某鄰近大橋保護(hù)區(qū)地下結(jié)構(gòu)設(shè)計

張功義

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092）

0 引言

本文研究的項目是臨近大橋保護(hù)區(qū)的地下綜合空間，其功能集地下車庫、商業(yè)、劇場、下沉式綠化廣場等；而且臨近大橋等復(fù)雜城市環(huán)境，基坑對大橋的變形影響預(yù)測顯得尤其重要。

1 項目概況

該項目作為世界技能博物館配套項目。位于楊浦區(qū)濱江南段區(qū)域，基地周邊涉及寧國路輪渡站、四條城市道路、已建成的濱江步道及楊浦大橋。地下兩層，面積建筑約20000m2。地下一層層高6m，主要功能為停車庫、商業(yè)、劇場、下沉式綠化廣場等；地下二層層高4.9m，主要功能為停車庫、設(shè)備中心等；室外景觀呈坡地效果，主要設(shè)置工業(yè)涼亭等構(gòu)筑物。

2 地下結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

為滿足建筑裝修效果統(tǒng)一及方便將來功能改造，采用單向主次梁樓蓋是較為經(jīng)濟(jì)合理的。

為滿足建筑眾多復(fù)雜功能、設(shè)備房間凈高要求及景觀坡地效果的營造，頂板存在較多高低起伏。采用盈建科軟件進(jìn)行真實標(biāo)高建模計算分析，并嚴(yán)格按各區(qū)域覆土荷載取值。

對于高差處，框架柱形成短柱錯層柱，箍筋須沿全高全段加密；框架梁須根據(jù)實際支座是否連續(xù)進(jìn)行配筋設(shè)計；頂板錯層板、大洞口周圍板須加強配筋，滿足0.25%配筋率。

2.2 樁基工程設(shè)計要點

從受力情況分析，根據(jù)項目規(guī)模及基底埋深（約11m），結(jié)合地質(zhì)情況，基底主要承受浮力作用，基礎(chǔ)擬采用樁基礎(chǔ)。

從環(huán)境條件分析，地下室外墻距楊浦大橋橋墩基礎(chǔ)外側(cè)最近距離約69m。根據(jù)市政行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對于不同的成樁方法，特大橋安全保護(hù)距離也不同，擠土樁為80m，非擠土樁為40m[1]。而鉆孔灌注樁常見的非擠土樁，本工程可以采用，并將樁基設(shè)計等級提高到甲級，可以滿足大橋保護(hù)要求。

3 劇場雙曲屋蓋分析

3.1 結(jié)構(gòu)選型與布置

劇場屋蓋選型綜合考慮使用凈高要求、建筑對頂棚造型要求、營造坡地景觀效果、結(jié)構(gòu)受力、耐久性及施工難易等因素，設(shè)計成鋼筋混凝土密肋雙曲拱形屋蓋體系（見圖1）。東西向跨度為23.2m，東西向頂板高差為1.2m；南北向為4 跨8.4m 柱網(wǎng)，南北向頂板高差為0.5m。矢高在1.2~1.7m 之間變化。

圖1 劇場雙曲頂蓋軸側(cè)圖

框架柱截面為1000mm×900mm，大跨度方向框架梁及密肋梁截面為500mm×1600mm，南北向框架邊梁截面為700mm×1700mm；密肋梁間距為2.1m，屋面板厚為250mm。

3.2 結(jié)構(gòu)整體計算

考慮到劇場位于地下，受地震力影響較小，且雙曲屋蓋失高較小，結(jié)構(gòu)整體計算時，曲面屋蓋簡化為平屋蓋建模。頂板覆土恒載取值18kN/m2，頂棚設(shè)備吊掛等活載取值8~10kN/m2。

3.3 屋蓋計算模型

劇場屋蓋形式較為復(fù)雜，傳統(tǒng)逐層建模方式的計算軟件無法真實模型屋蓋的受力情況。因此，采用盈建科空間結(jié)構(gòu)計算模塊，將上述三維頂蓋模型導(dǎo)入，屋面板采用彈性板，框架梁柱均采用實體單元模擬，分析屋蓋結(jié)構(gòu)的整體變形、受力情況及水平推力對框架柱受力的影響。

3.4 屋蓋結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

屋蓋結(jié)構(gòu)空間模型的撓度分析結(jié)果見圖2，屋蓋撓度最大位置在跨中靠近邊界處，撓度最大值為19.5mm，撓跨比約為1/1200，屋面的撓度變形較小。而按平屋蓋簡化計算的最大撓度卻達(dá)到123.5mm，撓跨比約為1/189，大于1/300 的規(guī)范限值，須預(yù)起拱45.5mm 方能滿足規(guī)范要求。

