濟(jì)南西客站市政配套樁基工程關(guān)鍵技術(shù)研究

劉宏宇

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 天津 300251)

1 工程概述

1.1 工程位置

濟(jì)南西客站位于濟(jì)南市總體規(guī)劃中主城區(qū)西部臘山新區(qū)的西客站片區(qū)；范圍為北到小清河,南到臘山河北路,東到二環(huán)西路,西到京福高速公路所圍成的區(qū)域。規(guī)劃建設(shè)用地約26.1 km2,距市中心10 km，由濟(jì)南西客站、長途汽車站、遠(yuǎn)期地鐵站、公交、出租及社會(huì)車輛形成一個(gè)大型的綜合交通樞紐。

1.2 工程概況

濟(jì)南西站綜合交通樞紐位于濟(jì)南市總體規(guī)劃東西中軸線上的西端點(diǎn),樞紐整體為由東向西布置,濟(jì)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(gè)樞紐平面由東向西依次為：站前廣場(chǎng)和廣場(chǎng)地下開發(fā)層；進(jìn)站高架橋；主站房；高架候車廳、高速車場(chǎng)和無站臺(tái)柱雨棚；子站房；西廣場(chǎng)；其中地鐵1號(hào)線東西貫穿,地鐵6號(hào)線南北貫穿。樞紐通過地下負(fù)一層大通道實(shí)現(xiàn)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(hào)線,地下三層南北向平行于進(jìn)站高架橋東側(cè)引入地鐵6號(hào)線(如圖1)。

圖1 濟(jì)南西客站綜合交通樞紐工程

2 地質(zhì)概況

2.1 工程地質(zhì)

(1)地形地貌

京滬高速濟(jì)南西鐵路站房位于濟(jì)南市西,大金莊北約500 m,建設(shè)場(chǎng)地南北長約450 m,東西寬約290 m。場(chǎng)地原為耕地,局部為拆遷場(chǎng)地,堆有大量人工棄土。通過區(qū)域地質(zhì)資料調(diào)查,場(chǎng)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(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)

在勘察范圍內(nèi),場(chǎng)地地層為第四系全新統(tǒng)堆積層和沖積層,主要由粉土、粉質(zhì)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(zhì)黏土層和11層卵石層層厚較大且變化較小,可以作為穩(wěn)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(zhì)

勘察范圍內(nèi),場(chǎng)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(shè)計(jì)水位可按29.50 m考慮。Ⅱ類環(huán)境干濕交替作用下,水質(zhì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)不具腐蝕性,對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具弱腐蝕性。長期浸水作用下,水質(zhì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋不具腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

3 結(jié)構(gòu)概況

3.1 結(jié)構(gòu)分區(qū)

濟(jì)南西客站市政配套工程主要包括軌道交通1、6號(hào)線和東廣場(chǎng)負(fù)一層商業(yè)開發(fā)層。

整個(gè)工程主體結(jié)構(gòu)可以分為三個(gè)區(qū)：一區(qū)為軌道交通1號(hào)線,為地下二層結(jié)構(gòu)；二區(qū)為軌道交通6號(hào)線,為地下二、三層結(jié)構(gòu)；三區(qū)為地下一層軌道交通換乘廳。其中1號(hào)線分兩個(gè)部分,一部分為與高架候車廳和主站房等上部結(jié)構(gòu)結(jié)合部分,另一部分為與地下一層軌道交通換乘廳結(jié)合部分(如圖2)。

圖2 結(jié)構(gòu)分區(qū)示意

3.2 結(jié)構(gòu)形式

濟(jì)南西客站市政配套軌道交通1、6號(hào)線工程均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。其中1號(hào)線結(jié)構(gòu)體系分兩個(gè)部分：其一,國鐵范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)考慮作為上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),主柱網(wǎng)處柱子承受上部荷載傳遞的力,中間增加輔柱網(wǎng)；其二,國鐵范圍外結(jié)構(gòu),根據(jù)地鐵建筑及限界要求,考慮與6號(hào)線的換乘關(guān)系，確定合理的柱網(wǎng)跨度。

4 基礎(chǔ)概況

在大型綜合交通樞紐工程中,基礎(chǔ)工程作為整個(gè)樞紐結(jié)構(gòu)的承載工程,需要結(jié)合不同的單體工程以及不同工程基礎(chǔ)控制要求,制定最合理最經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)方案,以滿足承載力和結(jié)構(gòu)隆沉控制的要求。

軌道交通1號(hào)線垂直橫穿國鐵車場(chǎng)、正線橋、國鐵主站房、進(jìn)站高架橋以及東廣場(chǎng)地下開發(fā)層。既要考慮自身的結(jié)構(gòu)承載能力,又要作為上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)承受上部結(jié)構(gòu)的荷載,且需結(jié)合正線橋、高架橋、東廣場(chǎng)等不同專業(yè)的承載和變形要求。這就要求基礎(chǔ)工程必須上下一體化設(shè)計(jì),橫向聯(lián)系統(tǒng)籌考慮不同行業(yè)的技術(shù)要求,是一個(gè)復(fù)雜的綜合性控制工程。

結(jié)合地質(zhì)報(bào)告本地區(qū)地下水位較高,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮結(jié)構(gòu)的抗浮要求,根據(jù)計(jì)算結(jié)果、結(jié)構(gòu)的隆沉控制要求,設(shè)置相應(yīng)的抗壓樁和抗拔樁。

5 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 基礎(chǔ)選型

基礎(chǔ)的選型與上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)荷載及使用功能密切相關(guān)。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(fù)雜,變形要求嚴(yán)格的特點(diǎn)。因此,為嚴(yán)格控制基礎(chǔ)變形,本工程基礎(chǔ)應(yīng)采用樁基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)底板為增加基礎(chǔ)剛度,調(diào)整不均勻沉降，加強(qiáng)地鐵結(jié)構(gòu)的防水效果,底板采用施工方便、綜合造價(jià)相對(duì)低的鋼筋混凝土筏板,與鉆孔灌注樁共同組成樁筏基礎(chǔ)。

