尹东
港铁技术咨询（深圳）有限公司 518109
提要：轨道交通设计通常存在高架敷设、地下敷设等线路形式，存在桥隧转换过渡段。本文依托深圳市轨道交通4号线三期工程，对清湖北站至竹村站区间由桥梁转入地下的过渡段路基方案进行分析，并着重阐述了CFG桩复合地基应用于轨道交通的相关问题，提出了相应的观点。
关键词：轨道交通 过渡段 复合地基
深圳市轨道交通4号线三期工程由二期工程终点清湖站北端引出，由南至北依次沿和平路、观澜大道、高尔夫大道敷设，终点设于牛湖站。线路全长10.785km，其中地下段（含明洞）8.982km，高架段1.752km，过渡段0.073km。工程可行性研究阶段，过渡段路基采用CFG桩复合地基，随着地质资料的明确以及设计工作的深入，对过渡段路基方案的设计进行了方案比选。
1场地及地质情况
轨道交通4号线三期工程过渡段位于机荷高速南侧，观澜大道东侧地块内，上跨清湖水（现状河流），现状为机荷高速管理红线内的路侧绿地及部分工业园用地。场地揭露到的地层主要有第四系人工堆积层（Q4ml）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、第四系全新统坡洪积层（Q4dl+pl）、第四系残积层（Qel），下伏基岩为燕山期（γ53）花岗岩。场地土分类依次为素填土、砾砂、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩及微风化花岗岩，强风化及以上土层厚度约28m，微风化岩面埋深约32m。
2方案比选
工可阶段，按照常规的路基设计要求，采用CFG桩行地基处理，然后在复合地基上进行结构施工。随着设计阶段深入，路基段提出了三个方案进行比选。
2.1方案一：CFG桩地基处理+U型槽结构
场地揭露地层主要为第四系的粉质粘土、砾砂、砾质粘性土等，从地基处理的角度来说，采用CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）进行地基处理是合适的。方案一采用500mm桩径的CFG桩，间距2m。由于中风化层埋深约在28m，CFG桩选择此层为持力层成桩难度大，且桩身长细比大，CFG桩能有效发挥复合地基作用目前还没有定论，经济性也会下降，因此按照常规的CFG桩施工工艺选择20m左右的长度。地面铺设300mm碎石垫层+100mm素混凝土垫层，上部结构采用钢筋混凝土U型槽结构。
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图 2 CFG桩地基处理+U型槽
U型槽结构、轨道结构以及车辆活载通过计算，传递到桩顶及桩间土的附加应力约为50kPa，从容许应力法分析地基承载力可能很容易得到地基承载力满足要求。但对于轨道交通而言，更重要的是CFG桩处理后的复合地基的沉降变形是否能够满足轨道结构使用。相邻桥梁结构墩台设计为嵌岩桩基础，墩顶沉降值基本可以忽略，那么路基段不应与桥梁段存在较大沉降差，根据铁路桥涵设计规范，相邻墩台沉降差不应大于40mm。
基于对复合地基的了解，CFG桩复合地基的沉降主要由垫褥层变形+桩间土层变形+下卧土层变形组成。垫褥层厚度不大，且变形在施工期基本可以完成，可以忽略不记。中风化本工程中未给出压缩模量，从工程经验可知其沉降量有限，故下卧土层变形计算到强风化花岗岩为止。根据《复合地基技术规范》（GB/T 50783）计算沉降如下：
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上述计算仅对于CFG桩复合地基仅进行理论上的计算，未考虑经验系数。从计算结果来看10.8mm的沉降值满足规范要求。理论上符合要求，但笔者作为工程管理者，还需要从如下方面进行分析：
（1）4号线二期工程的实践经验
二期工程在莲花北～民乐区间由隧道转为地面路基敷设，路基段曾进行过CFG桩路基加固，地质情况类似，桩长15m左右。在进行压板静载检测时，出现沉降急速增大，且无法回弹，可能桩身已出现破坏的情况。对于轨道交通这种对于基础变形敏感的建筑，在二期项目中，我们最终放弃了CFG桩复合地基方案，改为了预制管桩基础方案。
