張亞 ZHANG Ya

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，西安 710000）

0 引言

近年來隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和高鐵建設(shè)的不斷推進(jìn)，高鐵建設(shè)網(wǎng)逐步覆蓋越來越多的重要城市，原有普速鐵路車站已經(jīng)難以滿足國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)民出行需求。

成達(dá)萬高鐵是國(guó)家八縱八橫高速鐵路網(wǎng)之沿江高鐵的重要組成部分，是四川省東出北上的重要通道。南充鐵路樞紐將承載南充市國(guó)省規(guī)劃明確的成渝地區(qū)北部中心城市、川東北區(qū)域中心城市、組團(tuán)培育的省域經(jīng)濟(jì)副中心城市和國(guó)家重要的交通次樞紐。南充北站是交通次樞紐的核心落腳點(diǎn)，也是成達(dá)萬高鐵車站規(guī)模最大、工程界面最復(fù)雜的車站。而原有跨線橋及既有線站場(chǎng)改造等既有線施工工期緊安全風(fēng)險(xiǎn)高，且站址地質(zhì)條件復(fù)雜，該種復(fù)雜條件地基處理國(guó)內(nèi)案例較少，高鐵路基工后沉降要求非常高。

本文依托新建成達(dá)萬鐵路南充北站既有線改造及相關(guān)工程，該車站范圍位于原蘭渝鐵路棄渣場(chǎng)上，主要為雜填土，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，不確定較高，地基處理形式及范圍、營(yíng)業(yè)線施工難度等在全線較為突出。因此對(duì)該高速鐵路站區(qū)雜填土地層地基處理施工技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)存在問題進(jìn)行逐項(xiàng)解決。為后續(xù)國(guó)內(nèi)類似工況下設(shè)計(jì)和施工實(shí)現(xiàn)工藝突破和良好的施工組織做出參考和指導(dǎo)。

1 工程概況

1.1 地層巖性及工程地質(zhì)條件

南充北站工程地質(zhì)勘察揭露35.0m 深度范圍內(nèi)的地層，地層主要為第四系雜填土層（Q4ml）素填土、第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）粉質(zhì)黏土、下伏侏羅系上統(tǒng)遂寧組（J3s）砂質(zhì)泥巖。

（0）1 素填土（Q4ml），褐黃色，松散～稍密，稍濕，層厚約0.6～17.1m，Ⅱ級(jí)。

（1）22 粉質(zhì)黏土（Q4el+dl），黃褐色、灰褐色，軟塑，層厚約4.0m，Ⅱ級(jí)，σ0=120kPa。

（1）23 粉質(zhì)黏土（Q4el+dl），黃褐色、灰褐色，硬塑，層厚約0.5～11.0m，Ⅱ級(jí)，σ0=150kPa。

（5）72 泥質(zhì)砂巖（J3s），紫紅色，強(qiáng)風(fēng)化，厚度約1.3m，Ⅳ級(jí)，σ0=300kPa。

（5）73 泥質(zhì)砂巖（J3s），紫紅色，弱風(fēng)化，厚度約4.7～5.4m，Ⅳ級(jí)，σ0=450kPa。

（5）81 砂質(zhì)泥巖（J3s），紅褐色，全風(fēng)化，厚度約2.7～3.9m，Ⅲ級(jí)，σ0=200kPa。

（5）82 砂質(zhì)泥巖（J3s），紅褐色，強(qiáng)風(fēng)化，厚度約1.0～7.5m，Ⅳ級(jí)，σ0=300kPa。

（5）83 砂質(zhì)泥巖（J3s），紅褐色，弱風(fēng)化，該層未揭穿，Ⅳ級(jí)，σ0=400kPa。

1.2 水文地質(zhì)條件

站址區(qū)地表水主要分布在沖溝及水田內(nèi)，補(bǔ)給來源以大氣降水為主，水量不大。站址區(qū)地下水類型主要為第四系孔隙水和基巖裂隙水。第四系孔隙水，主要分布在第四系地層中，水量不大；基巖裂隙水，主要賦存于巖層強(qiáng)風(fēng)化帶和弱風(fēng)化帶中的層間裂隙、風(fēng)化裂隙及巖性接觸帶中，一般含水量不大?？辈炱陂g勘探孔穩(wěn)定水位埋深0.0～24.2m。

1.3 特殊巖土、不良地質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造

站址區(qū)未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，站址區(qū)特殊巖土主要為棄土、軟土及石膏。

①棄土。

主要為既有鐵路棄渣場(chǎng)，線路穿過棄砟場(chǎng)東南側(cè)，棄渣厚度約0.0～17.1m，褐紅色，松散～稍密，稍濕，主要成分以20%的黏性土和80%的砂質(zhì)泥巖巖塊為主，其均勻性較差。

