成都地鐵2號(hào)線林家大堰站附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　成都地鐵2號(hào)線林家大堰站附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：成都地鐵2號(hào)線東延線林家大堰高架車站主體結(jié)構(gòu)采用“建橋合一”形式，附屬用房結(jié)構(gòu)為二層框架結(jié)構(gòu)，附屬天橋結(jié)構(gòu)采用框架梁板結(jié)構(gòu)、樁基礎(chǔ)形式。根據(jù)車站結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)及施工配合實(shí)踐體會(huì)，分析了車站附屬結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，運(yùn)用PKPM軟件等建模進(jìn)行附屬結(jié)構(gòu)的整體性能分析，考慮了設(shè)備區(qū)重型荷載和軟弱下臥層等因素的影響；就施工配合過程中出現(xiàn)的問

2、題展開討論，分析了問題出現(xiàn)的原因并提出相應(yīng)的解決方法，在同類車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工中起到借鑒和參考作用。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高架車站，建橋合一，附屬結(jié)構(gòu)，軟弱下臥層 </p><p>　　中圖分類號(hào)：U231+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　

3、林家大堰站作為成都市地鐵2號(hào)線東延線的第一座車站，位于規(guī)劃龍工北路道路中央綠化帶內(nèi)，西接行政學(xué)院（經(jīng)干院）站，東接龍泉西站，為高架三層側(cè)式車站，采用“建橋合一”結(jié)構(gòu)。車站有效站臺(tái)長(zhǎng)120m，總長(zhǎng)122.8m，標(biāo)準(zhǔn)段寬22m，自上而下依次為行車道及站臺(tái)層、站廳層和地面架空層，車站下方龍工北路規(guī)劃為雙向八車道，中央綠化帶寬約5m。站址周邊現(xiàn)狀地塊主要為農(nóng)田及桃梨園，未見重要建（構(gòu)）筑物及管線分布。 </p><p>

4、　　作為主體結(jié)構(gòu)的配套設(shè)施，車站設(shè)備管理用房及出入口布置在規(guī)劃龍工北路南北兩側(cè)紅、綠線范圍內(nèi)，通過過街天橋與車站主體結(jié)構(gòu)相連，以實(shí)現(xiàn)車站服務(wù)功能，兼顧行人過街需求。基于以上簡(jiǎn)述，本文對(duì)車站附屬設(shè)備管理用房（下稱附屬用房）、出入口及過街天橋（下稱附屬天橋）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案展開分析，與車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成一套完整的方案。 </p><p><b>　　2 附屬結(jié)構(gòu)方案 </b></p>

5、<p>　　2.1 附屬用房結(jié)構(gòu)形式 </p><p>　　2.1.1 附屬用房結(jié)構(gòu)主體形式 </p><p>　　附屬用房為二層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，開間8.0m，進(jìn)深7.2m，外包尺寸14.4*68.0m。首層高度7.200m，其中高程2.240m設(shè)電纜夾層，物業(yè)區(qū)頂面設(shè)計(jì)高程3.920m，結(jié)構(gòu)主體高度12.000m。因此，除去裝修面后，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中以-0.100m、2.1

6、40m、3.920m、7.050m和12.000m五個(gè)標(biāo)高給出結(jié)構(gòu)柱、梁、板等構(gòu)件的布置和配筋信息。圖1、2分別為其中代表性分層平面布置情況。 </p><p>　　圖12.140m結(jié)構(gòu)平面布置圖 </p><p>　　圖27.050m結(jié)構(gòu)平面布置圖 </p><p>　　2.1.2 附屬用房結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式及地基處理 </p><p>　　根據(jù)

7、地質(zhì)勘察報(bào)告、附屬用房上部結(jié)構(gòu)選型和布置情況以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地調(diào)查，本結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式選擇柱下擴(kuò)展基礎(chǔ)即鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，其雙向配筋具有分散部分荷載的作用，有利于基礎(chǔ)底板內(nèi)力重分布?；A(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，墊層為C20。 </p><p>　　本站附屬用房的±0.000設(shè)計(jì)標(biāo)高為518.460m，而現(xiàn)有地面標(biāo)高約為512.900m，現(xiàn)狀地層信息中，表層為種植土（厚約0.5m），下部為軟塑性粘土。軟土屬不

8、良地質(zhì)，不能用做附屬用房天然地基，故需對(duì)現(xiàn)有地基土層進(jìn)行換填處理，措施如下： </p><p>　　1）地基處理采用分層夯實(shí)壓實(shí)填土，利用砂卵石做填料，其中粒徑大于20mm的顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量的30%，最大粒徑不大于40mm； </p><p>　　2）分層填筑砂卵石，利用振動(dòng)碾機(jī)械碾壓，每層填筑厚度不大于0.5m，每層壓實(shí)遍數(shù)不小于8遍； </p><p>　　3