5.2 樁選型

樁的選型應(yīng)根據(jù)工程所處的地質(zhì)情況、工程的結(jié)構(gòu)體系、當(dāng)?shù)赝ǔ２捎玫氖┕すに嚨确矫嬉蛩鼐C合確定。(1)本工程地質(zhì)情況較好,基本為粉土或黏性土,土層較深處有穩(wěn)定的卵石層可以作為持力層,端阻和側(cè)阻均較高。(2)本工程的結(jié)構(gòu)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(jì)南地區(qū)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(shí)例,工程中被廣泛應(yīng)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(dāng)位置增設(shè)抗拔減跨樁的布置原則。樁布置時(shí)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?yōu)榭箟簶?、抗拔?這就需要樁基布置的時(shí)候統(tǒng)籌考慮不同的工況(如圖3所示)。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)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(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)工程經(jīng)驗(yàn),參考地質(zhì)報(bào)告縱斷面圖和文字報(bào)告中各土層的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行確定。持力層應(yīng)滿足厚度穩(wěn)定和承載力較高的要求。

由地質(zhì)縱斷面圖中顯示,可選的持力層主要為⑧粉質(zhì)黏土、⑨卵石、⑩粉質(zhì)黏土和卵石。其中⑧層和層為較穩(wěn)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(wěn)定,厚度變化較大,時(shí)有時(shí)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(chǔ)的設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí),單樁承載力應(yīng)通過試樁結(jié)果來確定。首先根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的不同孔位地質(zhì)柱狀圖、土層參數(shù)、土體的側(cè)阻端阻,計(jì)算出單樁極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值,然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行試樁設(shè)計(jì),組織施工單位及樁基檢測(cè)單位進(jìn)行試樁的施工,最后檢測(cè)單位提供試樁報(bào)告,設(shè)計(jì)參考試樁結(jié)果，最終確定單樁承載力特征值,指導(dǎo)下階段的設(shè)計(jì)。

(1)單樁承載力計(jì)算結(jié)果

軌道交通1號(hào)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?？拱螛稑堕L為30 m,單樁抗拔極限承載力為4 000 kN。

軌道交通6號(hào)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?？拱螛稑堕L為22 m,單樁抗拔極限承載力為3800kN。

(2)試樁

設(shè)計(jì)樁頂高程為12.45 m,而現(xiàn)場(chǎng)地面高程在30.19 m左右,不可能等基坑開挖到設(shè)計(jì)高程后再做試驗(yàn),且施工工期和安全都不允許。因此試驗(yàn)只能在原地面施做，這就使得設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮樁頂高程以上土體提供的側(cè)阻,綜合確定試樁需要加載量。

試驗(yàn)?zāi)康模簷z驗(yàn)與確定單樁豎向抗壓、抗拔極限承載力。鑒定樁身混凝土質(zhì)量,包括縮頸、裂紋、斷裂、空洞、夾泥等缺陷。

試驗(yàn)方法：用垂直靜載荷抗壓和抗拔、低應(yīng)變動(dòng)測(cè)法及超聲波透射法,分別做試驗(yàn)檢測(cè),靜載荷試前先進(jìn)行超聲波檢測(cè)及低應(yīng)變檢測(cè)。

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

低應(yīng)變檢測(cè)：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(yàn)：

S1～S8和M1～M8先進(jìn)行樁端注漿,待成樁注漿后強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后,再進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)。

2.2 乳腺超聲光散射成像對(duì)乳腺腫瘤的診斷結(jié)果與病理診斷結(jié)果對(duì)比 乳腺超聲光散射成像對(duì)乳腺腫瘤診斷的敏感度、特異度、準(zhǔn)確率、陽性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)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(yàn)應(yīng)按照《建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)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(shí)間,在滿足混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下不應(yīng)少于28 d。

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

試樁結(jié)論：

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

樁基沉降計(jì)算分別考慮結(jié)構(gòu)底板下有水與無水兩種工況。在水浮力的計(jì)算中扣除了樁的面積。采用pile2000程序進(jìn)行了基礎(chǔ)沉降驗(yàn)算(如圖4)。

圖4 1號(hào)線大通廊處沉降

5.7 隆沉控制

樞紐工程中基礎(chǔ)的隆沉控制主要考慮以下幾個(gè)方面。

(1)基礎(chǔ)形式控制：不同的單體工程統(tǒng)一采用樁筏基礎(chǔ),協(xié)調(diào)不同承載要求下的變形控制。

(2)樁型控制：根據(jù)不同的需求設(shè)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(cè)土體承載性能,提高承載力,降低樁基沉降。

6 結(jié)束語

本樞紐基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)遵循的主要原則：

(1)結(jié)合地質(zhì)情況、結(jié)構(gòu)體系和施工工藝,確定合理的持力層。

(2)根據(jù)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(zhuǎn)換。

(3)樞紐工程的樁基必須進(jìn)行試樁,根據(jù)試樁結(jié)果最終確定單樁承載力,指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

(4)樞紐基礎(chǔ)工程隆沉控制是設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié),是結(jié)構(gòu)安全和舒適性的保證,因此必須一體化設(shè)計(jì),考慮不同單體工程沉降要求,使整個(gè)工程隆沉統(tǒng)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(yè)出版社，2005

[2]劉金礪.樁基設(shè)計(jì)施工與檢測(cè)[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2001

[3]GB50021—2001 巖土工程勘察規(guī)范[S]

[4]GB50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[5]JGJ94—2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]