蘇州軌道交通蘇州火車站站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

蘇州軌道交通蘇州火車站站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【摘要】介紹了蘇州軌道交通2號(hào)線蘇州火車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn),探討了新型的國(guó)鐵車站與地鐵車站合建時(shí)所采用的施工方法、結(jié)構(gòu)方案的合理性,成果對(duì)多層軌道交通交匯點(diǎn)設(shè)計(jì)有參考價(jià)值。【關(guān)鍵詞】深基坑;逆作法;地下連續(xù)墻;垂直承載

1、車站概況

蘇州軌道交通蘇州火車站,為2、4號(hào)線的換乘站,兩線垂直相交,“T”型換乘。整個(gè)車站均位于新建滬寧城際鐵路蘇州火車站城際站房正下方,與國(guó)鐵車站同期建設(shè)。2號(hào)線東西向沿國(guó)鐵北站房布置,位于北站房下方,外包總長(zhǎng)為118.30m,標(biāo)準(zhǔn)段外包總寬為28.7m;4號(hào)線南北向垂直國(guó)鐵站場(chǎng)布置,外包總長(zhǎng)為124.2m,外包總寬為26.4m。車站總平面圖見圖1。

根據(jù)建筑方案,國(guó)鐵車站與地鐵車站采用無(wú)縫對(duì)接,以做到零距離換乘:地下一層為國(guó)鐵車站的出站廳及城市通道、2號(hào)線蘇州火車站的站廳層;地下二層為2號(hào)線的站臺(tái)層及4號(hào)線站廳層;地下三層為4號(hào)線站臺(tái)層。地下一層基坑深約9.6m;地下二層(2號(hào)線)基坑深約17m,地下三層基坑深約23.4m。剖面關(guān)系見圖2。2、車站范圍內(nèi)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概述

根據(jù)地質(zhì)詳勘報(bào)告,基坑開挖深度范圍內(nèi)的土層主要為人工填土、③1層硬~可塑粘土、③2層軟~可塑粉質(zhì)粘土、④2層軟~流塑粉質(zhì)粘土、④3層稍~中密粉砂夾粉質(zhì)粘土、④5層軟~流塑粉質(zhì)粘土及⑤1層粘土;圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入土層為⑥3層粉質(zhì)粘土夾粉土或⑦2層粉質(zhì)粘土。

根據(jù)埋藏特征,可將地下水分為孔隙潛水含水層、微承壓含水層、承壓含水層。

地下連續(xù)墻作為擋土結(jié)構(gòu)是個(gè)相當(dāng)成熟的工藝,其設(shè)計(jì)過程不再贅述。但用于豎向承載,國(guó)內(nèi)對(duì)它的設(shè)計(jì)尚缺乏足夠的試驗(yàn)依據(jù)和理論分析,使工程應(yīng)用受到很大限制[2~4]。在設(shè)計(jì)時(shí),參照樁基設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行,并進(jìn)行了三幅地下連續(xù)墻靜載試驗(yàn),其中兩幅“一”字幅,一幅“L”幅。

試驗(yàn)墻墻厚800mm,幅寬6000mm,墻長(zhǎng)為60m,極限承載力為27050kN。錨樁采用8根Φ850灌注樁。布置如圖5。

在上部荷載作用下,其墻體累計(jì)沉降量很小,最大沉降量?jī)H5.34mm,卸荷回彈率高,墻端處于彈性變形階段。從U-δ曲線來看,為緩變型,墻體的極限承載力不低于30000kN。另考慮到具體實(shí)施的過程中槽段之間采用剛性接頭,且槽底通過注漿加固處理,其豎向承載力及沉降等要求均應(yīng)比試驗(yàn)墻為好,故地下墻能滿足作為結(jié)構(gòu)豎向承重構(gòu)件的要求。4.1.3中間豎向立柱設(shè)計(jì)

