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高速鐵路載體樁復合地基施工技術

文檔作者：陳洪運馬建林王功博文檔來源：西南交通大學土木工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月12日
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上一篇：滲鋁鋼抗應力腐蝕開裂及抗氫脆性能研究

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104
施工技術
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
2013年9月上
第42卷第17期
DOI：lO．7672／89js2013170104
高速鐵路載體樁復合地基施工技術木
陳洪運，馬建林，王功博
(西南交通大學土木工程學院，四川成都610031)
[摘要]結合近些年來載體樁在各大工程領域中施工及應用的經(jīng)驗，對載體樁的工程特點和適用條件進行了總結
分析。首次將載體樁應用于高速鐵路路基加固，結合京滬高速鐵路廊坊段現(xiàn)場施工情況，介紹了載體樁在高速鐵
路應用中的施工工藝和施工流程。通過重型動力觸探試驗檢驗了載體樁對樁周土體的擠密效果，分析探討了載體
樁加固擠密區(qū)的范圍。
[關鍵詞】高速鐵路；復合地基；載體樁；施工技術
【中圖分類號】Tu753．3 【文獻標識碼]A 【文章編號]l002-8498(2013)17旬104塒
Construction Technology of Composite Foundation of Pnes with
Bearing Base in High-speed Ranway
Chen H0ngyun，Ma Jian¨n，Wang G0ngb0
(sc^ooz礦c如訂E昭i恥e“昭，so眥lIl塒est^口?；迷觥肴鏴瑚蚵，c^e昭du，S如^啪，l 610031，珊iM)
Abstract：The application conditions and engineering properties of piles with bearing base are summaIized
and analyzed on the basis of the engineering experience in some p rIDjects in Iecent years． For the first
time，piles with bearing base are used in high·speed railway．ConStnIction teehnology and pmcess of piles
with bearing base in high-speed r8ilway is detailed combined with field constmction in Langfhng Segment
of Beijing——Shanghai High—speed Railway， and the compaction eH．ect of piles with bearing base is
checked by heavy dyn8mic sounding test，then the compaction area of piles with be蕊ng ba8e is analyzed
and discussed．
Key words：high-speed raihay；composite foundation；piles with bearing base；construction
載體樁是波森特公司開發(fā)的一項地基加固專
