寧波市兒童公園地鐵站物業(yè)開發(fā)結(jié)構(gòu)設(shè)計

蘇擎柱，汪 健

（1.寧波市建筑設(shè)計研究院有限公司，浙江寧波 315012；2.廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣東廣州 510010）

地鐵站和物業(yè)開發(fā)項目往往非同期建設(shè)，后期的物業(yè)開發(fā)項目在地鐵站建設(shè)階段初步確定一種建筑結(jié)構(gòu)方案。但隨著時間推移，為了滿足市場對建筑產(chǎn)品的需要，實現(xiàn)物業(yè)開發(fā)項目的利益最大化，建筑方案不斷進(jìn)行優(yōu)化修改，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計能實現(xiàn)不同建筑方案的包絡(luò)性設(shè)計。地鐵站的物業(yè)開發(fā)項目位于地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)，必須滿足各地軌道交通部門規(guī)定的地鐵保護(hù)要求。地鐵站和物業(yè)開發(fā)項目一般由不同施工單位完成建設(shè)，需加強(qiáng)溝通解決相關(guān)施工方案、結(jié)構(gòu)預(yù)留等問題。

本文結(jié)合寧波市兒童公園站物業(yè)開發(fā)項目的設(shè)計實踐，從前期建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、基坑圍護(hù)、基礎(chǔ)設(shè)計、超長結(jié)構(gòu)、施工問題等方面，對地鐵站和物業(yè)開發(fā)項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題進(jìn)行分析探討。

1 工程概況

本項目為寧波軌道交通3號線和4號線換乘站的物業(yè)開發(fā)。地上建筑由5幢9～18層高層剪力墻結(jié)構(gòu)的住宅和1幢4層框架結(jié)構(gòu)的商業(yè)組成，住宅地下室被3＃線分成2個獨立地塊，見圖1。東邊A區(qū)為單層地下室，開挖深度5.550 m；西邊B區(qū)為3層地下室，開挖深度13.250 m；商業(yè)C區(qū)為2層地下室，開挖深度9.350 m；西南角D區(qū)為軌道交通3＃線、4＃線地鐵站出入口下沉庭院。3＃線地鐵站總長302 m，基礎(chǔ)底黃海標(biāo)高為－23.339 m，4＃線地鐵站總長313 m，基礎(chǔ)底黃海標(biāo)高－15.707 m。本工程建筑結(jié)構(gòu)安全等級二級，基礎(chǔ)設(shè)計等級甲級，抗震設(shè)防烈度7度，地震加速度0.1 g，建筑場地類別Ⅳ類。

圖1 平面分區(qū)

2 建筑結(jié)構(gòu)方案

2.1 預(yù)留接口

A區(qū)和B區(qū)住宅被3號線分成東西兩個區(qū)域，對于建筑功能和住宅品質(zhì)影響很大，建筑方案設(shè)計時充分利用3號線的站廳層以上的地下空間作為物業(yè)開發(fā)項目地下停車庫，與住宅地下室層高一一對應(yīng)，每層地下室外墻預(yù)留多個連接通道與B區(qū)和A區(qū)地下室連接，見圖2。

圖2 地庫剖面

2.2 分區(qū)分坑分期設(shè)計

C區(qū)商業(yè)地下室與D區(qū)下沉庭院完全無縫連接，以實現(xiàn)商業(yè)價值最大化，建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行一體化設(shè)計。但D區(qū)下沉庭院作為3號線的主要出入口，需提前投入使用，采用了一體化設(shè)計、預(yù)留結(jié)構(gòu)連接方案、分坑分期施工。C區(qū)和D區(qū)交界面布置分坑圍護(hù)的地連墻，并利用此地連墻兼用臨時擋墻，地下室結(jié)構(gòu)布置時充分考慮結(jié)構(gòu)安全性和施工可行性，優(yōu)化柱網(wǎng)布置，當(dāng)局部框架柱無法落到分坑的邊界時，設(shè)置臨時柱支承部分框架梁，待整體施工完拆除，見圖3、圖4。

圖3 D區(qū)與C區(qū)分坑平面

圖4 D區(qū)與C區(qū)分坑預(yù)留連接做法剖面

2.3 地下室外墻退距

物業(yè)地下室基坑圍護(hù)利用先期車站的地連墻，物業(yè)地下室的側(cè)壁與地連墻的退距應(yīng)考慮物業(yè)地下室的功能布置、基樁施工、側(cè)壁施工空間等因素，綜合各因素本項目的物業(yè)地下室側(cè)壁與地連墻的最小凈距控制1 m。

3 基坑圍護(hù)