圖2 屋蓋撓度分析結(jié)果/mm

空間模型的分析結(jié)果還顯示，曲面模型梁底配筋比平面模型??；但雙曲屋面對兩側(cè)的框架柱產(chǎn)生較大的水平推力、附加彎矩與變形。

4 大橋影響分析

4.1 基坑簡況

基坑開挖深度為10.650m，基坑總開挖面積約11300m2，總周長約515m，周邊存在大橋保護(hù)區(qū)。根據(jù)《基坑工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》第3.0.1 和3.0.2 條[2]，基坑安全等級定義為二級，環(huán)境保護(hù)等級定義為一級。

4.2 楊浦大橋概況

楊浦大橋主橋包含主孔+邊孔，中間設(shè)置輔助墩，全長1178m，屬于特大橋。采用樁基承臺基礎(chǔ)，樁型為450mm×450mm預(yù)制鋼混凝土方樁，有效樁長約30m。

該項目基坑等級為二級，基坑外邊線與東側(cè)楊浦大橋橋墩最近距離約68m，對于楊浦大橋的安全保護(hù)距離為65m。而大橋管理部門的文件要求的保護(hù)區(qū)為80m。因此，本工程地下室基坑施工期間，該大橋為重點保護(hù)對象。

4.3 圍護(hù)方案

圍護(hù)的擋土結(jié)構(gòu)為直徑1000mm 間距1200mm 鉆孔灌注樁，其有效樁長為24m，采用三排三軸攪拌樁作為止水帷幕，支撐體系為兩道鋼筋混凝土支撐。

4.4 分析軟件

已有文獻(xiàn)表明，在分析基坑開挖對周邊建構(gòu)筑物的變形影響方面，將三維問題簡化為二維問題，不僅可以提高計算效率，并且計算精度及結(jié)果合理性方面均能滿足實際工程的需求[3]。因此，該項目的數(shù)值分析模型采用國際著名的巖土工程通用有限元軟件PLAXIS2D 建立，分析基坑整個施工過程中的穩(wěn)定性和對周邊地層和既有構(gòu)建筑物的變形影響。

4.5 分析模型

基坑圍護(hù)分析邊界條件為：底部指定各方向位移為零，即采用固定邊界；側(cè)面法向采用固定邊界，豎向允許變形。使用《基坑工程手冊》[4]中推薦的PLAXIS 特有的HSS 本構(gòu)模型模擬土體真實屬性。選取距離大橋最近一側(cè)剖面，建立土層情況、支護(hù)結(jié)構(gòu)和楊浦大橋的完整數(shù)值模型，分析基坑開挖過程對東側(cè)楊浦大橋的影響。

4.6 分析結(jié)果

分析結(jié)果見圖3，最不利工況為基坑開挖至坑底時，相應(yīng)的基坑水平峰值位移為18.22mm。分析結(jié)果還顯示，基坑豎向最大位移為16.54mm，在這樣的位移水平下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)能夠保證正常工作；基坑工程施工引起楊浦大橋最大沉降約0.61mm。大橋保護(hù)要求為橋墩水平和豎向位移均不超過1mm/d，累計不超過3mm?？梢娀娱_挖到坑底時對楊浦大橋的影響也在允許范圍內(nèi)。

圖3 位移分布（水平向，峰值18.22mm）

5 結(jié)論

臨近大橋保護(hù)區(qū)的地下結(jié)構(gòu)項目，綜合性較強，以下是此類項目的一些總結(jié)：

（1）對于多功能的地下結(jié)構(gòu)，且景觀呈坡地效果，為減輕結(jié)構(gòu)覆土荷載，頂板往往存在高差，計算時應(yīng)按真實板面標(biāo)高建模，并加強高差處梁板柱配筋設(shè)計。

（2）樁基選型時不僅要考慮受力特點，更重要的是適應(yīng)大橋的保護(hù)要求，優(yōu)先采用灌注樁、薄壁鋼管樁等非擠土樁，如必須采用管樁等擠土樁，應(yīng)采取有限元分析手段進(jìn)行樁基施工模擬，提出必要的大橋保護(hù)措施及相應(yīng)的監(jiān)測要求。

（3）整體計算時，劇場雙曲屋蓋可按平屋蓋建模。而雙曲屋蓋空間模型結(jié)果顯示，按平屋蓋建模的計算撓度及梁配筋偏于保守。而水平推力對框架柱的受力影響不容忽視。

（4）基坑開挖施工對大橋的影響是大橋保護(hù)方案的重要內(nèi)容，而PLAXIS 有限元軟件則提供一個很好的分析模擬工具。