利技術，是對夯擴樁的拓展，夯擴樁擴大頭采用混
凝土材料，而載體樁擴大頭材料大部分以建筑拆除
廢料為主，其樁端持力層壓實、擠密的效果與混凝
土材料相比，有過之而無不及，這樣大大節(jié)約了造
價，同時比夯擴樁有更高的承載力。由于其良好的
經(jīng)濟性和適用性，在建筑地基處理方面得到了廣泛
應用，并展開研究。
目前，此樁型主要用于多層建筑和小高層建
筑，鐵路方面的應用近期才開始，針對其在高速鐵
路工程中應用的系統(tǒng)研究尚屬首次。為此，結合京
滬高速鐵路廊坊站載體樁復合地基試驗段工程，對
高速鐵路中載體樁的施工技術進行了系統(tǒng)研究，為
載體樁技術在高速鐵路路基加固中推廣應用提供
參考。
·鐵道部科技開發(fā)計劃項目(2∞8G032-A)
[作者簡介]陳洪運，博士研究生，E·mail：278709407@qq．com
[收疆日期】2013旬2．26
1載體樁作用原理
載體樁由混凝土樁身和載體構成，載體由干硬
性混凝土、填充料、擠密土體和影響土體組成，形成
無筋擴展基礎。載體樁的受力原理是，將混凝土樁
身作為傳力桿，將力傳遞至樁端載體形成的無筋擴
展基礎，充分發(fā)揮樁端土體承載力，使樁的承載力
大大提高。
2載體樁工程特點
1)載體樁在樁端處形成復合載體，使得樁的承
載性狀好，單樁承載力較高，一般為相同樁長和樁
徑灌注樁承載力的1．5—2．5倍。其適用于要求單
樁豎向極限承載力≤4 000kN的工業(yè)與民用建筑；
在地層土質(zhì)合適的情況下，單樁豎向極限承載力可
達4 000～6 000kN。相同承載力情況下混凝土用量
是同直徑灌注樁的40％一60％，是大直徑灌注樁的
25％左右，節(jié)約材料十分顯著，具有良好的經(jīng)濟
效益。
2)夯擴體填充料可使用建筑拆除廢料，既能
萬方數(shù)據(jù)
2013 No·17 陳洪運等：高速鐵路載體樁復合地基施工技術105
解決目前廢料堆放占用土地、給環(huán)境帶來揚塵等
不良影響，又能變廢為寶，創(chuàng)造較好的經(jīng)濟效益，
使建材資源得到循環(huán)利用，具有明顯的社會和環(huán)
境效益。
3)三擊貫入度指標明確，易于現(xiàn)場掌握，錘擊
成孔與沉護筒工藝簡明直觀，從而使施工質(zhì)量容易
得到控制。
4)施工機械設備主要為液壓步履式夯擴樁機，
便于工人操作，1臺液壓步履式夯擴樁機1d可打7
～9根樁，施工簡便、速度快、工期短。
5)采用錘擊護筒跟進成孔工藝，無泥漿排放，
現(xiàn)場整潔。沉管式夯擴工藝實施中振感較強。因此
當無有效隔振措施時不宜在居民區(qū)和對振動敏感
的建筑物附近施工。載體樁由于有護筒護壁，起隔
聲罩作用，在一定程度上減小了錘擊時所產(chǎn)生的噪
聲。錘的質(zhì)量較大，可穿越不富含孤石、大塊建筑
拆除廢料的人工雜填土層、軟弱松散層、濕陷性黃
土層及可液化土層等。當土層中存在硬夾層時，普
通錘擊跟管困難，必須采用螺旋鉆配合施工。載體
樁樁長一般≤24m，當樁頂以下4～6m范圍有一層
承載力較高的土層時，采用載體樁其技術經(jīng)濟效益
更顯著。
6)載體樁宜用于粉土、砂土、碎石土及可塑、
硬塑狀態(tài)的黏性土等土層的加固，樁端持力層宜
選擇適合擠密的稍密一密實的砂土與粉土層。當
軟塑狀態(tài)的黏性土、素填土、雜填土和濕陷性黃土
經(jīng)過成樁試驗和荷載試驗確定載體樁的承載力滿
足要求時，也可作為被加固土層。在濕陷性黃土
地區(qū)采用載體樁時，載體樁必須穿透濕陷性黃土
層。當?shù)乇硐麓嬖诤苌畹挠倌嗉坝倌噘|(zhì)黏土層；
地表下軟土層較淺，且軟土層下即為巖層；遇承壓
水層，成孔、成樁困難，無法形成直孔時不宜采用
載體樁。遇水時，應注意及時封水、止水。
因屬于擠土樁，會對周邊建筑物和地下管線產(chǎn)
生影響，并會影響周圍已施工的樁體，施工時須緊
