濟南西客站市政配套樁基工程關鍵技術研究

劉宏宇

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司, 天津 300251)

1 工程概述

1.1 工程位置

濟南西客站位于濟南市總體規劃中主城區西部臘山新區的西客站片區；范圍為北到小清河,南到臘山河北路,東到二環西路,西到京福高速公路所圍成的區域。規劃建設用地約26.1 km2,距市中心10 km，由濟南西客站、長途汽車站、遠期地鐵站、公交、出租及社會車輛形成一個大型的綜合交通樞紐。

1.2 工程概況

濟南西站綜合交通樞紐位于濟南市總體規劃東西中軸線上的西端點,樞紐整體為由東向西布置,濟南西客站主站房為東西朝向,京滬高速鐵路線為南北走向。整個樞紐平面由東向西依次為：站前廣場和廣場地下開發層；進站高架橋；主站房；高架候車廳、高速車場和無站臺柱雨棚；子站房；西廣場；其中地鐵1號線東西貫穿,地鐵6號線南北貫穿。樞紐通過地下負一層大通道實現各種交通工具之間的換乘,地下二層沿東西中軸線引入地鐵1號線,地下三層南北向平行于進站高架橋東側引入地鐵6號線(如圖1)。

圖1 濟南西客站綜合交通樞紐工程

2 地質概況

2.1 工程地質

(1)地形地貌

京滬高速濟南西鐵路站房位于濟南市西,大金莊北約500 m,建設場地南北長約450 m,東西寬約290 m。場地原為耕地,局部為拆遷場地,堆有大量人工棄土。通過區域地質資料調查,場地地貌單元屬山前沖積平原和黃河沖積平原交匯處，原地面高程30.2～30.9 m。

(2)場地地層結構

在勘察范圍內,場地地層為第四系全新統堆積層和沖積層,主要由粉土、粉質黏土、黏性土、砂土和卵石土組成。由土層縱剖面圖中看,在高程10.0 m左右有夾砂層,其中8層粉質黏土層和11層卵石層層厚較大且變化較小,可以作為穩定的持力層,9層卵石層變化較大,不宜作為持力層。

2.2 水文地質

勘察范圍內,場地地下水屬第四系孔隙潛水。地下水靜止水位埋深3.50～7.50 m,水位高程為25.96～27.61 m,該地下水位年變化幅度不大,抗浮設計水位可按29.50 m考慮。Ⅱ類環境干濕交替作用下,水質對混凝土結構不具腐蝕性,對混凝土結構中的鋼筋具弱腐蝕性。長期浸水作用下,水質對混凝土結構中的鋼筋不具腐蝕性，對鋼結構具弱腐蝕性。

3 結構概況

3.1 結構分區

濟南西客站市政配套工程主要包括軌道交通1、6號線和東廣場負一層商業開發層。

整個工程主體結構可以分為三個區：一區為軌道交通1號線,為地下二層結構；二區為軌道交通6號線,為地下二、三層結構；三區為地下一層軌道交通換乘廳。其中1號線分兩個部分,一部分為與高架候車廳和主站房等上部結構結合部分,另一部分為與地下一層軌道交通換乘廳結合部分(如圖2)。

圖2 結構分區示意

3.2 結構形式

濟南西客站市政配套軌道交通1、6號線工程均采用現澆鋼筋混凝土框架結構體系。其中1號線結構體系分兩個部分：其一,國鐵范圍內的結構考慮作為上部結構基礎,主柱網處柱子承受上部荷載傳遞的力,中間增加輔柱網；其二,國鐵范圍外結構,根據地鐵建筑及限界要求,考慮與6號線的換乘關系，確定合理的柱網跨度。

4 基礎概況

在大型綜合交通樞紐工程中,基礎工程作為整個樞紐結構的承載工程,需要結合不同的單體工程以及不同工程基礎控制要求,制定最合理最經濟的基礎方案,以滿足承載力和結構隆沉控制的要求。

