江勝學(xué)

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 湖北武漢430063)

引 言

近年來(lái)，隨著科技水平和人們生活質(zhì)量的不斷提高，私家車輛越來(lái)越多，尤其是像北京、上海等大城市，這就使得交通擁擠變得越來(lái)越嚴(yán)重，因此，為了緩解地面交通的壓力，大規(guī)模發(fā)展城市軌道交通成為交通發(fā)展的趨勢(shì)［1］。對(duì)于城市軌道交通車輛基地和停車場(chǎng)設(shè)計(jì)總結(jié)，在車輛工藝、軌道、建筑功能和總圖布置等方向已有研究，結(jié)構(gòu)方向研究較少。高莉萍［2］闡述了車輛段停車列檢庫(kù)工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)。武江虹［3］敘述了車輛段和停車場(chǎng)軌道設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。肖俊［4］闡述了列檢庫(kù)列檢位檢查坑的優(yōu)化設(shè)計(jì)。喬藝［5］總結(jié)了地鐵車輛段與停車場(chǎng)建筑規(guī)劃和設(shè)計(jì)。朱蓓玲［6］探討了地鐵車輛段和停車場(chǎng)選址的關(guān)鍵要素和分布合理性。本文主要對(duì)武漢市軌道交通1號(hào)線東延長(zhǎng)線漢口北停車場(chǎng)(見(jiàn)圖1)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)總結(jié)，供其他后續(xù)軌道交通車輛維修基地和停車場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)提供參考。

1 工程概況

城市軌道交通停車場(chǎng)主要功能是承擔(dān)地鐵車輛的運(yùn)用、停放、列檢及周月檢等工作。一般有以下幾個(gè)建筑單體組成:綜合樓、運(yùn)用庫(kù)、洗車庫(kù)、變電所、污水處理站、人行天橋和門衛(wèi)。綜合樓用于日常辦公和食住等功能;運(yùn)用庫(kù)用于地鐵車輛停放和檢修保養(yǎng)等功能;洗車庫(kù)用于地鐵車輛清洗;變電所負(fù)責(zé)給整個(gè)停車場(chǎng)供電;污水處理站主要處理停車場(chǎng)內(nèi)污水凈化排放;人行天橋用于工作人員跨軌道通行，車輛正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，行人不能隨意穿越軌道。

場(chǎng)地地質(zhì)概況由上至下主要有以下土層:新填土4～5m深，高壓縮性;淤泥0.4～5.5m深，fak=50kPa，高壓縮性;粘土0.6～7.4m深，fak=65kPa，高壓縮性;淤泥質(zhì)土1～8.7m深，fak=55kPa，高壓縮性;粉質(zhì)粘土1～7.2m深，fak=200kPa，中壓縮性;強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖未揭穿，fak=300kPa，低壓縮性。

圖1 漢口北停車場(chǎng)效果圖

2 主要單體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總結(jié)

停車場(chǎng)內(nèi)房屋結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB50223－2008，除變電所為重點(diǎn)設(shè)防類外，其余均為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類建筑［7］。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011－2010，本實(shí)例工程屬于抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.05g，地震設(shè)計(jì)分組為第一組［8］，結(jié)合地方管理規(guī)定和場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告，場(chǎng)區(qū)特征周期0.35s，地震影響系數(shù)最大值0.0765，場(chǎng)地土類別為Ⅲ類。

工程材料選擇:主體結(jié)構(gòu)混凝土等級(jí)采用C30，地下室結(jié)構(gòu)采用P6抗?jié)B等級(jí)防水混凝土，二次澆搗構(gòu)件(如構(gòu)造柱和圈梁等)混凝土等級(jí)采用C25，鋼梁鋼柱采用Q235B鋼材。

主要建筑單體結(jié)構(gòu)布置和基礎(chǔ)選型如下:

綜合樓建筑面積約7000m2，總高度為22.35m，五層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，局部有地下室，柱網(wǎng)布置開(kāi)間7.8m，進(jìn)深7.2m，抗震等級(jí)四級(jí)，主要柱截面600×600，主要梁截面300×700。選用直徑500預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁承臺(tái)基礎(chǔ)，持力層粉質(zhì)粘土。

洗車庫(kù)和污水處理站為一層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，局部?jī)蓪樱拐鸬燃?jí)四級(jí)，主要柱截面500×500，主要梁截面300×800。選用直徑400預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁承臺(tái)基礎(chǔ)，持力層粉質(zhì)粘土。

變電所為兩層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其中一層為半地下室電纜夾層，抗震等級(jí)三級(jí)，主要柱截面400×400，主要梁截面300×900。選用直徑400預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁承臺(tái)基礎(chǔ)，持力層粉質(zhì)粘土。