密關注。
3工程概況
試驗工點位于河北省廊坊市安次區(qū)境內(nèi)，既有
京山線右側，新建京滬高速鐵路路基正線上，自上
而下主要地層情況為第四系全新統(tǒng)人工堆積層
(Q≯)、第四系全新統(tǒng)沖積層(Q：1)及第四系上更新
統(tǒng)沖積層(Q；1)，土層情況如表1所示。
樁頂至樁頂以下6m主要為松軟土的粉質(zhì)黏土
和黏土層，在6～9m深度范圍有一層中密～密實的
細砂層，其下主要為軟土、松軟土的粉質(zhì)黏土和黏
土層互層。
表l試驗段土層性質(zhì)參數(shù)
Table l P哪mete璐of soils for t髑t secⅡOn
根據(jù)載體樁技術特點，設計將載體樁擴大頭端
置于6—9m深度處的密實砂層，樁身長6．5m，樁徑
O．43m，樁間距2m，加固寬度30m。
4 施工工藝
載體樁復合地基在高速鐵路工程中作為一種
全新的地基處理方式，為了促進載體樁復合地基技
術的推廣與應用，對其施工工藝(見圖1)及施工中
出現(xiàn)問題的總結必不可少。
一一
錘沉
擊 護 夯 觀
霧【隅 ㈤㈤攆 ____
筒
夯
到一擊．
‘I 諢一填
～【㈣l pl I 充I 混_ 釜I ．碧標料凝
高土
i i、fi、仔
圖l載體樁施工工藝流程
Fig．1 Constmc戧on process of the p訂e
高速鐵路載體樁的施工嚴格參照設計資料及
規(guī)程進行，以保證工程質(zhì)量，并且在施工之前進行
了“地基處理載體樁工藝試樁”試驗，確定工藝參
數(shù)，并按試樁確定的參數(shù)修訂施工方案。通過對載
體樁試樁試驗及正式施工過程的研究分析，提煉出
高速鐵路載體樁的施工要點如下。
1)“跳打”工藝
在施工中為減小施樁時對鄰樁質(zhì)量的影響，采
取“跳打”工藝。載體樁屬于擠密灌注樁，打樁順序
宜遵循先中間后兩邊、先深后淺的原則。做到當天
打樁(混凝土處于流態(tài))最多被影響2次，隔天打樁
(混凝土初凝)最多被影響1次；特殊情況下，夯完
填料后，套管暫不提出，待相鄰樁填料施工完后再
灌滿混凝土。
2)錘擊跟管工藝
先用細長錘低落距輕夯地面3～5次，使護筒準
確定位于樁位，再提高細長錘落距夯擊成孔，然后
反壓護筒跟進，錘在前，護筒隨后，錘出護筒底的深
萬方數(shù)據(jù)
施工技術第42卷
度一般在O．3～0．8m。在含水量較大的軟土中，錘
出護筒底的深度取小值；在含水量較小的其他土類
中，錘出護筒底的深度取大值。邊錘擊邊反壓護
筒，當接近樁底標高時，控制重錘落距，準確將護筒
沉至設計標高。
在成孔過程中，遇到較厚的硬夾層、大塊孤石
或混凝土塊等地下障礙物，導致沉管困難時，可以
用鉆機清除地下障礙物，或變更樁位、避開障礙物。
3)重錘填料
成孔至設計標高后，提升重錘高出投料口，由
投料口每次投入一定量的填充料。
填充料的材質(zhì)與投放量需因地制宜，在含水量
高的土體中，優(yōu)先采用碎磚等吸水性強的材料，吸
收土中的水分，促進土體固結。開始的填充量大，
而后逐漸減少。錘的落距要小，減小對土體的擾
動，防止破壞土體原有結構，形成液化現(xiàn)象或橡皮
土，使可加固土體成為不可加固土體，進而導致三
擊貫人度不達標。
重錘自6m左右高度自由落體，反復夯擊填充
料，直至將一定量的填料全部夯人，每次均保證錘
出護筒底的深度為0．3～O．5m。
在本試驗中，填充料為2～5cm粒徑的碎石填
充料每次投入量為O．15～0．2m3，錘擊至樁底標高。
在錘擊過程中，因碎石有錘擊而飛濺的現(xiàn)象，故施
工現(xiàn)場須加強安全防護。如錘擊過程中出現(xiàn)樁底
滲出地下水現(xiàn)象，應及時投入水泥至樁底，進行防
水護壁；滲水消失后，繼續(xù)投入碎石，錘擊密實。
本工點單樁碎石填充料為1．2—1．3m3。
4)測量三擊貫入度
