預留物業開發條件下地鐵車站的結構設計論文

預留物業開發條件下地鐵車站的結構設計論文

　　摘要：研究目的：通過對上海軌道交通9號線松江新城站結構設計和計算，總結出城市軌道交通預留物業開發條件地下車站結構設計的幾條經驗，為今后類似工程的設計提高參考。

　　研究方法：車站基坑圍護樁根據各開挖工況按豎向彈性地基梁計算，并計入圍護結構的先期位移值以及支撐的變形，上部結構由車站地下一層結構和結構底板下樁基聯合組成復合深基礎，車站結構分別按橫向、縱向彈性地基上的框架進行計算。

　　研究結果：松江新城站基坑開挖過程中圍護樁變形較小，各項監測數值均在允許范圍內，車站整體剛度較好，結構整體沉降量較小，沒有出現不均勻沉降。

　　研究結論：地鐵車站作為上部物業結構基礎的一部分與樁基礎共同承擔上部荷載的設計方法是可行的，對于地鐵車站與樁基組成的復合基礎，設計中還有許多問題值得探討，這是今后工作的研究方向。

　　關鍵詞：預留物業開發；結構設計；結論

　　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，為了合理高效地利用土地資源，通常需要考慮地塊的規劃，結合物業開發進行結構設計。本文將詳細介紹上海軌道交通9號線松江新城站的結構設計。

　　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劃的松江新城中部，滬杭高速公路以北的嘉松南路東側綠化帶下，車站西側為“行政中心”和“市民廣場”，東側綠地規劃為低密度住宅，北端有規劃的公交樞紐，是9號線一期工程的起點站。

　　車站結構全長212.85m，凈寬17.6m。車站為地下一層、地上一層結構，標準段主體結構底板埋深約為9m，站臺為島式，寬度10m，在車站站廳層上預留4層物業開發荷載條件。

　　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700SMW勁性水泥土攪拌樁作為圍護結構，基坑保護等級定為二級，車站概況見圖1.

　　2 工程地質與水文地質

　　2.1 工程地質

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

　　經勘察，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，層底標高2.3~1.8m。

　　灰黃~青灰色粘土，可塑~軟塑，局部為粉質粘土，土質尚均勻，上部含少量鐵錳質，中下部漸變為青灰色粘土，中~高壓縮性。本層沉積正常，分布較連續，層厚0.7~1.4m，層底標高1.2~0.6m。

　　灰色粘土，軟塑，含有機質，土質尚均勻，局部為淤泥質粘土，高壓縮性。本層沉積正常，分布較連續。層厚6.9~9.3m，層底標高—5.9~—8.7m。

　　灰色淤泥質粘土，流~軟塑，土質尚均勻，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。層厚4.0~6.8m，層底標高—11.2~—13.3m。

　　灰色粘土，軟塑，夾少量片層砂，局部為粉質粘土。含較多有機質、泥鈣質結核及腐植質，高壓縮性、高靈敏性土。本層連續分布。層厚7。7~9.0m，層底標高—20.1~—22.3m。

　　灰綠色粉質粘土，可塑，含鐵錳質氧化物，高壓縮性。本層分布不連續。層厚1.4~3.3m，層底標高—21.6~—23.9m。

　　灰綠色粘質粉土，密實，稍濕，局部夾砂質粉土。本層分布不連續。層厚1.2~3.7m，層底標高—23.9~—26.0m。

　　暗綠色粉質粘土，硬塑，含鐵錳質氧化物，土質硬，中壓縮性。本層分布不連續。層厚4.4m，層底標高—24.8m。僅見于S3Zk—1孔處。

　　草黃色粉砂，密實，稍濕，上部夾砂質粉土。本層分布連續。層厚6.0~16.0m，層底標高—31.2~—39.9m。

　　灰色粉砂，密實，稍濕，夾薄層粘土，局部為砂質粉土，分布連續。層厚6.0~8.8m，層底標高—42.4~—47。4m。

　　灰色粉質粘土，軟塑，夾少量薄層砂。高壓縮性土，分布連續。層厚0.7~4.3m，層底標高—46.7~—49.0m。

　　灰色粘質粉土，密實，稍濕，夾薄層粘土，分布連續。層厚1.5~2.7m，層底標高—49.2~—49.6m。

　　灰色粉質粘土，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，上、中部地層土質較軟，地層沉積尚屬正常，連續性較好；中部地層局部為非正常沉積土層；下部地層土質較好，地層沉積尚屬正常，連續性較好[1]。

　　2.2 水文地質

　　本次勘察中測得各勘探點地下水位埋深為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給，其水位動態為氣象型。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，水位動態較穩定。通過對本工程場地附近淺部地下水和深部地下水的水質分析，其結果表明本工程地下水對混凝土無腐蝕性。

　　3 圍護結構選型與設計

　　3.1 圍護結構選型

　　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、經濟、技術先進的原則，本基坑工程采用SMW勁性水泥土攪拌樁作為圍護結構[2]。

　　3.2 圍護結構設計

　　3.2.1 圍護樁入土深度及基坑穩定性檢算

　　圍護樁的入土深度主要通過整體穩定性、抗傾覆、抗隆起、抗滲等綜合因素確定。車站圍護樁的入土比為1∶1.05.