人行天橋獨(dú)柱鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)布置跨度7m+13m+12m+8.5m，抗震等級(jí)四級(jí)，主要柱截面500×1200，主要梁截面400×1200。選用直徑600鉆孔灌注樁樁承臺(tái)基礎(chǔ)，持力層粉質(zhì)粘土。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

(1)根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)概況的描述，本場(chǎng)地淤泥及淤泥質(zhì)土較厚，新填土達(dá)4m深，場(chǎng)地地面沉降不穩(wěn)定，柱下基礎(chǔ)和庫(kù)房?jī)?nèi)無(wú)砟整體現(xiàn)澆道床，對(duì)基礎(chǔ)沉降極其嚴(yán)格，選用何種加固處理措施，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一。

針對(duì)本場(chǎng)地特征，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)比選以下加固方案(見(jiàn)表1):

表1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加固方案

結(jié)合單體柱底力和工程特點(diǎn)，沉降要求嚴(yán)，工期要求緊，建議柱下基礎(chǔ)和軌道道床下選用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁方案。

(2)運(yùn)用庫(kù)為大跨度工業(yè)廠房，采用何種結(jié)構(gòu)體系，是本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)之二。

針對(duì)本工程運(yùn)用庫(kù)跨度28m，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比選以下結(jié)構(gòu)體系方案(見(jiàn)表2):

追至古代，古籍只說(shuō)孔子不撤姜食，不曾說(shuō)他吃辣椒。在楚辭中“椒”字最多，離騷中有“雜申椒與菌桂兮”，有“懷椒醑而要之”，九歌中“奠桂酒兮椒漿”，“椒”字不少。但根據(jù)具體描述，古代的“椒”從來(lái)不是現(xiàn)代人舌尖上的辣椒。辣椒在中國(guó)作為食品，起于何時(shí)？

表2 結(jié)構(gòu)體系加固方案

考慮施工周期和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，本工程采用鋼梁鋼柱門式剛架結(jié)構(gòu)體系。

(3)剛架梁梁連接節(jié)點(diǎn)計(jì)算時(shí)，高強(qiáng)螺栓計(jì)算中和軸位置的確定是本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)之三。

查閱相關(guān)資料，中和軸位置的確定有兩種假定:①中和軸在受壓翼緣中心，假定模型:在彎矩作用下，把梁根部截面彎矩簡(jiǎn)化為作用于梁上、下翼緣的力偶，同時(shí)把梁受拉翼緣和端板作為獨(dú)立的T形連接件看待，忽略腹板的扶持作用。此假定螺栓受力與端板厚度關(guān)系很大，設(shè)計(jì)計(jì)算較為繁瑣;②中和軸在端板形心，假定模型:高強(qiáng)螺栓外拉力總是小于預(yù)拉力，在連接受彎矩而使螺栓沿栓桿方向受力時(shí)，被連接構(gòu)件的接觸面一直保持緊密貼合，認(rèn)為中和軸在螺栓群的形心軸上。根據(jù)《端板連接高強(qiáng)度螺栓群中和軸位置研究》試驗(yàn)論文結(jié)果，螺栓群中和軸介于其端板形心與受壓翼緣內(nèi)側(cè)中心線之間，當(dāng)所受彎矩越小，則中和軸越接近端板形心軸，越大則越接近受壓翼緣［9］。

計(jì)算結(jié)果表明，假定二計(jì)算得出梁截面高度和螺栓受拉力要比假定一結(jié)果大，根據(jù)本工程計(jì)算彎矩大小，偏安全考慮，建議中和軸位置按端板形心計(jì)算。

4 配合施工遇到的問(wèn)題分析

結(jié)合配合施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，分析問(wèn)題原因和解決措施，提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化建議。

(1)圍墻開(kāi)裂。分析原因:新填土4m高，圍墻距離護(hù)坡邊僅1m，施工工期較緊，施工單位無(wú)法用大型機(jī)械分層碾壓，填土密實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。解決措施:①圍墻基礎(chǔ)選用剛性較大條形基礎(chǔ)，防止不均勻沉降，此方案施工較快，造價(jià)便宜。②選用換填處理或水泥攪拌樁加固圍墻基礎(chǔ)下新填土，減小不均勻沉降量，此方案施工周期較長(zhǎng)，造價(jià)偏貴。綜上所述，本工程選用第一種解決措施。