表 2 二期工程CFG复合地基静载试验（摘自试验报告）
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（2）地基变形的发展过程
虽然理论计算沉降值基本满足设计规范，但是地基的变形发展过程仍然难以预测。本项目中砂层厚度达到7m，工后因为排水固结，导致砂层的沉降值大于理论计算值的情况是可能出现的。轨道交通进入运营期后，轨道对结构的变形尤其敏感，在不影响运营的前提下，轨道结构容许的沉降变化在10mm以内。
（3）跨现状河流
路基段被清湖水从中隔断为两部分，清湖水为小型支流，水量和流域宽度并不大，但是作为河道，是不可能随意改道或者填埋。采用CFG桩地基处理在河流范围也存在实施上的难度。要实施CFG桩，则需进行河流改道。
通过上述分析，本工程在路基结构形式上选择趋向于采用更可靠的基础形式。
2.2方案二：灌注桩地基处理+填筑路堤结构
CFG桩桩体材料强度最高约能达到C20混凝土结构强度，这也限制了CFG桩的长细比及存在长桩能否发挥出复合地基作用的疑问。在方案一的基础上提出了改进方案，将CFG桩改为C35、Φ1000@3000的混凝土灌注桩加固，其上采用填土路基+碎石道床结构。
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图 3 灌注桩地基处理+填筑路堤
采用混凝土桩加固，可以加长桩长，进入中风化花岗岩层，使地基加固深度进一步扩大，可以有效的减少地层的压缩变形，经简单计算，理论沉降值可控制在5mm左右。但此方案存在如下问题：
（1）采用混凝土灌注桩且桩身加长至25m，成本由CFG桩的160万增加到380万。如果桩间距加大，减少桩数，则使得桩间地基土的作用大大降低，失去了地基处理的意义。
（2）路堤结构较大，整个结构占地宽度达到16.2m，考虑上边沟、护网等设施，占地总宽度到20m左右。
（3）很小的一段路堤连接桥梁和隧道，从外观角度来看也显得突兀，不利于城市景观。
经过改进，方案二虽然可以满足沉降要求，但是利用天然地基的思路出现了变化，相较于CFG桩而言，混凝土桩显然造价更高，经济性变差。同时在占地、景观方面也不能尽如人意，因此方案二不可取。
2.3方案三：桩板结构
方案三中考虑延续桥梁结构形式。路基段位置无需考虑地面净空要求，可采用刚构的结构形式，以C40Φ1200钢筋混凝土灌注桩为基础，桩端进入微风化花岗岩层，上部结构设计为板梁结构，直接与桩相接，桥跨7m。基础上与桥梁段一样采用的嵌岩桩，因此沉降基本可以忽略不计。同时，通过桥梁结构形式，可以上跨清湖水，解决了河道改迁的难题。采用桩板结构可以使整个结构更为简洁轻盈，占地宽度基本为桥梁宽度，约12m左右，延续桥梁的护拦板形式，整体风格上一致，城市景观效果更好。
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图 4 桩板梁结构
从方案三的设计思路可以看到，虽然处于路基段位置，但是从结构已成为刚构桥形式。经过经济分析，方案一在CFG桩地基处理上造价约160万，方案三在桩基础造价约180万，可见两者造价差距不大，但是方案三无论是从沉降控制、跨越河道的角度，还是从占地、景观的角度来说，都优于方案一。
3结语
城市轨道交通的桥隧转换过渡段设计中，采用CFG桩复合地基或者天然地基作为基础，从理论角度来看是可行的。然而在现实工程中，CFG桩复合地基或者天然地基沉降机理复杂，很难从理论计算的角度提供参考。城市轨道交通、城际铁路等设计时速都已达120km/h，对轨道沉降提出了更高的要求，这也促使管理者在方案选择中，不能仅仅从经济角度，或者纯理论角度做出选择，更多的要结合地区类似工程经验及轨道运营安全的角度思考更多的问题。
参考文献
1 张东刚 CFG桩复合地基变形计算分析 建筑科学 1993年
2 白翔宇 CFG桩复合地基变形特性及影响因素 平原大学学报 2006年