　　根據上海市標準《基坑工程設計規程》（DB08）—61—97）及《城市軌道交通設計規范》（DGJ08—109—2004）的有關規定進行檢算，車站基坑各項穩定性安全系數均滿足要求。

　　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，同時為增強水泥土攪拌樁整體穩定性，在樁頂部設置一道鋼筋混凝土圈梁，截面為800mm×1200mm。基坑沿深度方向設三道橫撐，橫撐平面間距一般為3.5m，第一道撐撐在冠梁上，采用雞609mm（t=16mm）鋼管，第二、三道撐撐在腰梁上，采用雞609mm（t=16mm）鋼管，腰梁采用雙拼400mm×400mmH型鋼。

　　3.2.3 地基加固與坑內降水

　　車站底板下土層較差（C、指標很低），經計算， 車站基坑坑底抗隆起不滿足要求，為解決坑底抗隆起問題，對基坑底進行地基加固，采用抽條注漿法加固，加固深度3m，寬3m，加固區間距6m。

　　基坑開挖前20d需進行井點降水，使水位位于坑底1.0m以下；底板混凝土強度達到70%設計強度后拆除井點。基坑每100m2范圍內設置一個泄水孔。降水單位在基坑開挖期間應每天測報抽水量及基坑內地下水位[3]。

　　3.2.4 圍護結構計算

　　施工階段基坑圍護樁根據各開挖工況按豎向彈性地基梁計算。并計入圍護結構的先期位移值以及支撐的變形，按“先變形，后支撐”的原則進行結構分析計算。根據計算結果，圍護結構內力及變形均滿足要求。

　　4 主體結構設計

　　4.1 設計原則及標準

　　（1）土建工程使用年限按100年設計，其安全等級為1級；

　　（2）本車站結構抗震設防烈度為7度；

　　（3）結構耐火等級為1級；

　　（4）結構防水等級為1級；

　　（5）結構按最不利地下水位進行抗浮穩定檢算；

　　（6）車站防迷流要嚴格按防迷流通用圖要求執行。

　　4.2 結構型式

　　本車站地下一層結構標準段為單柱雙跨矩形框架結構，中板450mm，底板厚900mm，側墻厚800mm，中縱梁700mm×1200mm，底縱梁700mm×2220mm；車站設備區結構型式為雙柱三跨矩形框架結構，中縱梁700mm×1200mm，底縱梁寬700mm。結構底板向兩側各伸出1m，結構底縱梁及側墻下設有雞800mm的鉆孔灌注樁。

　　4.3 樁基設計

　　松江新城站主體為地下一層、地上一層矩形框架結構，車站上方預留4層物業開發荷載條件。車站場區范圍內的地質情況較差，結構底板下的土層承載力很底，上部結構由車站地下一層結構和結構底板下樁基聯合組成復合深基礎。結構底板下樁基為雞800mm鉆孔灌注樁，樁長35m，布置形式為：每根結構柱下設2根樁，結構底縱梁作為樁基承臺；結構側墻在與結構柱對應的位置設2根樁，側墻作為樁基承臺。

　　4.4 結構框架計算

　　結構設計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墻，通過結構柱和側墻下樁基傳入持力層，以減少橫向及縱向沉降，將結構的沉降植控制在允許范圍內。結構計算以8m柱距的彈性地基框架作為計算單元，上下結構共同進行分析。如何考慮箱基與樁基的共同作用及各自承擔的荷載怎樣進行分配是計算中應該考慮的重要問題。計算中考慮箱基與樁基共同分擔荷載，以充分發揮地基承載能力。樁基的基床系數根據上海軟土層的多根鉆孔灌注樁的p—s試驗曲線，進行數理統計，取K=1.0×106kN/m3，底板下地基土的基床系數K=5.0×103kN/m3.對于上部結構與下部結構的整體結構受力分析，應用中國建筑科學研究院結構所的建筑結構PKPM系列軟件———TAT程序和大型有限元分析計算軟件SAP84進行了計算分析。樁基承載力和地基承載力的計算采用上海市《地基基礎設計規范》中的相關公式進行計算分析。

　　將車站結構分別按橫向、縱向彈性地基上的框架進行計算，合理地選擇基床系數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，計算結果均在1.5cm范圍以內。

　　4.5 結構構造措施

　　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，在設計中采取了如下的一些結構構造措施：

　　（1）在設計計算中嚴格控制絕對沉降值，只有絕對沉降值小，才能減少差異沉降；

　　（2）適當增大基礎底板的厚度以抵御基礎底板沿縱向反力的不均勻。

　　5 結論

　　通過對松江新城站結構設計方案的分析以及工程實踐，對于上海地鐵車站預留物業開發條件的設計，總結出以下幾點經驗：

　　（1）地鐵車站在使用階段作為上部結構基礎的一部分與樁基礎共同承擔上部荷載的設計方法是可行的。

　　（2）為滿足地鐵技術設計要求控制不均勻沉降，在設計中采用必要的結構構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合基礎，設計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：

　　[1]石禮安，等。地鐵1號線工程[G]。上海：上海科學技術出版社，1995.

　　[2]夏明耀，曾進倫。地下工程設計施工手冊[K]。北京：建筑工業出版社，1992.

　　[3]沈春林。防水工程手冊[K]。北京：中國建筑工業出版社，1992.

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