預(yù)留物業(yè)開發(fā)條件下地鐵車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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摘要：研究目的：通過對上海軌道交通9號線松江新城站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算，總結(jié)出城市軌道交通預(yù)留物業(yè)開發(fā)條件地下車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾條經(jīng)驗(yàn)，為今后類似工程的設(shè)計(jì)提高參考。

　　研究方法：車站基坑圍護(hù)樁根據(jù)各開挖工況按豎向彈性地基梁計(jì)算，并計(jì)入圍護(hù)結(jié)構(gòu)的先期位移值以及支撐的變形，上部結(jié)構(gòu)由車站地下一層結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)底板下樁基聯(lián)合組成復(fù)合深基礎(chǔ)，車站結(jié)構(gòu)分別按橫向、縱向彈性地基上的框架進(jìn)行計(jì)算。

　　研究結(jié)果：松江新城站基坑開挖過程中圍護(hù)樁變形較小，各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)值均在允許范圍內(nèi)，車站整體剛度較好，結(jié)構(gòu)整體沉降量較小，沒有出現(xiàn)不均勻沉降。

　　研究結(jié)論：地鐵車站作為上部物業(yè)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的一部分與樁基礎(chǔ)共同承擔(dān)上部荷載的設(shè)計(jì)方法是可行的，對于地鐵車站與樁基組成的復(fù)合基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)中還有許多問題值得探討，這是今后工作的研究方向。

　　關(guān)鍵詞：預(yù)留物業(yè)開發(fā)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)論

　　近些年來隨著城市地鐵工程的大量興建，地鐵車站的形式也多種多樣。許多車站由于位于地塊內(nèi)，為了合理高效地利用土地資源，通常需要考慮地塊的規(guī)劃，結(jié)合物業(yè)開發(fā)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文將詳細(xì)介紹上海軌道交通9號線松江新城站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　1、工程概況

　　上海軌道交通9號線一期工程松江新城站位于規(guī)劃的松江新城中部，滬杭高速公路以北的嘉松南路東側(cè)綠化帶下，車站西側(cè)為“行政中心”和“市民廣場”，東側(cè)綠地規(guī)劃為低密度住宅，北端有規(guī)劃的公交樞紐，是9號線一期工程的起點(diǎn)站。

　　車站結(jié)構(gòu)全長212.85m，凈寬17.6m.車站為地下一層、地上一層結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)段主體結(jié)構(gòu)底板埋深約為9m，站臺為島式，寬度10m，在車站站廳層上預(yù)留4層物業(yè)開發(fā)荷載條件。

　　車站基坑深為9.1-9.6m，基坑寬21.2-22m.本站采用明挖法施工，周圍建筑物、管線稀少，采用雙排Φ700SMW勁性水泥土攪拌樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

　　2、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

　　2.1 工程地質(zhì)

　　場地所處的地貌單一，屬濱海平原，地勢平坦、廣闊。工程區(qū)域內(nèi)主要為現(xiàn)有道路、綠化、民宅等，并分布有明浜。

　　經(jīng)勘察，場地土層自上而下分述如下：

　　填土，主要為素填土，含植物根莖。本層普遍分布。層厚1.5-1.8m，層底標(biāo)高2.3-1.8m.

　　灰黃~青灰色粘土，可塑~軟塑，局部為粉質(zhì)粘土，土質(zhì)尚均勻，上部含少量鐵錳質(zhì)，中下部漸變?yōu)榍嗷疑惩粒衺高壓縮性。本層沉積正常，分布較連續(xù)，層厚0.7-1.4m，層底標(biāo)高1.2-0.6m.

　　灰色粘土，軟塑，含有機(jī)質(zhì)，土質(zhì)尚均勻，局部為淤泥質(zhì)粘土，高壓縮性。本層沉積正常，分布較連續(xù)。層厚6.9-9.3m，層底標(biāo)高-5.9至-8.7m.

　　灰色淤泥質(zhì)粘土，流軟塑，土質(zhì)尚均勻，局部為粘土，含云母和薄層砂，屬高壓縮性土層。本層沉積正常，分布較連續(xù)。層厚4.0-6.8m，層底標(biāo)高-11.2至-13.3m.

　　灰色粘土，軟塑，夾少量片層砂，局部為粉質(zhì)粘土。含較多有機(jī)質(zhì)、泥鈣質(zhì)結(jié)核及腐植質(zhì)，高壓縮性、高靈敏性土。本層連續(xù)分布。層厚7.7-9.0m，層底標(biāo)高-20.1至-22.3m.

　　灰綠色粉質(zhì)粘土，可塑，含鐵錳質(zhì)氧化物，高壓縮性。本層分布不連續(xù)。層厚1.4-3.3m，層底標(biāo)高-21.6至-23.9m.

　　灰綠色粘質(zhì)粉土，密實(shí)，稍濕，局部夾砂質(zhì)粉土。本層分布不連續(xù)。層厚1.2-3.7m，層底標(biāo)高-23.9至-26.0m.