本工點(diǎn)的逆作系統(tǒng)由兩側(cè)地下墻及中間立柱組成。中間立柱結(jié)合永久柱一并考慮。立柱采用H型鋼(500×300),鋼材種類為Q345。每永久柱位布設(shè)1根,縱向間距為8.5m,橫向間距為6.9m。柱頂焊有矩形蓋板與頂梁連接;立柱與負(fù)2、3層底板梁結(jié)構(gòu)處,設(shè)有抗拉鋼板(用于與縱梁主筋的連接)、傳遞剪力的牛腿(兼抗拉鋼板的支承板);縱梁主筋盡量從立柱兩邊繞行,中間無(wú)法繞過時(shí)焊在抗拉鋼板上,各層板縱向主筋通過腹板上的預(yù)留孔穿過鋼立柱,中板梁構(gòu)造如圖6[5]。

過大的偏心會(huì)造成H型柱應(yīng)力增加,在柱的設(shè)計(jì)中必須根據(jù)施工允許誤差計(jì)入偏心的影響。根據(jù)計(jì)算,當(dāng)按1/300控制時(shí),H型鋼立柱應(yīng)力增加28%;當(dāng)按1/500控制時(shí),立柱應(yīng)力增加為16.8%。根據(jù)相關(guān)工程實(shí)例,通過精心組織,立柱垂直度均可控制在1/500以內(nèi)[6],故在設(shè)計(jì)中要求不垂直度小于1/500,既方便施工,同時(shí)也做到了經(jīng)濟(jì)合理。

立柱樁采用Φ1000鉆孔灌注樁,樁徑的選擇綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性及H型鋼柱施工的方便兩方面。根據(jù)結(jié)構(gòu)使用階段的需要,立柱樁還作為使用期間的抗浮樁。4.2主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車站采用逆作法施工,地下墻與內(nèi)襯墻為疊合式構(gòu)造。標(biāo)準(zhǔn)段計(jì)算時(shí),模擬結(jié)構(gòu)施工各不同階段及使用階段不同受力情況,采用增量法計(jì)算[7]。在各階段計(jì)算中,最難控制的是站房附加荷載作用在地鐵結(jié)構(gòu)上的時(shí)機(jī),該工況必須根據(jù)施工組織來明確,并且在實(shí)施中得到嚴(yán)格的遵守,在設(shè)計(jì)中還應(yīng)留有余量。各階段受力工況如圖7。

根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算,在水浮力作用下,3層板跨中均向上變形,而側(cè)墻角點(diǎn)在上部站房下傳荷載的作用下產(chǎn)生沉降,立柱與側(cè)墻角點(diǎn)之間的不均勻沉降較大。為控制不均勻沉降并改善3層板的受力,將立柱樁作為使用期間的抗浮樁使用。立柱樁的設(shè)置除考慮3層板的受力需要外,還需控制立柱向上位移的絕對(duì)值[8],使之與側(cè)墻角點(diǎn)的沉降差不大于15mm。根據(jù)試算及靜載抗拔試驗(yàn),除立柱樁外,每斷面(縱向柱跨范圍內(nèi))增加了4根抗拔樁。5、實(shí)施與監(jiān)測(cè)5.1連續(xù)墻施工

根據(jù)靜載試驗(yàn)及荷載,4號(hào)線連續(xù)墻有效墻深為44.79m,施工從既有地面開始施工,地墻的成槽深度近56m。在初期施工中,坍孔現(xiàn)象較為嚴(yán)重,發(fā)生了因坍孔而將槽壁機(jī)埋入的事故。考慮地下墻是作為上部站房結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),其位置是唯一的,一旦在鋼筋籠吊裝過程出現(xiàn)坍塌,柱位損失后將無(wú)法補(bǔ)救,因此必須采取有力措施保證連續(xù)墻成槽。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),坍槽主要發(fā)生在粉土、粉砂層。同時(shí)有限元分析也表明:①由于④3層土的粉砂性較重,在微承壓水作用下,槽壁出現(xiàn)較大的水平變形,槽壁周圍土體出現(xiàn)破壞,主要發(fā)生的④3的頂部和底部;②槽段較深,成槽時(shí)長(zhǎng)時(shí)間、高頻次的對(duì)側(cè)壁產(chǎn)生吸附、沖擊,導(dǎo)致④3粉土夾粉砂層松動(dòng)、坍孔。綜合周邊場(chǎng)地條件,決定采用旋噴樁對(duì)粉土夾粉砂層段進(jìn)行槽壁加固處理,加固后未出現(xiàn)坍孔現(xiàn)象,成墻速度明顯加快。