(2)運(yùn)用庫(kù)庫(kù)內(nèi)柱式檢查坑，軌道下混凝土短柱出現(xiàn)偏柱、歪柱等現(xiàn)象。分析原因:短柱設(shè)計(jì)由結(jié)構(gòu)和軌道兩個(gè)專業(yè)，施工也分別由兩家單位施工。解決措施:①混凝土短柱設(shè)計(jì)為鋼柱，直接安裝。②混凝土短柱由一家施工單位施工。建議日后設(shè)計(jì)采用第一種解決措施。

(3)人行天橋柱下管樁無(wú)法施工。分析原因:人行天橋跨軌道設(shè)置，場(chǎng)地內(nèi)軌道區(qū)域下被地路專業(yè)設(shè)計(jì)水泥攪拌樁加固。解決措施:①天橋柱下基礎(chǔ)改為鉆孔灌注樁;②檢驗(yàn)水泥攪拌樁加固后地基承載力，如不夠采用，采用CFG樁加固后采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工期需要，本工程采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)方案。

綜上所述，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，充分運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析結(jié)果，指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);配合施工時(shí)，遇到以上問(wèn)題，經(jīng)分析原因，采取我們選用的處理措施，得到明顯改善效果，保質(zhì)保量，按時(shí)完成土建施工。目前，本工程已投入使用2年，沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題，得到業(yè)主單位一致認(rèn)可。

5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議

(1)運(yùn)用庫(kù)庫(kù)房?jī)?nèi)軌道道床為無(wú)砟整體現(xiàn)澆道床，對(duì)基礎(chǔ)沉降極其嚴(yán)格，鐵路規(guī)范要求控制在20mm以內(nèi)，如果道床下地質(zhì)情況不好，建議采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁樁筏基礎(chǔ)。

(2)運(yùn)用庫(kù)為一層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房，采用何種結(jié)構(gòu)形式，需根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算和經(jīng)濟(jì)比較。結(jié)合本工程實(shí)例，試算比較后，得出如下經(jīng)驗(yàn):柱跨28m，采用混凝土柱+鋼梁排架結(jié)構(gòu)和鋼梁鋼柱門式剛架結(jié)構(gòu)較經(jīng)濟(jì)，綜合考慮施工工期，選鋼梁鋼柱門式剛架較適用。

(3)剛架梁梁連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮各種因素，高強(qiáng)螺栓群計(jì)算中和軸宜選端板形心。

(4)場(chǎng)地平整有大量新填土，新填土下有較厚的淤泥和淤泥質(zhì)土，計(jì)算單樁承載力時(shí)一定要考慮樁側(cè)負(fù)摩阻力。

(5)結(jié)合配合施工中的問(wèn)題，建議結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)改進(jìn)以下措施:①場(chǎng)地內(nèi)高填方區(qū)圍墻應(yīng)做剛性較大的條形基礎(chǔ)，以避免圍墻不均勻沉降開(kāi)裂;②運(yùn)用庫(kù)庫(kù)內(nèi)柱式檢查坑，軌道下混凝土短柱出現(xiàn)偏柱、歪柱等現(xiàn)象，影響傳力和結(jié)構(gòu)安全，建議混凝土短柱設(shè)計(jì)為鋼柱，直接安裝即可;③被其他專業(yè)加固的場(chǎng)地區(qū)域，柱下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，建議選用鉆孔灌注樁。

6 結(jié)束語(yǔ)

近幾年，國(guó)家大規(guī)模發(fā)展城市軌道交通，相應(yīng)的車輛基地和停車場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)項(xiàng)目越來(lái)越多。本文針對(duì)實(shí)例工程，總結(jié)了停車場(chǎng)建筑單體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)和配合施工中的問(wèn)題，提出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)建議，可供相似工程參考。

［1］郭陜?cè)?，萬(wàn)姜林.我國(guó)地鐵建設(shè)概況及修建技術(shù)［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2004，(4):25～30.

［2］高莉萍.北京地鐵八通線土橋車輛段停車列檢庫(kù)工藝設(shè)計(jì)［J］.都市快軌交通，2005，(4):103～107.

［3］武江虹，鄭瑞武，盛碧華.北京地鐵5號(hào)線太平莊車輛段設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007，(10):104～109.

［4］肖俊.淺談夏南車輛段列檢庫(kù)檢查坑優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.鐵道勘察與設(shè)計(jì)，2009，(02):214～217.

［5］喬藝.地鐵車輛段與停車場(chǎng)建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)［J］.城市建設(shè)理論研究，2013，(10):364～368.

［6］朱蓓玲.對(duì)地鐵車輛段及停車場(chǎng)布點(diǎn)的認(rèn)識(shí)［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，1998，(03):124～128.

［7］GB50223－2008.建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［8］GB50011－2010.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［9］王素芳，陳以一.端板連接高強(qiáng)度螺栓群中和軸位置研究［J］.建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，(9):45～54.