軌道交通1號線垂直橫穿國鐵車場、正線橋、國鐵主站房、進站高架橋以及東廣場地下開發層。既要考慮自身的結構承載能力,又要作為上部結構的基礎承受上部結構的荷載,且需結合正線橋、高架橋、東廣場等不同專業的承載和變形要求。這就要求基礎工程必須上下一體化設計,橫向聯系統籌考慮不同行業的技術要求,是一個復雜的綜合性控制工程。

結合地質報告本地區地下水位較高,基礎設計時還要考慮結構的抗浮要求,根據計算結果、結構的隆沉控制要求,設置相應的抗壓樁和抗拔樁。

5 基礎設計要點

5.1 基礎選型

基礎的選型與上部結構的結構形式、結構荷載及使用功能密切相關。且本工程為集軌道交通、高速鐵路、公交樞紐與高架道路為一體的綜合性樞紐建筑,具有使用荷載復雜,變形要求嚴格的特點。因此,為嚴格控制基礎變形,本工程基礎應采用樁基礎。

基礎底板為增加基礎剛度,調整不均勻沉降，加強地鐵結構的防水效果,底板采用施工方便、綜合造價相對低的鋼筋混凝土筏板,與鉆孔灌注樁共同組成樁筏基礎。

5.2 樁選型

樁的選型應根據工程所處的地質情況、工程的結構體系、當地通常采用的施工工藝等方面因素綜合確定。(1)本工程地質情況較好,基本為粉土或黏性土,土層較深處有穩定的卵石層可以作為持力層,端阻和側阻均較高。(2)本工程的結構荷載差異較大,且地下水位較高,荷載大的地方為承載控制,荷載小的地方為抗浮控制,因此樁型分為抗壓樁和抗拔樁。(3)濟南地區鉆孔灌注樁施工工藝成熟,且樁端后注漿工藝有成功的工程實例,工程中被廣泛應用。

綜合以上因素,本工程樁采用直徑為800 mm的樁端后注漿普通鉆孔灌注樁。

5.3 樁基布置

樁基布置原則：為控制不均勻沉降，減小底板厚度，控制底板變形,采用柱下集中布置、適當位置增設抗拔減跨樁的布置原則。樁布置時還需要考慮不同工況下的受力情況,主要分為施工工況和正常使用工況。正常使用工況的抗拔樁、抗壓樁,在施工階段的工況下可能變為抗壓樁、抗拔樁,這就需要樁基布置的時候統籌考慮不同的工況(如圖3所示)。

圖3 標準段結構橫斷面(單位：mm)

5.4 持力層的選擇

本工程主要采用的是控制沉降要求的樁基,為摩擦端承樁,因此持力層的選擇非常重要。持力層的選擇應結合當地相關工程經驗,參考地質報告縱斷面圖和文字報告中各土層的設計參數進行確定。持力層應滿足厚度穩定和承載力較高的要求。

由地質縱斷面圖中顯示,可選的持力層主要為⑧粉質黏土、⑨卵石、⑩粉質黏土和卵石。其中⑧層和層為較穩定的圖層,厚度基本在5～8 m左右,可以作為持力層。⑨層和⑩層較不穩定,厚度變化較大,時有時無,不能夠作為持力層。⑧層的樁端極限承載力為1 000 kN,層的樁端極限承載力為3 500 kN,選擇承載力較高的層作為持力層。

5.5 樁基承載力

本工程為交通樞紐工程,地基基礎的設計等級為甲級,單樁承載力應通過試樁結果來確定。首先根據地質報告提供的不同孔位地質柱狀圖、土層參數、土體的側阻端阻,計算出單樁極限承載力標準值,然后根據計算結果進行試樁設計,組織施工單位及樁基檢測單位進行試樁的施工,最后檢測單位提供試樁報告,設計參考試樁結果，最終確定單樁承載力特征值,指導下階段的設計。

(1)單樁承載力計算結果

軌道交通1號線工程：抗壓樁樁長為40 m左右,樁端持力層為層卵石層,單樁抗壓極限承載力為10 000 kN。抗拔樁樁長為30 m,單樁抗拔極限承載力為4 000 kN。

軌道交通6號線工程：抗壓樁樁長為26 m左右,樁端持力層為層卵石層,單樁抗壓極限承載力為7 000 kN。抗拔樁樁長為22 m,單樁抗拔極限承載力為3800kN。

