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高速铁路载体桩复合地基施工技术

文档作者：陈洪运马建林王功博文档来源：西南交通大学土木工程学院		点击数：	更新时间： 2025年05月12日
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104
施工技术
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
2013年9月上
第42卷第17期
DOI：lO．7672／89js2013170104
高速铁路载体桩复合地基施工技术木
陈洪运，马建林，王功博
(西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)
[摘要]结合近些年来载体桩在各大工程领域中施工及应用的经验，对载体桩的工程特点和适用条件进行了总结
分析。首次将载体桩应用于高速铁路路基加固，结合京沪高速铁路廊坊段现场施工情况，介绍了载体桩在高速铁
路应用中的施工工艺和施工流程。通过重型动力触探试验检验了载体桩对桩周土体的挤密效果，分析探讨了载体
桩加固挤密区的范围。
[关键词】高速铁路；复合地基；载体桩；施工技术
【中图分类号】Tu753．3 【文献标识码]A 【文章编号]l002-8498(2013)17旬104埘
Construction Technology of Composite Foundation of Pnes with
Bearing Base in High-speed Ranway
Chen H0ngyun，Ma Jian¨n，Wang G0ngb0
(sc^ooz矿c如订E昭i耻e“昭，so眦lIl埘est^口。幻增‰如e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
载体桩是波森特公司开发的一项地基加固专
利技术，是对夯扩桩的拓展，夯扩桩扩大头采用混
凝土材料，而载体桩扩大头材料大部分以建筑拆除
废料为主，其桩端持力层压实、挤密的效果与混凝
土材料相比，有过之而无不及，这样大大节约了造
价，同时比夯扩桩有更高的承载力。由于其良好的
经济性和适用性，在建筑地基处理方面得到了广泛
应用，并展开研究。
目前，此桩型主要用于多层建筑和小高层建
筑，铁路方面的应用近期才开始，针对其在高速铁
路工程中应用的系统研究尚属首次。为此，结合京
沪高速铁路廊坊站载体桩复合地基试验段工程，对
高速铁路中载体桩的施工技术进行了系统研究，为
载体桩技术在高速铁路路基加固中推广应用提供
参考。
·铁道部科技开发计划项目(2∞8G032-A)
[作者简介]陈洪运，博士研究生，E·mail：278709407@qq．com
[收疆日期】2013旬2．26
1载体桩作用原理
载体桩由混凝土桩身和载体构成，载体由干硬
性混凝土、填充料、挤密土体和影响土体组成，形成
无筋扩展基础。载体桩的受力原理是，将混凝土桩
身作为传力杆，将力传递至桩端载体形成的无筋扩
展基础，充分发挥桩端土体承载力，使桩的承载力
大大提高。
2载体桩工程特点
1)载体桩在桩端处形成复合载体，使得桩的承
载性状好，单桩承载力较高，一般为相同桩长和桩
径灌注桩承载力的1．5—2．5倍。其适用于要求单
桩竖向极限承载力≤4 000kN的工业与民用建筑；
在地层土质合适的情况下，单桩竖向极限承载力可
达4 000～6 000kN。相同承载力情况下混凝土用量
是同直径灌注桩的40％一60％，是大直径灌注桩的
25％左右，节约材料十分显著，具有良好的经济
效益。
2)夯扩体填充料可使用建筑拆除废料，既能
万方数据
2013 No·17 陈洪运等：高速铁路载体桩复合地基施工技术105
解决目前废料堆放占用土地、给环境带来扬尘等
不良影响，又能变废为宝，创造较好的经济效益，