　　暗綠色粉質(zhì)粘土，硬塑，含鐵錳質(zhì)氧化物，土質(zhì)硬，中壓縮性。本層分布不連續(xù)。層厚4.4m，層底標(biāo)高-24.8m.僅見于S3Zk-1孔處。

　　草黃色粉砂，密實(shí)，稍濕，上部夾砂質(zhì)粉土。本層分布連續(xù)。層厚6.0-16.0m，層底標(biāo)高-31.2至-39.9m.

　　灰色粉砂，密實(shí)，稍濕，夾薄層粘土，局部為砂質(zhì)粉土，分布連續(xù)。層厚6.0-8.8m，層底標(biāo)高-42.4至-47.4m.

　　灰色粉質(zhì)粘土，軟塑，夾少量薄層砂。高壓縮性土，分布連續(xù)。層厚0.7-4.3m，層底標(biāo)高-46.7至-49.0m.

　　灰色粘質(zhì)粉土，密實(shí)，稍濕，夾薄層粘土，分布連續(xù)。層厚1.5-2.7m，層底標(biāo)高-49.2至-49.6m.

　　灰色粘質(zhì)粉土，密實(shí)，稍濕，夾薄層粘土，分布連續(xù)。層厚1.5-2.7m，層底標(biāo)高-49.2-49.6m.灰色粉質(zhì)粘土，可塑，夾少量粉砂。局部粘、砂互層，中高壓縮性土。本層埋深較大，未被揭穿。

　　綜上所述，本工程場地范圍內(nèi)，上、中部地層土質(zhì)較軟，地層沉積尚屬正常，連續(xù)性較好；中部地層局部為非正常沉積土層；下部地層土質(zhì)較好，地層沉積尚屬正常，連續(xù)性較好[1].

　　2.2 水文地質(zhì)本次勘察中測得各勘探點(diǎn)地下水位埋深為0.30-1.05m.本工程場地淺部地下水屬潛水類型，受大氣降水及地表徑流補(bǔ)給，其水位動態(tài)為氣象型。本工程場地中深部分布有承壓含水層：草黃色粉砂層與灰色粉砂層，水位動態(tài)較穩(wěn)定。通過對本工程場地附近淺部地下水和深部地下水的水質(zhì)分析，其結(jié)果表明本工程地下水對混凝土無腐蝕性。

　　3、圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)

　　3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)選型車站基坑深為9.1-9.6m，基坑寬21.2-22m.本站采用明挖法施工，周圍建筑物、管線稀少，按照安全、可靠、適用、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)先進(jìn)的原則，本基坑工程采用SMW勁性水泥土攪拌樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)[2].

　　3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　3.2.1 圍護(hù)樁入土深度及基坑穩(wěn)定性檢算圍護(hù)樁的入土深度主要通過整體穩(wěn)定性、抗傾覆、抗隆起、抗?jié)B等綜合因素確定。車站圍護(hù)樁的入土比為1∶1.05.根據(jù)上海市標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程》（DB08）—61—97）及《城市軌道交通設(shè)計(jì)規(guī)范》（DGJ08—109—2004）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢算，車站基坑各項(xiàng)穩(wěn)定性安全系數(shù)均滿足要求。

　　3.2.2 支撐體系基坑支撐體系采用鋼管橫撐+鋼圍檁的形式，同時(shí)為增強(qiáng)水泥土攪拌樁整體穩(wěn)定性，在樁頂部設(shè)置一道鋼筋混凝土圈梁，截面為800mm×1200mm.基坑沿深度方向設(shè)三道橫撐，橫撐平面間距一般為3.5m，第一道撐撐在冠梁上，采用Φ609mm（t=16mm）鋼管，第二、三道撐撐在腰梁上，采用Φ609mm（t=16mm）鋼管，腰梁采用雙拼400mm×400mmH型鋼。

　　3.2.3 地基加固與坑內(nèi)降水車站底板下土層較差（C、Φ指標(biāo)很低），經(jīng)計(jì)算，車站基坑坑底抗隆起不滿足要求，為解決坑底抗隆起問題，對基坑底進(jìn)行地基加固，采用抽條注漿法加固，加固深度3m，寬3m，加固區(qū)間距6m.基坑開挖前20d需進(jìn)行井點(diǎn)降水，使水位位于坑底1.0m以下；底板混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除井點(diǎn)?；用?00m²范圍內(nèi)設(shè)置一個泄水孔。降水單位在基坑開挖期間應(yīng)每天測報(bào)抽水量及基坑內(nèi)地下水位[3].