填充料夯填完畢后，采用錘徑為355mm、質(zhì)量
為3．5t的柱錘，落距為6m，連續(xù)3次錘擊的累計下
沉量即為三擊貫入度。三擊貫入度是載體樁的核
心檢測手段，須滿足設計要求(≤10cm)，并且要保
證一擊比一擊小或持平原則，否則就是不合格的復
合載體，需繼續(xù)填料夯擊至達到設計要求。
本工點三擊貫入度為8—9cm，符合要求。
5)填干硬性混凝土
為保證樁的成樁質(zhì)量及樁身承載力，防止出現(xiàn)
斷樁和頸縮現(xiàn)象，需要填入一定量(與填充料的體
積比宜控制在3：10左右)低坍落度的干硬性混凝
土，其配合比同樁身混凝土配合比一致。夯擊至護
筒底，細長錘需伸出護筒5cm以上，以確保護筒內(nèi)
的干硬性混凝土全部被擊出護筒。
本工點中單樁每次填入約0．2m3干硬性混凝
土，然后錘擊密實，分3次投入，單樁累計投入干硬
性混凝土量約為0．6m3。
6)灌注樁身
為能使上部荷載順利傳遞到下部載體，樁身的
質(zhì)量至關重要，要避免造成頸縮或斷樁現(xiàn)象。
當混凝土和易性較差時，拔管會對混凝土產(chǎn)生
較大摩擦力，導致混凝土出管時不易擴散，會造成
頸縮現(xiàn)象，故須嚴格控制混凝土質(zhì)量。
通過試樁試驗，確定載體樁的配合比等各項參
數(shù)和施工工藝：控制灌注混凝土的坍落度12—
14cm；樁身混凝土粗骨料粒徑為2—4cm；原材料投
量允許誤差，水泥為±2％，砂、石為±3％，水、外加
劑為±2％；施工前對各種機械進行檢查、維修，使之
處于正常狀態(tài)。
為避免因拔管速度過快或管內(nèi)混凝土量過少，
混凝土來不及下落，被泥土填充而導致頸縮現(xiàn)象，
要求樁身灌注充盈系數(shù)≥1．O，樁頂超灌0．5m以
上，拔管速度控制在O．8一1．0m／min。
如果樁身出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，可依頸縮現(xiàn)象的輕重
分別采用反插法、半復打法或復打法進行補救。
本工點單樁樁身混凝土灌入量為1．2—1．3m3。
7)允許偏差
成樁后樁孔的垂直度偏差不大于樁長的
1．O％；樁位允許偏差為≤150mm；樁徑允許偏差為
一20mm；樁頂混凝土超灌標高允許偏差為50mm；
施工樁頂浮漿厚度不宜超過200mm，清土和截樁
時，不得造成樁頂標高以下樁身斷裂和擾動樁問土。
成樁28d后低應變檢測樁身完整性、復合地基
承載力、單樁承載力均滿足設計要求。其中，復合
地基承載力>200kPa，單樁承載力>600kN，達到極
限荷載1 200kN時，累計沉降<10mm。
5重型動力觸探試驗
為了對載體樁擠密加固的范圍、深度和擠密程
度進行檢測，對樁間土進行重型動力觸探(DPH)試
驗。載體樁加固區(qū)進行4組試驗，動力觸探點均選
擇路基中心線附近，試驗分擠密加固前和擠密加固
后進行，加固后的測點選擇最不利位置(4根樁中
心)，且臨近加固前測點，以準確獲得擠密加固前后
土體承載力變化情況。試驗結果如圖2所示(孔深
為相對樁頂?shù)纳疃?。
通過載體樁加固前后重型動力觸探數(shù)據(jù)對比
分析可知：
1)在載體樁施作過程中，載體樁擴大頭擠占了
樁底以下部分土體空間，在擴大頭區(qū)域出現(xiàn)非常明
顯的夯擴擠密效果，對樁周土體的擠密作用十分
顯著。
2)載體樁施作后，擴大頭所在細砂層樁間最不
利位置密實度由中密提升至密實一極密狀態(tài)。
萬方數(shù)據(jù)
陳洪運等：高速鐵路載體樁復合地基施工技術
O
1
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7
8
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O 20 30 4(
a