使建材资源得到循环利用，具有明显的社会和环
境效益。
3)三击贯入度指标明确，易于现场掌握，锤击
成孔与沉护筒工艺简明直观，从而使施工质量容易
得到控制。
4)施工机械设备主要为液压步履式夯扩桩机，
便于工人操作，1台液压步履式夯扩桩机1d可打7
～9根桩，施工简便、速度快、工期短。
5)采用锤击护筒跟进成孔工艺，无泥浆排放，
现场整洁。沉管式夯扩工艺实施中振感较强。因此
当无有效隔振措施时不宜在居民区和对振动敏感
的建筑物附近施工。载体桩由于有护筒护壁，起隔
声罩作用，在一定程度上减小了锤击时所产生的噪
声。锤的质量较大，可穿越不富含孤石、大块建筑
拆除废料的人工杂填土层、软弱松散层、湿陷性黄
土层及可液化土层等。当土层中存在硬夹层时，普
通锤击跟管困难，必须采用螺旋钻配合施工。载体
桩桩长一般≤24m，当桩顶以下4～6m范围有一层
承载力较高的土层时，采用载体桩其技术经济效益
更显著。
6)载体桩宜用于粉土、砂土、碎石土及可塑、
硬塑状态的黏性土等土层的加固，桩端持力层宜
选择适合挤密的稍密一密实的砂土与粉土层。当
软塑状态的黏性土、素填土、杂填土和湿陷性黄土
经过成桩试验和荷载试验确定载体桩的承载力满
足要求时，也可作为被加固土层。在湿陷性黄土
地区采用载体桩时，载体桩必须穿透湿陷性黄土
层。当地表下存在很深的淤泥及淤泥质黏土层；
地表下软土层较浅，且软土层下即为岩层；遇承压
水层，成孔、成桩困难，无法形成直孔时不宜采用
载体桩。遇水时，应注意及时封水、止水。
因属于挤土桩，会对周边建筑物和地下管线产
生影响，并会影响周围已施工的桩体，施工时须紧
密关注。
3工程概况
试验工点位于河北省廊坊市安次区境内，既有
京山线右侧，新建京沪高速铁路路基正线上，自上
而下主要地层情况为第四系全新统人工堆积层
(Q≯)、第四系全新统冲积层(Q：1)及第四系上更新
统冲积层(Q；1)，土层情况如表1所示。
桩顶至桩顶以下6m主要为松软土的粉质黏土
和黏土层，在6～9m深度范围有一层中密～密实的
细砂层，其下主要为软土、松软土的粉质黏土和黏
土层互层。
表l试验段土层性质参数
Table l P哪mete璐of soils for t髑t secⅡOn
根据载体桩技术特点，设计将载体桩扩大头端
置于6—9m深度处的密实砂层，桩身长6．5m，桩径
O．43m，桩间距2m，加固宽度30m。
4 施工工艺
载体桩复合地基在高速铁路工程中作为一种
全新的地基处理方式，为了促进载体桩复合地基技
术的推广与应用，对其施工工艺(见图1)及施工中
出现问题的总结必不可少。
一一
锤沉
击 护 夯 观
雾【隅 ㈤㈤撵 ____
筒
夯
到一击．
‘I 诨一填
～【㈣l pl I 充I 混_ 釜I ．碧标料凝
高土
i i、fi、仔
图l载体桩施工工艺流程
Fig．1 Constmc戗on process of the p订e
高速铁路载体桩的施工严格参照设计资料及
规程进行，以保证工程质量，并且在施工之前进行
了“地基处理载体桩工艺试桩”试验，确定工艺参
数，并按试桩确定的参数修订施工方案。通过对载
体桩试桩试验及正式施工过程的研究分析，提炼出
高速铁路载体桩的施工要点如下。
1)“跳打”工艺
在施工中为减小施桩时对邻桩质量的影响，采
取“跳打”工艺。载体桩属于挤密灌注桩，打桩顺序
宜遵循先中间后两边、先深后浅的原则。做到当天
打桩(混凝土处于流态)最多被影响2次，隔天打桩
(混凝土初凝)最多被影响1次；特殊情况下，夯完
填料后，套管暂不提出，待相邻桩填料施工完后再
灌满混凝土。
2)锤击跟管工艺
先用细长锤低落距轻夯地面3～5次，使护筒准
确定位于桩位，再提高细长锤落距夯击成孔，然后
反压护筒跟进，锤在前，护筒随后，锤出护筒底的深
万方数据
施工技术第42卷
度一般在O．3～0．8m。在含水量较大的软土中，锤
出护筒底的深度取小值；在含水量较小的其他土类
中，锤出护筒底的深度取大值。边锤击边反压护