本工程場地地貌類型屬于濱海相沉積平原，基坑底板絕大部分置于②2層灰色淤泥質(zhì)黏土中，呈流塑狀，自立性差，具高靈敏度，局部置于③2層粉質(zhì)黏土中，呈軟塑狀態(tài)，土質(zhì)較差。本工程共分為2個基坑，采用明挖順作法施工。根據(jù)項目進(jìn)度安排，先施工車站東側(cè)A區(qū)1層地下室，基坑圍護(hù)采用SMW 工法樁，設(shè)一道混凝土支撐，基坑周邊4 m范圍，坑底3 m采用三軸攪拌樁加固。車站西側(cè)基坑分為B區(qū)C區(qū)，基坑圍護(hù)采用600 mm地連墻，其中B區(qū)設(shè)三道混凝土支撐，C區(qū)設(shè)二道混凝土支撐，基坑周邊10 m范圍，坑底3 m采用三軸攪拌樁加固。三道混凝土支撐換撐后，地連墻和地下室側(cè)壁間設(shè)置傳力板帶，傳力板帶寬度2 500 mm，間距3 m，對地下室側(cè)壁的抗剪承載能力進(jìn)行復(fù)核并加強(qiáng)?；影踩燃墸何鱾?cè)三層基坑為一級，西側(cè)二層基坑為二級，東側(cè)一層基坑為三級；變形保護(hù)等級均為二級。

3.1 變形控制

后期基坑開挖的土體變形、地連墻水平位移等影響車站主體結(jié)構(gòu)的變形，截取剖面進(jìn)行二維有限元計算，模型邊界281 m×100 m，東側(cè)基坑取26 m寬，西側(cè)基坑取32 m寬。計算結(jié)果表明土層水平位移為－7.8～12.0 mm，地墻水平位移－3.8～6.5 mm，車站底板東側(cè)抬升0.80 mm，西側(cè)抬升1.83 mm，豎向位移差為1.03 mm。

3.2 基坑開挖

基坑開挖時，先撐后挖，使得支撐對基坑的約束作用增強(qiáng)，以減小基坑的變形量。根據(jù)時空效應(yīng)原理［1-2］，合理安排挖土順序。按照圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐的布置情況分層、分區(qū)、分塊開挖以減小開挖土體的空間幾何體尺寸，利用空間效應(yīng)來減小基坑的變形；當(dāng)一個區(qū)段的土方挖到設(shè)計標(biāo)高后，應(yīng)立即安裝支撐，減少時間效應(yīng)對基坑變形的影響；當(dāng)部分區(qū)域挖到坑底設(shè)計標(biāo)高后應(yīng)盡快澆筑墊層，并分塊澆注底板，開挖期間確保降水設(shè)備始終正常運(yùn)行，防止基坑浸水，減少基坑回彈變形。

4 基礎(chǔ)設(shè)計

本工程采用樁筏基礎(chǔ)，樁型選用鉆孔灌注樁，以⑧－1粉細(xì)砂層為樁端持力層，實際樁長47 m。地庫和住宅采用鉆孔灌注樁樁徑600 mm，單樁抗壓承載力特征值1 900 kN，其中純地庫樁兼作抗拔樁，單樁抗拔承載力特征值1 000 kN。商業(yè)部分采用鉆孔灌注樁樁徑700 mm，單樁抗壓承載力特征值2 500 kN，單樁抗拔承載力特征值850 kN。圍護(hù)立柱樁樁徑900 mm，樁長47 m，當(dāng)立柱樁位置與工程樁重疊時，則替換部分工程樁。樁身完整性檢測采用低應(yīng)變法，檢測數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的30%，其中900 mm樁徑抽取10%采用聲波透射法檢測。

4.1 地鐵保護(hù)要求

根據(jù)《寧波市軌道交通運(yùn)營管理條例》相關(guān)規(guī)定，寧波市軌道交通安全保護(hù)要求中的軌道交通控制保護(hù)區(qū)范圍為：地下車站結(jié)構(gòu)外邊線外側(cè)50 m內(nèi)；地鐵保護(hù)控制指標(biāo)中外部作業(yè)項目對地鐵結(jié)構(gòu)的垂直位移影響控制值：地下結(jié)構(gòu)為±10 mm，站隧結(jié)合處差異沉降為5 mm。本工程基坑位于地鐵車站保護(hù)區(qū)范圍，應(yīng)嚴(yán)格控制建筑物沉降變形，以減小對地鐵設(shè)施造成的不利影響。

