新建杭州东站站房工程站房建筑共3层, 地下1层为出站层, 地上为站台层和高架层。站房主体建筑东西进深463.45m (横跨铁路方向) , 南北面宽143.6m (顺铁路方向) , 站房主体最高点距地面39.6m。站房总建筑面积为155 569m², 地下建筑面积为67 438m², 地上建筑面积为88 131m² (见图1) 。

新建杭州东站枢纽工程站房采用了跨线路 (铁路到发线从站房内穿过, 站房地下室结构顶板位置为轨道层与站台层) 结构形式设计, 站房南北设置地下出租车通道与站房地下出站层连接, 布置形式如图2所示。新建杭州东站枢纽站房地下室结构、出租车通道结构与高架层基础结构施工后形成了结合部过渡段, 基坑如图3所示。

此基坑内存在自动扶梯结构、高架层基础层承台等, 采用常规土方回填处理无法满足铁路路基基础沉降控制要求, 必须针对此结合部过渡段基坑采取处理措施加强路基结构, 控制工后沉降。

由于此结合部过渡段基坑具有空间狭小、附属结构多、基坑较深等特点, 填料碾压困难, 不适合采用加筋土法与土质改良法对基坑进行处理。为快速、方便、安全地将过渡段基坑填筑处理完成, 设计单位选用在公路工程结合部过渡段处理施工中应用广泛的泡沫轻质土填筑方案, 从基坑底填筑泡沫轻质土至一定高度, 再夯填A组填料, 利用泡沫轻质土流动性、可塑性密实充分地填筑基坑, 并且成型后基础强度、稳定性、耐久性可靠。

新建杭州东站铁路站场与站房结构结合部过渡段涉及26条轨道, 共用泡沫轻质土回填约2万m³。回填断面如图4所示。

现浇泡沫轻质土具有如下组分及结构特性: (1) 由多相介质组成包括气体、液体和固体; (2) 属多孔介质材料轻质土的轻质性是由其中大量的泡沫空隙形成的, 故多孔性是泡沫轻质土最主要的结构特性; (3) 凝结特性泡沫轻质土属水泥类材料, 故其制备到使用的过程中, 具有所有水泥类材料的共性即凝结特性。

轻质土在铁路系统过渡段尚属于首次使用, 再加上铁路系统对路基有特殊要求, 保障轻质土配合比的科学性就显得尤为重要, 因此必须对配合比增加适配工作, 使之达到以下指标要求。

1) 湿密度指标

(1) 离顶面距离0~1.0m600kg/m³≥施工湿密度R_fw≥570kg/m³; (2) 离顶面距离>1.0m570kg/m³≥施工湿密度R_fw≥550kg/m³。

2) 抗压强度指标

(1) 离顶面距离0~1.0m抗压强度:7d龄期q_{u, 7d}≥0.5MPa;28d龄期q_{u, 28d}≥1.0MPa; (2) 离顶面距离>1.0m抗压强度:7d龄期q_{u, 7d}≥0.4MPa;28d龄期q_{u, 28d}≥0.8MPa。

3) 流值

160~180mm。

4) 消泡试验泡沫轻质土湿密度增加率不超过10%。

5) 发泡剂应满足以下要求: (1) 稀释倍率40~60; (2) 发泡倍率800~1 200。

配合比的基本原则如下: (1) 按轻质土湿密度的要求, 确定水泥及粉煤灰的用量; (2) 通过水泥及粉煤灰的用量, 确定轻质土的用水量; (3) 按照胶凝材料、用水量, 确定水泥净浆体积; (4) 通过水泥净浆体积, 确定泡沫剂体积; (5) 按照泡沫体积、实测泡沫密度, 确定泡沫质量; (6) 根据泡沫质量、泡沫剂稀释倍数, 确定泡沫剂用量。

泡沫轻质土配合比设计在满足抗压强度、湿密度、流值要求的同时, 必要时还应考虑材料性能的其他特殊要求 (如弹性模量、抗冻性等) 。

配合比试配试验应在原材料检验合格的基础上进行, 因此对材料进行复试就尤为重要且必须满足下列要求。

1) 现浇泡沫轻质土所使用的水泥应满足: (1) 细度、凝结时间、安定性及强度满足国家规范要求; (2) 水泥密度不低于2 700kg/m³。

2) 采用F类粉煤灰, 且应符合GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定;严禁采用C类粉煤灰作为泡沫轻质土的掺和料。

3) 现浇泡沫轻质土主要原材料进场必须出具出厂合格证, 同时进行检验。

以新建杭州东站站房工程路基回填泡沫轻质土配合比设计为例, 为满足高铁路基动态变形模量E_vd达到40MPa和地基系数K₃₀达到90MPa/h, 确定了设计配合比:0~1.0m范围水泥312kg/m³, 水203kg/m³, 气泡率69.6%;1.0m以上范围水泥343kg/m³, 水223kg/m³, 气泡率66.6%。

泡沫轻质土的配合比可参照CECS249∶2008《现浇泡沫轻质土技术规程》选取进行试配试验。试配试验时, 应进行湿密度、流值和消泡试验, 当流值、消泡试验确定的湿密度增加率满足要求时, 应制取试件并养护后进行抗压强度试验。消泡试验确定的湿密度增加率无法满足要求时, 应调整发泡剂的稀释倍率或种类, 或调整配合比组成材料的种类和用量, 重新进行试配试验。

抗压强度试验试块采用10cm×10cm×10cm立方体试块。要求压力机采用小量程砂浆压力机进行抗压试验, 且强度结果不做尺寸折减;配合比强度试验以6块试块为1组, 共做2组配合比, 分别测定垂直方向不同部位7d龄期及28d龄期无侧限抗压强度。

根据CECS249∶2008《现浇泡沫轻质土技术规程》对采用的PC32.5水泥开展了消泡试验。 (1) 湿密度550kg/m³试件初始实测湿密度为558kg/m³, 最终实测湿密度为554kg/m³;流值为177mm。 (2) 湿密度600kg/m³试件初始实测湿密度为599kg/m³, 最终实测湿密度为584kg/m³;流值为174mm。试验结果如图5所示。

配合比成型龄期抗压强度结果如表1所示。

经消泡试验, 采用的PC32.5水泥满足现浇泡沫轻质土消泡试验的技术要求。依据CECS249∶2008《现浇泡沫轻质土技术规程》, 当7d龄期抗压强度不小于0.5倍28d龄期抗压强度时, 该配合比可作为施工配合比, 故上述配合比满足施工要求。

通过对轻质土配合比的设计与试配试验, 确定了新建杭州东站站房工程过渡段路基填筑的泡沫轻质土配合比为:0~1.0m范围水泥312kg/m³, 水203kg/m³, 气泡率69.6%;1.0m以上范围水泥343kg/m³, 水223kg/m³, 气泡率66.6%。

据此配合比以及试配试验的经验进行了新建杭州东站站房工程过渡段路基泡沫轻质填筑施工, 2012年7月开始实施, 2012年10月完成, 共施工泡沫轻质土约8万m³, 且完成后的路基动态变形模量E_vd达到160MPa以上, 地基系数K₃₀达到216MPa/h以上, 满足了高铁路基性能要求。且在2013年7月1日站房正式通车后, 对路基工后沉降进行了持续观测, 观测沉降稳定, 最大沉降约8mm, 远小于TB10001—2005《铁路路基设计规范》规定不超过2cm的要求, 很好地保证了线路的顺平。