筒，当接近桩底标高时，控制重锤落距，准确将护筒
沉至设计标高。
在成孔过程中，遇到较厚的硬夹层、大块孤石
或混凝土块等地下障碍物，导致沉管困难时，可以
用钻机清除地下障碍物，或变更桩位、避开障碍物。
3)重锤填料
成孔至设计标高后，提升重锤高出投料口，由
投料口每次投入一定量的填充料。
填充料的材质与投放量需因地制宜，在含水量
高的土体中，优先采用碎砖等吸水性强的材料，吸
收土中的水分，促进土体固结。开始的填充量大，
而后逐渐减少。锤的落距要小，减小对土体的扰
动，防止破坏土体原有结构，形成液化现象或橡皮
土，使可加固土体成为不可加固土体，进而导致三
击贯人度不达标。
重锤自6m左右高度自由落体，反复夯击填充
料，直至将一定量的填料全部夯人，每次均保证锤
出护筒底的深度为0．3～O．5m。
在本试验中，填充料为2～5cm粒径的碎石填
充料每次投入量为O．15～0．2m3，锤击至桩底标高。
在锤击过程中，因碎石有锤击而飞溅的现象，故施
工现场须加强安全防护。如锤击过程中出现桩底
渗出地下水现象，应及时投入水泥至桩底，进行防
水护壁；渗水消失后，继续投入碎石，锤击密实。
本工点单桩碎石填充料为1．2—1．3m3。
4)测量三击贯入度
填充料夯填完毕后，采用锤径为355mm、质量
为3．5t的柱锤，落距为6m，连续3次锤击的累计下
沉量即为三击贯入度。三击贯入度是载体桩的核
心检测手段，须满足设计要求(≤10cm)，并且要保
证一击比一击小或持平原则，否则就是不合格的复
合载体，需继续填料夯击至达到设计要求。
本工点三击贯入度为8—9cm，符合要求。
5)填干硬性混凝土
为保证桩的成桩质量及桩身承载力，防止出现
断桩和颈缩现象，需要填入一定量(与填充料的体
积比宜控制在3：10左右)低坍落度的干硬性混凝
土，其配合比同桩身混凝土配合比一致。夯击至护
筒底，细长锤需伸出护筒5cm以上，以确保护筒内
的干硬性混凝土全部被击出护筒。
本工点中单桩每次填入约0．2m3干硬性混凝
土，然后锤击密实，分3次投入，单桩累计投入干硬
性混凝土量约为0．6m3。
6)灌注桩身
为能使上部荷载顺利传递到下部载体，桩身的
质量至关重要，要避免造成颈缩或断桩现象。
当混凝土和易性较差时，拔管会对混凝土产生
较大摩擦力，导致混凝土出管时不易扩散，会造成
颈缩现象，故须严格控制混凝土质量。
通过试桩试验，确定载体桩的配合比等各项参
数和施工工艺：控制灌注混凝土的坍落度12—
14cm；桩身混凝土粗骨料粒径为2—4cm；原材料投
量允许误差，水泥为±2％，砂、石为±3％，水、外加
剂为±2％；施工前对各种机械进行检查、维修，使之
处于正常状态。
为避免因拔管速度过快或管内混凝土量过少，
混凝土来不及下落，被泥土填充而导致颈缩现象，
要求桩身灌注充盈系数≥1．O，桩顶超灌0．5m以
上，拔管速度控制在O．8一1．0m／min。
如果桩身出现颈缩现象，可依颈缩现象的轻重
分别采用反插法、半复打法或复打法进行补救。
本工点单桩桩身混凝土灌入量为1．2—1．3m3。
7)允许偏差
成桩后桩孔的垂直度偏差不大于桩长的
1．O％；桩位允许偏差为≤150mm；桩径允许偏差为
一20mm；桩顶混凝土超灌标高允许偏差为50mm；
施工桩顶浮浆厚度不宜超过200mm，清土和截桩
时，不得造成桩顶标高以下桩身断裂和扰动桩问土。
成桩28d后低应变检测桩身完整性、复合地基
承载力、单桩承载力均满足设计要求。其中，复合
地基承载力>200kPa，单桩承载力>600kN，达到极
限荷载1 200kN时，累计沉降<10mm。
5重型动力触探试验
为了对载体桩挤密加固的范围、深度和挤密程
度进行检测，对桩间土进行重型动力触探(DPH)试
验。载体桩加固区进行4组试验，动力触探点均选
择路基中心线附近，试验分挤密加固前和挤密加固
后进行，加固后的测点选择最不利位置(4根桩中
心)，且临近加固前测点，以准确获得挤密加固前后
土体承载力变化情况。试验结果如图2所示(孔深