擊數(shù)／次
O 20 30 40
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7
8
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2
3
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7
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9
10
擊數(shù)／次
) 20 30 4
b
擊數(shù)／次
O 20 30 40
圖2原狀土與載體樁樁間土動力觸探結果對比
Fig．2 HeaVy dynamic soundjng results comparison
of DPH between undisturbed soiI and so“between
piles of piIes with bearing base
3)重型動力觸探結果顯示，載體樁擴大頭對應
深度處樁間土Ⅳ6¨比原狀土提高60％～120％，最
大擊數(shù)由原狀土的19擊增大到施作樁后的33擊
(不計擴大頭本身的擊數(shù))，擴大頭所在細砂層密實
度提高明顯，擴大頭間土體承載力得到顯著提高。
4)擴大頭頂部至以上1．5m范圍內(nèi)，樁間土也
受到較為明顯的擠密作用，對應深度樁間土Ⅳ6，，比
原狀土提高達到10％～30％，說明受擠密作用的土～
體范圍不僅僅位于樁身底部以下(見圖3)，與規(guī)程
中載體構造不符，需作進一步驗證。
長
圖3載體樁構造示意
Fig．3 Structure 0f piles with bearing base
5)擴大頭頂部以上1．5m至樁頂范圍內(nèi)，樁問
土受一定擠密作用，但影響有限，在4根樁中心處擠
密效果不明顯。
6結語
1)載體樁采用建筑廢料替代原有夯擴樁的混
凝土，具有良好的經(jīng)濟性和環(huán)保性，且施工方便、質(zhì)
量可靠，值得推廣應用。同時，載體樁也有局限性，
當?shù)乇硐麓嬖诤苌畹挠倌嗉坝倌噘|(zhì)黏土層，地表下
軟土層較淺，且軟土層下即為巖層，遇承壓水層時，
不宜采用載體樁。
2)各地土質(zhì)情況不一，會對載體樁施工造成不
同影響，為確保施工后成樁的質(zhì)量、避免損失，應在
正式開工前做好試樁試驗，根據(jù)試樁結果對原有的
施工方案及材料參數(shù)等進行修正。
3)根據(jù)京滬高速鐵路載體樁地基加固工程施
工后重型動力觸探的檢測結果得知，載體樁對擴大
頭附近土體有明顯的擠密作用，并且擠密土體的范
圍不僅僅位于樁身底部以下，對樁身底部以上也有
影響。
參考文獻：
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建筑，20lO(31)：103．104．
瘦西湖隧道盾構技術創(chuàng)世界最高紀錄
揚州瘦西湖隧道是目前在建的世界最大直徑
單管雙層隧道，在揚州瘦西湖隧道掘進中，刀盤直
徑14．93m的世界超大直徑之一的泥水平衡盾構
機，該隧道主體盾構全長1 275m，創(chuàng)造了平均日掘
進4環(huán)、8m(管片每環(huán)寬度為2m)，日掘進6環(huán)、
12m兩項世界最高紀錄。
揚州瘦西湖隧道全長3．6km，為揚州市規(guī)劃的
主要交通要道，下穿國家5A級瘦西湖風景區(qū)核心
地段。由于該項工程地質(zhì)條件復雜，為全斷面硬質(zhì)
黏土地層，塑性指數(shù)達24，超過一般黏土塑性7個
指標，成為超大直徑盾構掘進的世界級難題。
(摘自“中國工程項目管理網(wǎng)”2013旬9旬3)

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