9、）分層檢測(cè)壓實(shí)系數(shù)λc，壓實(shí)系數(shù)不低于0.97； </p><p>　　4）壓實(shí)填土的承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定，壓實(shí)處理后承載力特征值不低于180kPa，壓實(shí)填土鄰空一側(cè)以1:1.5進(jìn)行放坡。 </p><p>　　2.1.3 附屬用房外立面對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 </p><p>　　車站附屬外立面根據(jù)站景設(shè)計(jì)要求布置，一般多采用玻璃幕墻等輕型結(jié)構(gòu)，在車站

10、土建工程結(jié)束后方進(jìn)行外立面結(jié)構(gòu)的安裝，因此需在結(jié)構(gòu)主要承重和銜接部位預(yù)留接口和埋件等以達(dá)到其安裝要求。 </p><p>　　2.2 附屬天橋結(jié)構(gòu)形式 </p><p>　　2.1.1 附屬天橋結(jié)構(gòu)主體形式 </p><p>　　附屬天橋主橋結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆梁，板，柱，布置于主體結(jié)構(gòu)南北兩側(cè)，跨徑為8.6m+16.3m，中間支撐柱均位于規(guī)劃龍工北路綠化帶內(nèi)，另

11、在橋面以下標(biāo)高3.500m處增設(shè)一層柱間聯(lián)系梁以增加天橋結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。北側(cè)天橋兩端搭設(shè)于主體結(jié)構(gòu)外伸L形梁和附屬用房框架柱牛腿之上；對(duì)于南側(cè)天橋，除將北端搭設(shè)于主體L形梁外，在南端設(shè)置四框架柱作為支撐體系使之與上橋樓梯連通。上橋樓梯結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆梁式樓梯。 </p><p>　　2.1.2 附屬天橋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式 </p><p>　　根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及天橋結(jié)構(gòu)形式，天橋柱下基礎(chǔ)

12、均采用樁基礎(chǔ)，以保證天橋結(jié)構(gòu)的承載能力。本設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁型為摩擦樁，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，設(shè)計(jì)樁徑為0.60m。 </p><p>　　在計(jì)算單樁承載力特征值時(shí)，對(duì)于天橋結(jié)構(gòu)一側(cè)的軟弱土層不參與計(jì)算，其地基處理措施與附屬用房側(cè)類似，由于該側(cè)軟弱土層分布較淺且樁基礎(chǔ)能夠達(dá)到上部結(jié)構(gòu)的承載力要求，對(duì)其處理后的壓實(shí)系數(shù)及承載力要求稍低。 </p><p>　　2.1

13、.3 附屬天橋結(jié)構(gòu)雨棚形式 </p><p>　　天橋雨棚結(jié)構(gòu)采用外包輕鋼雨棚鋼結(jié)構(gòu)體系，由主鋼架、H型實(shí)腹梁、H型實(shí)腹檁條、水平圓鋼、撐管及其他屋面系統(tǒng)組成，雨棚順天橋縱向典型柱距為4.670/4.790m。屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用壓型彩色鋼板。 </p><p>　　3 結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算 </p><p>　　3.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算規(guī)定 </p><p>

14、;　　附屬用房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為100年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)為1.1，建筑抗震設(shè)防類別為乙類，抗震設(shè)防烈度為7度（基本地震加速度0.1g)，按8度考慮抗震措施，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采取相應(yīng)的構(gòu)造處理措施，以提高結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。 </p><p>　　天橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年，結(jié)構(gòu)的耐久性按100年進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)永久構(gòu)件的安全等級(jí)為一級(jí)，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性系數(shù)γ0取1.1，地震作用設(shè)防烈度為7度（

15、0.1g），按8度采取抗震構(gòu)造措施。天橋梁、板混凝土構(gòu)件的裂縫寬度限值0.3mm。 </p><p>　　設(shè)計(jì)地震分組第三組，砼框架抗震等級(jí)為三級(jí)，地基土類型為Ⅱ類場(chǎng)地土。 </p><p>　　3.2 荷載及荷載組合的選用 </p><p>　　3.2.1 主要設(shè)計(jì)荷載 </p><p><b>　　1. 永久荷載 </b&

16、gt;</p><p>　　除考慮結(jié)構(gòu)梁板柱自重外（混凝土容重取25.0kN/m3），考慮裝修荷載為4.0kN/m2，屋面防水找平層考慮恒載為4.5kN/m2，梁上填充墻采用200mm厚加氣混凝土空心砌塊（容重不大于8.0 kN/m3），以及吊鉤荷載和樓扶梯支撐反力（以梁間集中荷載方式施加）。 </p><p><b>　　2. 可變荷載 </b></p>