为相对桩顶的深度)。
通过载体桩加固前后重型动力触探数据对比
分析可知：
1)在载体桩施作过程中，载体桩扩大头挤占了
桩底以下部分土体空间，在扩大头区域出现非常明
显的夯扩挤密效果，对桩周土体的挤密作用十分
显著。
2)载体桩施作后，扩大头所在细砂层桩间最不
利位置密实度由中密提升至密实一极密状态。
万方数据
陈洪运等：高速铁路载体桩复合地基施工技术
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图2原状土与载体桩桩间土动力触探结果对比
Fig．2 HeaVy dynamic soundjng results comparison
of DPH between undisturbed soiI and so“between
piles of piIes with bearing base
3)重型动力触探结果显示，载体桩扩大头对应
深度处桩间土Ⅳ6¨比原状土提高60％～120％，最
大击数由原状土的19击增大到施作桩后的33击
(不计扩大头本身的击数)，扩大头所在细砂层密实
度提高明显，扩大头间土体承载力得到显著提高。
4)扩大头顶部至以上1．5m范围内，桩间土也
受到较为明显的挤密作用，对应深度桩间土Ⅳ6，，比
原状土提高达到10％～30％，说明受挤密作用的土～
体范围不仅仅位于桩身底部以下(见图3)，与规程
中载体构造不符，需作进一步验证。
长
图3载体桩构造示意
Fig．3 Structure 0f piles with bearing base
5)扩大头顶部以上1．5m至桩顶范围内，桩问
土受一定挤密作用，但影响有限，在4根桩中心处挤
密效果不明显。
6结语
1)载体桩采用建筑废料替代原有夯扩桩的混
凝土，具有良好的经济性和环保性，且施工方便、质
量可靠，值得推广应用。同时，载体桩也有局限性，
当地表下存在很深的淤泥及淤泥质黏土层，地表下
软土层较浅，且软土层下即为岩层，遇承压水层时，
不宜采用载体桩。
2)各地土质情况不一，会对载体桩施工造成不
同影响，为确保施工后成桩的质量、避免损失，应在
正式开工前做好试桩试验，根据试桩结果对原有的
施工方案及材料参数等进行修正。
3)根据京沪高速铁路载体桩地基加固工程施
工后重型动力触探的检测结果得知，载体桩对扩大
头附近土体有明显的挤密作用，并且挤密土体的范
围不仅仅位于桩身底部以下，对桩身底部以上也有
影响。
参考文献：
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基关键技术试验研究：载体桩复合地基沉降特性和计算方法
研究报告[R]．北京：京沪高速铁路股份有限公司，2011．
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规程[s]．北京：中国建筑工业出版社，2007．
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C 6] 陈天林．载体桩复合地基在某高层建筑中的应用[J]．山西
建筑，20lO(31)：103．104．
瘦西湖隧道盾构技术创世界最高纪录
扬州瘦西湖隧道是目前在建的世界最大直径
单管双层隧道，在扬州瘦西湖隧道掘进中，刀盘直
径14．93m的世界超大直径之一的泥水平衡盾构
机，该隧道主体盾构全长1 275m，创造了平均日掘
进4环、8m(管片每环宽度为2m)，日掘进6环、
12m两项世界最高纪录。
扬州瘦西湖隧道全长3．6km，为扬州市规划的
主要交通要道，下穿国家5A级瘦西湖风景区核心
地段。由于该项工程地质条件复杂，为全断面硬质
黏土地层，塑性指数达24，超过一般黏土塑性7个
指标，成为超大直径盾构掘进的世界级难题。
(摘自“中国工程项目管理网”2013旬9旬3)

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