施工完成后,在基坑內(nèi)進(jìn)行了抽水試驗(yàn),用以檢查連續(xù)墻是否隔斷承壓水及墻縫滲漏水情況。經(jīng)過一年半的觀測(cè),承壓水位僅上升了2m;說明連續(xù)墻接縫、垂直度均控制得較好,有效的隔斷了承壓水,為后期開挖提供了良好的條件。5.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)

施工期間,對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移及沉降、以及鋼支撐軸力等進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。底板澆筑完工后,地下連續(xù)墻的最大水平位移δhm變形形態(tài)與計(jì)算基本一致,隨著土向下開挖,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大變形位置也不斷下降,最大變形出現(xiàn)在負(fù)1層板下12m(臨時(shí)鋼支撐處),與計(jì)算相同;但δhm僅為6.54mm,小于設(shè)計(jì)的15.4mm。臨時(shí)鋼支撐軸力為872kN,小于設(shè)計(jì)值1450kN。冠梁頂(墻頂)基本上沒有沉降(或隆起)。其中原因有如下幾點(diǎn):

(1)位于連續(xù)墻外側(cè)的站房樁基及橋梁樁基與連續(xù)墻通過負(fù)1層底板組成了一個(gè)類似于雙排樁的圍護(hù)結(jié)構(gòu),樁基分擔(dān)了部分荷載;

(2)負(fù)1層大基坑降水后,土體的力學(xué)性質(zhì)有了提高,水頭高度降低;設(shè)計(jì)中為了穩(wěn)妥起見,未考慮該部分影響。

現(xiàn)在站房及地鐵車站土建結(jié)構(gòu)已完工,設(shè)備安裝也即將結(jié)束。結(jié)構(gòu)體系各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)均在安全、可控的狀況下。6、結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在,鐵路及軌道交通正處于高速發(fā)展的時(shí)期,鐵路站房所在的區(qū)域往往會(huì)成為集國(guó)鐵、地鐵、公交、長(zhǎng)途、旅游車等于一體的綜合交通換乘樞紐。在“以人為本”的設(shè)計(jì)理念下,為方便旅客換乘、縮短乘客的換乘距離,往往要做到“零換乘”,如新建的廣州站、武漢站、北京南站、蘇州站等。這些站房都將地鐵站房直接修在國(guó)鐵站房下面,就往往需要在建筑、結(jié)構(gòu)、工法上做出各種創(chuàng)新。

本站通過采取選取國(guó)鐵明挖順作、地鐵逆作的工法,解決了施工工期問題;將地下連續(xù)墻做為站房基礎(chǔ),降低了工程造價(jià),為將地下連續(xù)墻作為基礎(chǔ)承載作出了有益的嘗試;為今后類似工程的實(shí)施提供了一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。參考文獻(xiàn):[1]王衛(wèi)東,翁其平.“兩墻合一”設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)問題研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2005,1(4):574-578.[2]常紅,夏明耀,傅德明.地下連續(xù)墻垂直承載力室內(nèi)模擬試驗(yàn)研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),1998,26(3):279-283.[3]傅德明,王慶國(guó),夏明耀.地下連續(xù)墻垂直承載力現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究[J].地下工程與隧道,1997,(2):24-31.[4]常紅,鄭越.豎向承載地下連續(xù)墻的沉降計(jì)算[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2003,16(3):73-76.[5]閆麗娟.型鋼混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)研究[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2007,17(33):258-259.[6