DK252+990～DK253+110 范圍內(nèi)穿過棄砟場(chǎng)東南側(cè)側(cè)邊，棄渣厚度約0.0～17.0m，褐紅色，松散～稍密，稍濕，主要成分以砂質(zhì)泥巖碎塊為主，局部含少量黏性土,表層含植物根系，其均勻性較差；南充高鐵公園為低山丘陵場(chǎng)地上人工挖填整平的建設(shè)場(chǎng)地，半挖半填，挖填界限未調(diào)查清楚，填方成分以黏性土和砂質(zhì)泥巖為主。

DK253+300～DK254+080 之間，根據(jù)調(diào)查棄砟為2015年蘭渝鐵路隧道棄砟，根據(jù)蘭渝鐵路相關(guān)資料推測(cè)填方厚度6～17m 不等，棄砟成分主要為砂質(zhì)泥巖殘塊，站址區(qū)填土厚度較大，厚度變化也較大，設(shè)計(jì)及施工時(shí)應(yīng)特別注意。

②軟土。

主要為軟塑粉質(zhì)黏土，主要分布于站址區(qū)范圍內(nèi)里程DK251+620～DK251+660 左側(cè)地層表部，層厚約4.0m，其承載力較低，厚度較大，不適合做基礎(chǔ)持力層。設(shè)計(jì)施工時(shí)應(yīng)注意。

③石膏。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，站區(qū)石膏賦存于侏羅系上統(tǒng)遂寧組（J3s）地層中，呈薄層狀或脈狀，本次鉆探僅揭示少量薄層狀石膏，對(duì)工程有不利影響。

1.4 地質(zhì)補(bǔ)勘及挖探揭示情況

①殘坡積粉質(zhì)黏土段落：地層以第四系殘坡積（Q4el+dl）粉質(zhì)黏土為主，褐紅色，硬塑狀；土層中不均勻夾有礫石。挖探還揭示，該段地層殘留有少量碎石、塊石，分布不均勻；地表以下0～2m 粗顆粒土含量約20%、2m 以下粗顆粒土含量約10%～15%，粒徑集中在4～15cm，最大粒徑約40cm，粗顆粒土分布不均勻，如圖1 所示。

圖1 粉質(zhì)黏土段落挖探照片

②雜填土段落。

表層素填土為原南充北站站場(chǎng)開挖填土，呈褐紅色，填土主要成分為粉質(zhì)黏土和大量砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖巖塊，巖塊粒徑為0.1～0.5m 不等，最大粒徑可達(dá)1m，厚度較大，結(jié)構(gòu)松散且孔隙率大，回填時(shí)間短，土層均勻性差。

2 地基處理設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

地基處理設(shè)計(jì)原則：

南充北站復(fù)合地基加固結(jié)構(gòu)型式根據(jù)地質(zhì)復(fù)雜性設(shè)計(jì)為“樁網(wǎng)、樁筏（螺桿樁）結(jié)構(gòu)”，樁筏結(jié)構(gòu)主要用在棄土區(qū)域正線及與正線不可分割的路基地基加固處理，樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要用于粉質(zhì)黏土段落與正線不可分割的路基及棄土區(qū)可與正線分割的站線路基地基加固處理。

地基處理加固深度設(shè)計(jì)原則：

①根據(jù)本線地質(zhì)條件特征，地基處理深度進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化基巖不小于1.0m。

②地基處理容許承載力應(yīng)大于路基及其上部荷載。

本文以雜填土段落為例進(jìn)行承載力驗(yàn)算和經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析，粉質(zhì)黏土段落不再贅述。

2.2 雜填土段落

根據(jù)施工地質(zhì)核對(duì)情況，棄土土質(zhì)不均，粒徑差異大，塊石、碎石等含量較高，易造成偏鉆、頂鉆現(xiàn)象，影響成樁質(zhì)量和地基處理效果。地基處理擬采用旋挖鉆素混凝土樁型，樁徑0.8m，正方形布置。分別對(duì)2.4m、2.6m、2.8m 及3.0m 樁間距進(jìn)行了沉降檢算。棄土段落正線路基主要以挖方為主，最大挖深大于10m，部分站線路基最大填方高度約5m，路基面除路肩外，路基面以上軌道、列車荷載等取值59.7kPa。

K702+767～K702+807 段（樁筏）均位于挖方地段，選取K702+775.00 斷面進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算參數(shù)選取和結(jié)果如表1-表4 所示。

表1 路基填土物理力學(xué)參數(shù)

表2 地基巖土物理力學(xué)參數(shù)

表3 工后沉降計(jì)算

表4 承載力計(jì)算

地基表層為棄土。經(jīng)檢算，素混凝土樁2.4m、2.6m、2.8m 及3.0m 樁間距均可滿足路基沉降變形控制需要，采用3.0m 樁間距時(shí)總樁長(zhǎng)最小，增加投資最少。