(2)試樁

設計樁頂高程為12.45 m,而現場地面高程在30.19 m左右,不可能等基坑開挖到設計高程后再做試驗,且施工工期和安全都不允許。因此試驗只能在原地面施做，這就使得設計時必須考慮樁頂高程以上土體提供的側阻,綜合確定試樁需要加載量。

試驗目的：檢驗與確定單樁豎向抗壓、抗拔極限承載力。鑒定樁身混凝土質量,包括縮頸、裂紋、斷裂、空洞、夾泥等缺陷。

試驗方法：用垂直靜載荷抗壓和抗拔、低應變動測法及超聲波透射法,分別做試驗檢測,靜載荷試前先進行超聲波檢測及低應變檢測。

試驗要求：垂直靜載荷抗壓試驗,共五組,為S1～S5；抗拔試驗共三組,為S6～S8。

低應變檢測：800 mm直徑的樁為100％,并做超聲波透射。樁垂直靜荷載抗壓抗拔試驗：

S1～S8和M1～M8先進行樁端注漿,待成樁注漿后強度達到標準后,再進行靜載荷試驗。

2.2 乳腺超聲光散射成像對乳腺腫瘤的診斷結果與病理診斷結果對比 乳腺超聲光散射成像對乳腺腫瘤診斷的敏感度、特異度、準確率、陽性預測值、陰性預測值分別為70.0%(28/40)、92.5%(37/40)、81.3%(65/80)、90.3%(28/31)、75.5%(37/49)。見表3。

樁的靜載荷試驗應按照《建筑基樁檢測技術規范》的規定，采用慢速維持荷載法,從澆灌混凝土到開始試樁的間歇時間,在滿足混凝土達到設計強度的前提下不應少于28 d。

S1～S5最大豎向抗壓試驗荷載初定為13 000 kN,加載分12級,卸載分6級。S6～S8最大豎向抗拔試驗荷載初定為5 800 kN,加載分12級,卸載分6級。

試樁結論：

根據5根試樁的單樁豎向抗壓靜載荷試驗曲線綜合分析,單樁豎向抗壓極限承載力可取13 000 kN。根據3根試樁的單樁豎向抗拔靜載荷試驗曲線綜合分析,單樁豎向抗拔極限承載力可取5 800 kN。

5.6 沉降計算

樁基沉降計算分別考慮結構底板下有水與無水兩種工況。在水浮力的計算中扣除了樁的面積。采用pile2000程序進行了基礎沉降驗算(如圖4)。

圖4 1號線大通廊處沉降

5.7 隆沉控制

樞紐工程中基礎的隆沉控制主要考慮以下幾個方面。

(1)基礎形式控制：不同的單體工程統一采用樁筏基礎,協調不同承載要求下的變形控制。

(2)樁型控制：根據不同的需求設置不同的樁型。

(3)布樁控制：考慮各種工況下的受力情況,合理布置樁基。

(4)施工工藝控制：采用后注漿工藝,減少樁底沉渣厚度,改善樁端和局部樁側土體承載性能,提高承載力,降低樁基沉降。

6 結束語

本樞紐基礎工程設計遵循的主要原則：

(1)結合地質情況、結構體系和施工工藝,確定合理的持力層。

(2)根據不同位置的受荷情況,合理布置樁基,且考慮不同工況下樁抗壓和抗拔的轉換。

(3)樞紐工程的樁基必須進行試樁,根據試樁結果最終確定單樁承載力,指導設計。

(4)樞紐基礎工程隆沉控制是設計的重要環節,是結構安全和舒適性的保證,因此必須一體化設計,考慮不同單體工程沉降要求,使整個工程隆沉統一,控制差異沉降。

[1]黃紹銘，高大釗.軟土地基與地下工程[M].北京：中國建筑工業出版社，2005

[2]劉金礪.樁基設計施工與檢測[M].北京：中國建材工業出版社，2001

[3]GB50021—2001 巖土工程勘察規范[S]

[4]GB50157—2003 地鐵設計規范[S]

[5]JGJ94—2008 建筑樁基技術規范[S]