　　3.2.4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算施工階段基坑圍護(hù)樁根據(jù)各開挖工況按豎向彈性地基梁計(jì)算。并計(jì)入圍護(hù)結(jié)構(gòu)的先期位移值以及支撐的變形，按“先變形，后支撐”的原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形均滿足要求。

　　設(shè)計(jì)原則及標(biāo)準(zhǔn)

　?。?）土建工程使用年限按100年設(shè)計(jì)，其安全等級為1級；

　?。?）本車站結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為7度；

　　（3）結(jié)構(gòu)耐火等級為1級；

　　（4）結(jié)構(gòu)防水等級為1級；

　?。?）結(jié)構(gòu)按最不利地下水位進(jìn)行抗浮穩(wěn)定檢算；

　?。?）車站防迷流要嚴(yán)格按防迷流通用圖要求執(zhí)行。

　　結(jié)構(gòu)型式本車站地下一層結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段為單柱雙跨矩形框架結(jié)構(gòu)，中板450mm，底板厚900mm，側(cè)墻厚800mm，中縱梁700mm×1200mm，底縱梁700mm×2220mm；車站設(shè)備區(qū)結(jié)構(gòu)型式為雙柱三跨矩形框架結(jié)構(gòu)，中縱梁700mm×1200mm，底縱梁寬700mm.結(jié)構(gòu)底板向兩側(cè)各伸出1m，結(jié)構(gòu)底縱梁及側(cè)墻下設(shè)有Φ800mm的鉆孔灌注樁。

　　樁基設(shè)計(jì)松江新城站主體為地下一層、地上一層矩形框架結(jié)構(gòu)，車站上方預(yù)留4層物業(yè)開發(fā)荷載條件。車站場區(qū)范圍內(nèi)的地質(zhì)情況較差，結(jié)構(gòu)底板下的土層承載力很底，上部結(jié)構(gòu)由車站地下一層結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)底板下樁基聯(lián)合組成復(fù)合深基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)底板下樁基為Φ800mm鉆孔灌注樁，樁長35m，布置形式為：每根結(jié)構(gòu)柱下設(shè)2根樁，結(jié)構(gòu)底縱梁作為樁基承臺；結(jié)構(gòu)側(cè)墻在與結(jié)構(gòu)柱對應(yīng)的位置設(shè)2根樁，側(cè)墻作為樁基承臺。

　　結(jié)構(gòu)框架計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本受力體系是將地面荷載、地鐵頂板及中板荷載傳給框架柱和側(cè)墻，通過結(jié)構(gòu)柱和側(cè)墻下樁基傳入持力層，以減少橫向及縱向沉降，將結(jié)構(gòu)的沉降植控制在允許范圍內(nèi)。結(jié)構(gòu)計(jì)算以8m柱距的彈性地基框架作為計(jì)算單元，上下結(jié)構(gòu)共同進(jìn)行分析。如何考慮箱基與樁基的共同作用及各自承擔(dān)的荷載怎樣進(jìn)行分配是計(jì)算中應(yīng)該考慮的重要問題。計(jì)算中考慮箱基與樁基共同分擔(dān)荷載，以充分發(fā)揮地基承載能力。樁基的基床系數(shù)根據(jù)上海軟土層的多根鉆孔灌注樁的p-s試驗(yàn)曲線，進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，取K=1.0×106kN/m³，底板下地基土的基床系數(shù)K=5.0×103kN/m³.對于上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)受力分析，應(yīng)用中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所的建筑結(jié)構(gòu)PKPM系列軟件———TAT程序和大型有限元分析計(jì)算軟件SAP84進(jìn)行了計(jì)算分析。樁基承載力和地基承載力的計(jì)算采用上海市《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算分析。

　　將車站結(jié)構(gòu)分別按橫向、縱向彈性地基上的框架進(jìn)行計(jì)算，合理地選擇基床系數(shù)k值，可得出底板的豎向位移，并可求出橫向、縱向的差異沉降，計(jì)算結(jié)果均在1.5cm范圍以內(nèi)。

　　結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施由于車站上方沿縱向地面建筑高低參差不齊，底板反力不均勻，車站可能引起較大的縱向不均勻沉降。為控制不均勻沉降，在設(shè)計(jì)中采取了如下的一些結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施：

　　（1）在設(shè)計(jì)計(jì)算中嚴(yán)格控制絕對沉降值，只有絕對沉降值小，才能減少差異沉降；

　?。?）適當(dāng)增大基礎(chǔ)底板的厚度以抵御基礎(chǔ)底板沿縱向反力的不均勻。

　　4、結(jié)論

　　通過對松江新城站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的分析以及工程實(shí)踐，對于上海地鐵車站預(yù)留物業(yè)開發(fā)條件的設(shè)計(jì)，總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

　?。?）地鐵車站在使用階段作為上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的一部分與樁基礎(chǔ)共同承擔(dān)上部荷載的設(shè)計(jì)方法是可行的。

　?。?）為滿足地鐵技術(shù)設(shè)計(jì)要求控制不均勻沉降，在設(shè)計(jì)中采用必要的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施是可行而且有效的。

　　（3）對于地鐵車站與樁基組成的復(fù)合基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)中還有許多問題值得探討，這是今后工作的研究方向。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]石禮安，等。地鐵1號線工程[G].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1995.

　　[2]夏明耀，曾進(jìn)倫。地下工程設(shè)計(jì)施工手冊[K].北京：建筑工業(yè)出版社，1992.

　　[3]沈春林。防水工程手冊[K].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992.