合地基为主，CFG桩间距1.8～1.9 m，桩长23～26 m。②涵路过渡段、道岔区采用管桩桩网(桩筏)复合地基加固，桩间距2.0～2.2 m，桩长28～36.0 m。③两端桥路过渡段采用钻孔桩桩板结构，桩径1.0 m，桩间距4.0～4.5 m;中桥过渡段采用管桩桩筏结构加固，桩间距2.0～2.2 m。④“侧下式”站房与线路间设直立扶壁墙，地基采用钻孔桩基础，桩径1.25 m。⑤维修工区范围线路基底及周边采用螺杆桩复合地基加固，以起到填土稳定作用。⑥对站房场坪填土以控制填土稳定为原则，考虑到本站填土较低、地基表层粉土松散易液化，填筑前采用冲击压实处理(如图1)。

图1 兰考南站地基处理设计平面

［1］ 郭建湖，詹学启，李小和．武广铁路客运专线无砟轨道路基变形控制设计关键技术［J］．铁道标准设计，2010(1):46-48

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