17、<p>　　車站公共區(qū)樓板、樓梯為4.0kN/m2，天橋?yàn)?.0kN/m2，綜合電源室、信號(hào)電源室、車站控制室、通信設(shè)備室、綜合監(jiān)控設(shè)備室、AFC票務(wù)室、信號(hào)設(shè)備室等設(shè)備區(qū)為8.0kN/m2，降壓變電所、牽引降壓混合所以實(shí)際重量為準(zhǔn)，房間等效均布活載標(biāo)準(zhǔn)值值小于8.0kN/m2時(shí)，取8.0kN/m2。廁所、盥洗室為2.5kN/m2，其他設(shè)備用房樓面不小于4kN/m2。 </p><p><b&

18、gt;　　3. 溫度荷載 </b></p><p>　　混凝土結(jié)構(gòu)隨溫度升降宜用當(dāng)?shù)卦缕骄鶜鉁貫閰⒄諄泶_定，一般取±20℃。混凝土收縮應(yīng)按照降溫15℃考慮。 </p><p><b>　　4. 地震荷載 </b></p><p>　　本工程地震基本烈度為Ⅶ度，按Ⅷ度采取抗震構(gòu)造措施。 </p><p&g

19、t;<b>　　5. 風(fēng)荷載 </b></p><p>　　風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值=0.35kN/m2。 </p><p>　　6. 天橋上部雨棚柱底荷載 </p><p>　　由上部鋼結(jié)構(gòu)及雨棚荷載工況求得，恒載F（x,z）=（0.011,43.750）kN；M（y）=13.638kN·m，活載F’（x,z）=（0.011,43.750）kN

20、；M’（y）=13.638kN·m。 </p><p>　　3.2.2 荷載組合 </p><p>　　根據(jù)使用過程中在結(jié)構(gòu)上可能同時(shí)出現(xiàn)的荷載，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載組合，并取各自的最不利的組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，附屬結(jié)構(gòu)采用的荷載組合見表1。 </p><p><b>　　表1荷載組合表 </b></p>

21、;<p>　　3.3 附屬用房結(jié)構(gòu)計(jì)算 </p><p>　　附屬用房結(jié)構(gòu)計(jì)算按照整體模型建模，運(yùn)用pkpm-satwe進(jìn)行內(nèi)力分析計(jì)算，基礎(chǔ)采用JCCAD 進(jìn)行計(jì)算。施工階段考慮分層剛度分層加載模式，較好地模擬了在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，逐層加載，逐層找平的過程。 </p><p>　　框架結(jié)構(gòu)的柱、梁均采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行建模，鋼筋混凝土樓板采用平面應(yīng)力單元來模擬，基礎(chǔ)模型采

22、用節(jié)點(diǎn)彈性支撐來實(shí)現(xiàn)，在節(jié)點(diǎn)局部坐標(biāo)系的各個(gè)方向輸入選定節(jié)點(diǎn)的彈性剛度，并在柱底設(shè)置為固接支撐。另對(duì)于結(jié)構(gòu)主承力構(gòu)件的計(jì)算及配筋均采用MorGain軟件進(jìn)行二次核對(duì)，以使結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全有保障。 </p><p>　　計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)列如下： </p><p>　　1. 采用荷載組合縱向框架梁最大撓度：15mm<[a]=L0/300（L0為框架梁計(jì)算跨度）。 </p><

23、p>　　2. 框架梁最大裂縫寬度均滿足裂縫寬度不大于0.3mm的要求。 </p><p>　　3. 最大層間位移角：1/799<[θ]=1/550滿足規(guī)范要求（垂直線路方向的地震工況，荷載組合16）。 </p><p>　　4. 附屬用房結(jié)構(gòu)主梁內(nèi)力及配筋計(jì)算結(jié)果見表2。 </p><p>　　表2附屬用房結(jié)構(gòu)主梁內(nèi)力及配筋 </p>&l

24、t;p>　　3.4 附屬天橋結(jié)構(gòu)計(jì)算 </p><p>　　天橋結(jié)構(gòu)計(jì)算按照整體模型建模，通過Midas-gen結(jié)構(gòu)分析通用程序進(jìn)行內(nèi)力分析，并通過pkpm-satwe進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算過程中的施工階段同樣考慮分層剛度分層加載模式。 </p><p>　　上部鋼結(jié)構(gòu)雨棚采用同濟(jì)大學(xué)3D3S10.0進(jìn)行計(jì)算分析，將最不利組合的節(jié)點(diǎn)荷載作用在結(jié)構(gòu)縱梁相應(yīng)部位，以此來模擬上部雨棚結(jié)構(gòu)對(duì)天橋的作