4.2 樁基施工

對于超長鉆孔灌注樁來說，樁身壓縮變形和孔底沉渣變形已成為樁基沉降的主要組成部分［3］。施工時應(yīng)特別注意泥漿護(hù)壁及孔底清渣的質(zhì)量，對于臨近地鐵站邊界6 m范圍內(nèi)的樁采用套管施工，套管底標(biāo)高為地鐵站基礎(chǔ)下方3 m。這樣能有效避免孔壁坍塌，使地鐵隧道周邊土體圍壓幾無變化［4］。本工程要求進(jìn)行2次清孔，沉渣厚度小于50 mm，充盈系數(shù)不小于1.1。

4.3 沉降控制

以B區(qū)沉降計算為例，采用中國建筑科學(xué)研究院編制的PKPM－JCCAD進(jìn)行整體計算分析，該方法是從單樁出發(fā)考慮群樁作用的沉降計算方法。各個沉降計算參數(shù)取值：壓縮模量Es＝13.6 MPa，沉降計算經(jīng)驗系數(shù)ψ＝1.0，樁端阻力與樁頂荷載之比α由程序自動計算，取總樁端阻力／單樁承載力，樁身壓縮系數(shù)ξe＝0.5，最終沉降計算深度Zn按應(yīng)力比法確定［5］，取Zn處的附加應(yīng)力σz＝0.2σc（σc為土的自重應(yīng)力）。計算結(jié)果表明靠近地鐵站處的沉降量最大值為7 mm，其中樁身壓縮量為2～3 mm，樁端附加應(yīng)力引起的地基土壓縮變形4～5 mm，見圖5。

圖5 B區(qū)沉降平面

5 超長地下室

B、C區(qū)物業(yè)開發(fā)部分的地下室總長度210 m，需采取有效措施減小混凝土收縮應(yīng)力，防止結(jié)構(gòu)開裂。從基礎(chǔ)底板到地下室頂板，每隔30～40 m設(shè)置后澆帶，遇人防門洞、樓梯、坡道等位置以連續(xù)式膨脹加強(qiáng)帶代替。后澆帶兩側(cè)采用鋼筋支架加鋼絲網(wǎng)或鋼板網(wǎng)隔斷，待上部結(jié)構(gòu)結(jié)頂后，將其表面浮漿剔除，并涂抹界面膠，采用強(qiáng)度等級高一級的加微膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土澆注。膨脹加強(qiáng)帶在其兩側(cè)用密孔鋼（板）絲網(wǎng)將帶內(nèi)混凝土與帶外混凝土分開。地下室混凝土采用摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土，利用混凝土的微膨脹來抵消其收縮的大部或全部，以達(dá)到減免開裂的目的。地下室基坑開挖深度深，圍護(hù)結(jié)構(gòu)換撐后，為滿足圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平力傳遞要求，后澆帶內(nèi)附加型鋼加強(qiáng)，見圖6。

圖6 后澆帶內(nèi)設(shè)置型鋼

6 施工問題

地下室側(cè)壁與已建地連墻的凈距按1 m控制，由于地連墻平整性差異較大，實際開挖后凈距局部位置偏小，以致增加了側(cè)壁施工難度，故建議兩者之間的凈距1.5 m以上為宜。本項目個別工程樁與地連墻的凈距約350 mm，成孔過程中碰到地連墻鼓包，無法完成鉆孔，而后作了補(bǔ)樁處理，故建議樁與地連墻凈距應(yīng)大于0.5 m。

上部結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化調(diào)整過程中，應(yīng)實時關(guān)注地下室施工進(jìn)度，及時把結(jié)構(gòu)變更下達(dá)到施工現(xiàn)場。因為地下室和上部結(jié)構(gòu)一般為不同的施工單位，設(shè)計應(yīng)協(xié)同業(yè)主、監(jiān)理做好銜接工作。尤其是頂板交界面的施工，應(yīng)現(xiàn)場復(fù)核上部豎向構(gòu)件的偏心、預(yù)留插筋、鋼筋的混凝土保護(hù)層等。

7 結(jié) 語

本文通過詳細(xì)闡述物業(yè)開發(fā)項目分區(qū)分坑分期建設(shè)的建筑結(jié)構(gòu)方案、預(yù)留通道設(shè)置、地下室外墻退距、地鐵安全保護(hù)、基坑變形控制及開挖、基礎(chǔ)設(shè)計及沉降控制、超長結(jié)構(gòu)處理、施工問題等方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，從時間和空間上充分考慮物業(yè)開發(fā)和地鐵站的相互影響，把地鐵站和物業(yè)開發(fā)進(jìn)行一體化設(shè)計，從而提高物業(yè)開發(fā)質(zhì)量和規(guī)模化，實現(xiàn)軌道交通可持續(xù)發(fā)展。