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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)

2009-11-20 13:23    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  摘要:研究目的:通過(guò)對(duì)上海軌道交通9號(hào)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(guò)程中圍護(hù)樁變形較小,各項(xiàng)監(jiān)測(cè)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(méi)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(duì)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(wèn)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(lái)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(hào)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(hào)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(chǎng)”,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(hào)線一期工程的起點(diǎn)站。

  車站結(jié)構(gòu)全長(zhǎng)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(tái)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(chǎng)地所處的地貌單一,屬濱海平原,地勢(shì)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(chǎng)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,中~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(chǎng)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(cè)得各勘探點(diǎn)地下水位埋深為0.30-1.05m.本工程場(chǎng)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(dòng)態(tài)為氣象型。本工程場(chǎng)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(dòng)態(tài)較穩(wěn)定。通過(guò)對(duì)本工程場(chǎng)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(duì)混凝土無(wú)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(guò)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(wèn)題,對(duì)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100m2范圍內(nèi)設(shè)置一個(gè)泄水孔。降水單位在基坑開挖期間應(yīng)每天測(cè)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)

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

 。2)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(jí)為1級(jí);

 。4)結(jié)構(gòu)防水等級(jí)為1級(jí);

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

  (6)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(chǎng)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(zhǎng)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(tái);結(jié)構(gòu)側(cè)墻在與結(jié)構(gòu)柱對(duì)應(yīng)的位置設(shè)2根樁,側(cè)墻作為樁基承臺(tái)。

  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(guò)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(wèn)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(duì)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(guó)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(duì)沉降值,只有絕對(duì)沉降值小,才能減少差異沉降;

 。2)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(guò)對(duì)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(duì)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):

  (1)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。

 。2)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(duì)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(wèn)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(hào)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(cè)[K].北京:建筑工業(yè)出版社,1992.

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

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