張志敏

摘要：通過參與深圳地鐵車站設(shè)計，進而對明挖地鐵車站疊合墻和復(fù)合墻分別從計算，受力分析，工程造價等方面進行了綜合分析比較，并提出了作者觀點。

關(guān)鍵詞： 地鐵車站；疊合墻；復(fù)合墻；受力體系

Abstract: through participating in shenzhen subway station design, then the Ming dig metro station composite wall and composite wall respectively from the calculation, stress analysis, project cost aspects of the comprehensive analysis and comparison, the author puts forward and views.

Key words: the subway station; Composite wall; Composite wall; Stress system

中圖分類號： U231+.4文獻標識碼：A文章編號：

前言

GB 50157 – 2003地鐵設(shè)計規(guī)范10.4.2中提到：“地下連續(xù)墻支護宜作為主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻的一部分與內(nèi)襯墻共同受力。墻體的結(jié)合方式根據(jù)使用、受力及防水等要求，可選用疊合式或復(fù)合式構(gòu)造”。在深圳地區(qū)已設(shè)計完成及正在設(shè)計階段的明挖地鐵車站，復(fù)合墻、疊合墻均有使用，就全國而言，車站地連墻使用復(fù)合墻居多，有關(guān)疊合墻與復(fù)合墻孰好孰壞，業(yè)內(nèi)存在諸多不同說法。本文主要是通過筆者參與深圳三號線和七號線明挖車站的設(shè)計，又查閱了一些文獻質(zhì)料，從而對明挖地鐵車站地下連續(xù)墻，具體到復(fù)合墻與疊合墻，從計算、受力分析、工程造價幾個方面較為詳細的闡述說明。

1工程概況

深圳地鐵7號線石廈站為換乘站，呈東西走向，與3號線石廈站“L”型換乘。車站所在地區(qū)原始地貌為沖洪積平原，局部為臺地，地面高層一般為4.90～5.83m，自上而下地層基本為素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖、強風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖、微風(fēng)化花崗巖。地層無明顯斷裂構(gòu)造，場地構(gòu)穩(wěn)定性總體較好。本站為地下三層島式車站，車站頂板覆土厚度約為3.0m，雙柱三跨結(jié)構(gòu)，標準段結(jié)構(gòu)外皮凈寬20.3m，基坑深度約為26m，明挖順筑法施工，圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻。當(dāng)考慮圍護結(jié)構(gòu)及側(cè)摩阻力時，結(jié)構(gòu)滿足抗浮要求，但為了改善浮力工況結(jié)構(gòu)受力，在結(jié)構(gòu)柱下設(shè)置抗拔樁。車站所處環(huán)境為Ⅰ-B類環(huán)境。

2計算

疊合墻與復(fù)合墻主要區(qū)別是其受力體系不同，疊合墻：圍護結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻通過剪力槽、預(yù)埋鋼筋等結(jié)構(gòu)施工措施，使其疊合面?zhèn)鬟f剪力，從而形成一個整體；復(fù)合墻：圍護結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻分離設(shè)置，二者之間通過防水層隔開，疊合面不傳遞彎矩剪力，只傳遞法相壓力。由于受力體系的不同，從而在計算建模上存在差異，下面從施工階段和正常使用階段分別予以說明。

施工階段：疊合墻與復(fù)合墻計算模式基本一致，模擬基坑開挖、支撐，拆撐，結(jié)構(gòu)回筑全過程，基坑內(nèi)降水，粘性土采用水土合算，砂性土采用水土分算，荷載按“增量法”，圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力按彈性地基桿系有限元計算分析，基坑底上部迎土側(cè)按主動土壓力計算，基坑底下部考慮圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)主動被動土壓力相抵后形成矩形土壓力荷載，并在圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)計入一組彈性支撐。通過計算分析從而使設(shè)計滿足基坑整體穩(wěn)定、抗傾覆、抗管涌、抗隆起等要求。

使用階段：由于受力體系不同，疊合墻與復(fù)合墻計算建模有很大區(qū)別，對于疊合墻，需將圍護結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻看做一個整體，共同組成結(jié)構(gòu)側(cè)墻來承受側(cè)向水土壓力，側(cè)向土壓力按靜止土壓力計算。對于復(fù)合墻，由于圍護結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻分離設(shè)置，在長期使用階段，圍護結(jié)構(gòu)剛度有所折減，地下水繞流至結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻，故建模時，一般采用鏈桿模型，同時考慮圍護結(jié)構(gòu)剛度折減。所謂鏈桿模型即在建模時，在圍護結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻間設(shè)置鏈桿用來傳遞二者間的法向壓力，當(dāng)受拉力時，鏈桿自動脫開，水壓力全部加載到結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻上來承擔(dān)，而側(cè)向土壓力加載到圍護結(jié)構(gòu)上由二者共同承擔(dān)，側(cè)向土壓力按靜止土壓力計算。計算簡圖見圖1。

圖1復(fù)合墻計算模型

3受力分析

通過對石廈站分別采用疊合墻和復(fù)合墻體系建模計算的結(jié)果比較，同時結(jié)合疊合墻與復(fù)合墻不同的受力體系，可得出二者有如下受力特征:

圍護結(jié)構(gòu)：對于復(fù)合墻，由于圍護結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻分離設(shè)置，不是作為一個整體來共同承擔(dān)側(cè)向水土壓力，所以其受力工況主要受施工階段控制，且其裂縫寬度一般控制到0.3mm，而對于疊合墻，圍護結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)受力一部分，其受力工況受施工階段和使用階段共同控制。且其裂縫寬度要嚴格按照規(guī)范控制，至少為0.2mm。同時由于圍護結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)板剛性連接，故在節(jié)點處彎矩較大，因此疊合墻圍護結(jié)構(gòu)含鋼量要高于復(fù)合墻圍護結(jié)構(gòu)含鋼量。

主體結(jié)構(gòu)：對于結(jié)構(gòu)頂?shù)装暹呏ё鶑澗?，由于疊合墻頂?shù)装迮c圍護結(jié)構(gòu)剛性連接，節(jié)點剛度很大，故邊支座承但較大彎矩，而復(fù)合墻邊墻較薄，結(jié)構(gòu)頂?shù)装迮c側(cè)墻節(jié)點剛度較小，邊支座彎矩值相對于疊合墻要小的多，中板彎矩值很小，故二者差距不大。對于結(jié)構(gòu)頂中底板跨中彎矩，按照計算結(jié)果，疊合墻與復(fù)合墻方案差距不大，但疊合墻方案施工相對復(fù)雜，結(jié)構(gòu)封閉之前經(jīng)受受力工況較多，同時由于結(jié)構(gòu)板與圍護結(jié)構(gòu)剛性節(jié)點施工時很難完全保證，需將跨中彎矩計算結(jié)果上調(diào)一定比例，因此，疊合墻方案結(jié)構(gòu)頂中底板跨中彎矩一般稍高于復(fù)合墻方案。綜上所述，一般情況而言，對于相同體積結(jié)構(gòu)板，疊合墻方案板結(jié)構(gòu)含鋼量要高于復(fù)合墻方案板結(jié)構(gòu)含鋼量。對于結(jié)構(gòu)側(cè)墻，由于疊合墻結(jié)構(gòu)側(cè)墻與圍護結(jié)構(gòu)作為一個整體共同受力，而復(fù)合墻結(jié)構(gòu)側(cè)墻需單獨承受水壓力和部分土壓力，故疊合墻方案結(jié)構(gòu)側(cè)墻外側(cè)只需按構(gòu)造配筋，含鋼量遠小于復(fù)合墻方案。

4 工程造價

疊合墻方案充分發(fā)揮了圍護結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻的作用，將圍護結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻合成一個整體，從而使結(jié)構(gòu)剛度大，占地面積小，節(jié)約混凝土用量，同時地連墻和結(jié)構(gòu)墻共同參與了抗浮，一般可以滿足抗浮要求，避免了抗拔樁、壓頂梁的設(shè)置，再者疊合墻充分發(fā)揮了結(jié)構(gòu)自防水能力，取消了防水層的設(shè)置。綜上所述，很多人會認為疊合墻方案很大程度的節(jié)約工程造價，其優(yōu)于復(fù)合墻方案。其實這只是直觀的認識，不能因此就單一的認為疊合墻方案優(yōu)于復(fù)合墻方案。

首先疊合墻方案雖然結(jié)構(gòu)側(cè)墻混凝土用量有所減少，但通過本文前面分析可知，疊合墻圍護結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)頂?shù)装搴摿慷家哂趶?fù)合墻方案，同時結(jié)構(gòu)板與連續(xù)墻鋼筋連接需要大量的接駁器，這都增加了工程造價。其次雖然疊合墻節(jié)約了防水層用量，但由于疊合墻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，側(cè)墻結(jié)構(gòu)內(nèi)部混凝土硬化過程中受到地下連續(xù)墻的約束，結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻和水平構(gòu)件容易發(fā)生開裂，防水效果差，在加上疊合墻施工難度大，施工質(zhì)量很難保證，邊節(jié)點接縫處很容易漏水，后期滲漏水治理需要很高的費用。再者在水位較高地區(qū)，比如上海用疊合墻方案較多，其中一個原因就是疊合墻能有效的抵抗浮力，避免抗拔樁的設(shè)置。但也不能一概而論，尤其對于基坑很深跨度很大的車站，結(jié)構(gòu)底板承受很大的彎矩，這時設(shè)置抗拔樁反而還能有效的改善結(jié)構(gòu)底板受力，保證結(jié)構(gòu)安全。由以上分析可知，我們不能籠統(tǒng)的認為疊合墻方案工程造價遠低于復(fù)合墻方案，需針對具體問題具體分析，經(jīng)過仔細計算認真比對，同時結(jié)合結(jié)構(gòu)受力特征及施工難度，綜合分析，最后選擇一個合理的方案。

5 結(jié)論

通過本文分析，疊合墻與復(fù)合墻各有優(yōu)缺點，在設(shè)計時，需對兩種方案認真計算，通過受力分析和設(shè)計者自身經(jīng)驗，并結(jié)合現(xiàn)場施工環(huán)境綜合考慮。對于深圳地鐵七號線工程石廈站，最終選擇了復(fù)合墻設(shè)計方案。

參考文獻

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