25、用。 </p><p>　　計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)列如下： </p><p>　　1. 采用荷載組合縱向框架梁最大撓度：42mm<[a]=L0/300（L0為框架梁計(jì)算跨度）。 </p><p>　　2. 框架梁最大裂縫寬度均滿足裂縫寬度不大于0.3mm的要求。 </p><p>　　3. 最大層間位移角：1/1875<[θ]=1/550滿足

26、規(guī)范要求。 </p><p>　　4. 附屬用房結(jié)構(gòu)主梁內(nèi)力及配筋計(jì)算結(jié)果見表3。 </p><p>　　表3天橋結(jié)構(gòu)主梁內(nèi)力及配筋 </p><p>　　4 施工中的問題及解決 </p><p>　　4.1 軟弱下臥層的進(jìn)一步弱化 </p><p>　　施工過程中，施工單位上報(bào)說明在附屬用房范圍內(nèi)的軟弱土層（軟塑性粘

27、土）由于長(zhǎng)期匯水，發(fā)生了進(jìn)一步弱化，地層承載力已不能達(dá)到地勘報(bào)告中的100kPa，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀察和挖探情況，影響深度最大達(dá)4~5m。 </p><p>　　地勘單位新提供的建議值為70~85KPa（自西側(cè)向東側(cè)遞增），經(jīng)過計(jì)算附屬用房西側(cè)的軟弱土層作為下臥層已無法滿足上部結(jié)構(gòu)及土重的承載力要求，對(duì)附屬用房結(jié)構(gòu)的施工和正常使用產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。 </p><p><b>　　4.2

28、解決方案 </b></p><p>　　通過對(duì)結(jié)構(gòu)類型、使用要求、地層、土質(zhì)、水流特征以及現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境、條件等因素的綜合分析，提出兩個(gè)方案進(jìn)行比選，即調(diào)整附屬用房基礎(chǔ)形式和換填該部分軟弱地層土。 </p><p>　　1. 調(diào)整結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式 </p><p>　　施工圖設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，填方填料為砂卵石。如調(diào)整基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，使之直接

29、與下部持力層相接，使結(jié)構(gòu)施工和使用的安全性得到保障，同時(shí)可對(duì)填方填料要求做適當(dāng)放寬。 </p><p><b>　　2. 換填軟弱土 </b></p><p>　　對(duì)下層軟弱土進(jìn)行換填，填料可采用與原設(shè)計(jì)中相同的砂卵石，同時(shí)在與開挖面相接的填土層增加1m厚度水泥摻加料（含量5%）以增加其整體穩(wěn)定性。此方案不需更換結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式及上部填方填料，另外針對(duì)軟弱土的地層分布和承

30、載力變化特點(diǎn)，可考慮分區(qū)域臺(tái)階形換填，以減少換填量和施工時(shí)間。 </p><p>　　經(jīng)過對(duì)比，調(diào)整基礎(chǔ)形式增加工程量過大，相應(yīng)追加造價(jià)及工期過多，不宜選用；換填軟弱土則在達(dá)到相同效果的前提下控制了造價(jià)規(guī)模，故作為本次處理措施的首選方案。 </p><p><b>　　5 結(jié)語 </b></p><p>　　1）由于附屬用房集中布置了電源室、車

31、控室、通信信號(hào)設(shè)備室和綜合監(jiān)控設(shè)備室等設(shè)備和管理功能間，其荷載較大，同時(shí)場(chǎng)地下方分布有軟弱下臥層，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了較高要求。為此在計(jì)算中至少采用兩種軟件，以達(dá)到相互校核，嚴(yán)格控制，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全有保障。 </p><p>　　2）對(duì)于軟弱土層的進(jìn)一步弱化問題，究其原因在于長(zhǎng)期匯水，而如能在施工主體結(jié)構(gòu)之初就對(duì)此施以截、排水措施，則該問題完全可以避免。因此，在施工組織中應(yīng)以此為戒，考慮不利因素的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響，統(tǒng)籌安排。

32、同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中對(duì)于結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的選型也應(yīng)充分考慮到各方面因素，加以優(yōu)化完善。 </p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 北京城建設(shè)計(jì)研究總院．GB 50157-2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．北京：中國計(jì)劃出版社，2003：57-66． </p><p>　　[2] 成都地鐵2號(hào)線東延線工程TJ1標(biāo)段林家大

33、堰站（YK47+299.000～YK47+419.000）巖土工程勘察報(bào)告[R]．成都：中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司/中國建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，2012． </p><p>　　[3] 許柏山．成都地鐵2號(hào)線林家大堰站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]．城市建設(shè)理論研究，2012(3)：12-15． </p><p>　　[4] Daniel L.Schodek．建筑結(jié)構(gòu)-分析方法及其設(shè)計(jì)應(yīng)用：4