2.3 殘坡積粉質(zhì)黏土段落設(shè)計(jì)及檢算

根據(jù)施工地質(zhì)核對(duì)情況，為防止殘坡積粉質(zhì)黏土層夾雜的塊石、碎石及卵石造成偏鉆、頂鉆現(xiàn)象，影響成樁效率和成樁質(zhì)量，地基處理擬采用旋挖鉆素混凝土樁型，樁徑0.8m，正方形布置。分別對(duì)3.0m、3.2m 樁間距進(jìn)行了沉降檢算。路基面除路肩外，路基面以上軌道、列車荷載等取值59.7kPa。

粉質(zhì)黏土段落地基表層主要為殘坡積粉質(zhì)黏土，經(jīng)檢算，素混凝土樁3.0m、3.2m 樁間距均可滿足路基沉降變形控制需要，采用3.2m 樁間距時(shí)總樁長(zhǎng)較小，增加投資較少，方案最優(yōu)。

3 雜填土地層鉆孔樁成孔問題及對(duì)策

3.1 常規(guī)泥漿護(hù)壁鉆孔工藝試驗(yàn)情況

孔口設(shè)置內(nèi)徑?120cm 鋼護(hù)筒，地面以上外露0.5m，埋深1.5m，旋挖鉆機(jī)鉆頭直徑1m。

11 時(shí)15 分～11 時(shí)30 分在泥漿池內(nèi)制備好泥漿（泥漿指標(biāo)為：比重1.2，粘度25s，含砂率2%）。

11 時(shí)30 分～11 時(shí)45 分孔口鋼護(hù)筒安裝完成，鉆機(jī)就位，旋挖鉆每循環(huán)進(jìn)尺約0.5m。

11 時(shí)52 分鉆進(jìn)至2m，鉆渣為雜填土，孔內(nèi)泥漿液面持續(xù)下降，繼續(xù)向孔內(nèi)補(bǔ)注泥漿至鋼護(hù)筒范圍后繼續(xù)施鉆，約15 分鐘內(nèi)全部漏失，孔口護(hù)筒以下孔壁出現(xiàn)護(hù)壁剝落、土體溜塌現(xiàn)象，暫停施工。

12 時(shí)15 分～12 時(shí)30 分調(diào)整泥漿指標(biāo)（比重1.3，粘度28s，含砂率2%），繼續(xù)補(bǔ)注泥漿，泥漿高度無明顯提升。12時(shí)30 分～12 時(shí)50 分繼續(xù)鉆進(jìn)至6m 后孔壁有明顯孔隙水，呈流線狀出水。12 時(shí)55 分鉆孔至7m，進(jìn)入粉質(zhì)黏土地層，在補(bǔ)注泥漿過程中，高度始終保持在雜填土與粉質(zhì)黏土交界面無法提升。13 時(shí)20 分鉆進(jìn)至13m，進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖層。整個(gè)鉆進(jìn)過程中觀察孔壁巖塊及充填土隨時(shí)間不斷剝落坍塌，為防止塌孔掩埋鉆頭，13 時(shí)25 分鉆進(jìn)至14m 后停鉆，停鉆后約1 小時(shí)孔壁全部塌孔，孔口鋼護(hù)筒下部坍塌懸空，為保證現(xiàn)場(chǎng)安全，將鉆孔回填處理。

3.2 原因分析

雜填土為原蘭渝線站場(chǎng)開挖棄渣，巖塊粒徑大，結(jié)構(gòu)松散且孔隙率大。泥漿自巖塊縫隙不斷向周邊擴(kuò)散，雜填土層較厚，范圍廣，孔內(nèi)泥漿無法保持。鉆進(jìn)過程中孔壁無法自穩(wěn)，巖塊充填土不斷流失，隨時(shí)間不斷塌孔，孔口護(hù)筒底部逐步形成漏斗狀，整個(gè)鉆孔完全坍塌。

3.3 處理措施

為保證成孔質(zhì)量及施工安全，需增加鋼護(hù)筒跟進(jìn)輔助成孔措施，跟進(jìn)長(zhǎng)度為雜填土地層樁身范圍。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市發(fā)展和鐵路建設(shè)不斷加快，鐵路建設(shè)及車站選址將會(huì)不可避免的通過不良地質(zhì)區(qū)域。設(shè)計(jì)及施工條件工況越來越復(fù)雜，技術(shù)難度和施工風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)越來越高，加之我國(guó)幅員遼闊，地質(zhì)復(fù)雜，復(fù)雜地質(zhì)條件下地基處理研究越來越重要，本文從具體車站地基處理著手研究，希望能為后續(xù)不良地質(zhì)條件下車站地基處理技術(shù)研究提供參考。