劉 智

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

地鐵車輛段樁基工程計(jì)算分析及設(shè)計(jì)建議

劉 智

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

在城市軌道交通車輛段、停車場上方進(jìn)行上蓋物業(yè)開發(fā)，可有效利用日益稀缺的城市用地資源。然而，上蓋開發(fā)使得車輛段、場結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為樁基工程設(shè)計(jì)帶來了較大困難。文章以杭州地鐵某車輛段上蓋開發(fā)為例，分析了樁基工程的技術(shù)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)難點(diǎn)，提出了樁基工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的建議。

樁基工程；地鐵；車輛段停車場；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；上蓋開發(fā)

0 引言

隨著城市的建設(shè)發(fā)展，城市面積越來越大，人口越來越多，汽車保有量越來越多，導(dǎo)致了交通擁堵、資源緊張等大城市病。尤其城市交通擁堵阻礙了城市發(fā)展以及生活質(zhì)量的提高。城市軌道交通，以其運(yùn)量大、速度快的技術(shù)優(yōu)勢較好地解決了城市交通日益增長的供需矛盾問題，滿足了城市化發(fā)展的要求。然而，城市軌道交通的車輛段、停車需要占用大量土地資源，車輛段、停車場上蓋物業(yè)開發(fā)能夠有效充分地利用土地資源[1-4]。本文主要對杭州市地鐵5號線五常車輛基地上蓋開發(fā)的樁基工程及檢測進(jìn)行設(shè)計(jì)技術(shù)總結(jié)，以供工程設(shè)計(jì)參考。

1 工程概況

五常車輛基地位于杭州市余杭區(qū)五常街道范圍，段址西側(cè)規(guī)劃為荊長大道，南側(cè)為在建海曙路，北側(cè)為余杭塘河。整體長條形區(qū)域，呈東西走向，規(guī)劃的上蓋開發(fā)區(qū)域占地面積約32.45hm2。

上蓋主體采用純框架結(jié)構(gòu)，地面層為車輛段各功能庫房、地鐵咽喉區(qū)、出入段線，控制凈高6.8m，層高一般為8.6m；二層為上蓋開發(fā)的小區(qū)停車庫，控制凈高2.8m，層高一般為5.4m；三層為上蓋開發(fā)小區(qū)地面層即上蓋大平臺，有1.5m覆土及種植綠化。

2 地質(zhì)條件

圖1 典型工程地質(zhì)剖面圖

地貌為濱海湖沼積平原，沿線場地自然地面較平坦，場區(qū)大部分為低洼地、魚塘和河道，地面高程3.1m～5.1m?？碧浇衣兜牡谒南档貙幼畲蠛穸燃s為45.0m，為湖沼相、濱海相、淺海相及河流相沉積物。淺部范圍內(nèi)主要以黏性土為主，局部揭露淤泥質(zhì)黏性土和黏質(zhì)粉土，厚度變化大；中部為厚度約10m～15m左右的硬可塑狀的河湖積黏性土；下部為海相灰色黏性土，呈軟-軟可塑狀，局部夾粉砂，下部土層主要為沖積粉細(xì)砂層和砂礫層，底部為洪積、殘坡積含黏性土碎石層?；诪榘讏准o(jì)上統(tǒng)朝川組(K1c)為主的基巖，基巖上部受不同程度的風(fēng)化。

場地底部所遇的基巖為主要砂礫巖(粉砂巖與礫巖交互沉積)，其中中風(fēng)化粉砂巖地層和中風(fēng)化礫巖地層，性質(zhì)好，分布穩(wěn)定，為場地內(nèi)良好的鉆孔灌注樁的樁端持力層。

3 樁基工程設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，除小學(xué)和幼兒園為重點(diǎn)設(shè)防類外，其余均為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類建筑[5]。該工程設(shè)計(jì)地震動參數(shù)按2016年最新國家標(biāo)準(zhǔn)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306-2015的規(guī)定取值[6-7]，所處區(qū)域抗震設(shè)防烈度6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地類別為 II類，特征周期Tg=0.35s，多遇地震水平影響系數(shù)最大值 0.04。

樁基工程設(shè)計(jì)等級根據(jù)上部結(jié)構(gòu)情況分為甲級和丙級，對于上蓋有高層建筑的分區(qū)按甲級設(shè)計(jì)，對于上蓋無高層建筑僅有2層框架，即僅有車庫層和小區(qū)綠化層的分區(qū)按丙級設(shè)計(jì)[9-10]。

根據(jù)地質(zhì)情況，中風(fēng)化粉砂巖和礫巖層，性質(zhì)好，分布穩(wěn)定，為場地內(nèi)良好的鉆孔灌注樁樁端持力層。所以，上蓋有高層建筑的分區(qū)樁端持力層為中風(fēng)化粉砂巖和礫巖層，按端承摩擦樁設(shè)計(jì)。而上蓋無高層建筑的分區(qū)，荷載較小，選取平均厚度7m左右的圓礫層為持力層，按端承摩擦樁設(shè)計(jì)。

工程樁混凝土強(qiáng)度等級C35，試樁混凝土強(qiáng)度等級提高一級為C40。樁身箍筋選用HPB300級圓鋼筋，樁身縱筋及加勁箍選用HRB400級帶肋鋼筋。

4 樁基工程設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

(1)上部結(jié)構(gòu)荷載狀況復(fù)雜，主要體現(xiàn)在以下3個方面：

①上蓋有高層建筑的分區(qū)與上蓋無高層建筑的分區(qū)柱底力相差懸殊，上蓋有高層建筑的分區(qū)最大柱底力標(biāo)準(zhǔn)組合值達(dá)到29 000kN，上蓋無高層建筑的分區(qū)最大柱底力一般為12 000kN～14 000kN。

②上蓋有高層建筑的分區(qū)，在同一個分區(qū)之內(nèi)，上部有高層住宅荷載的柱子與上部無高層住宅荷載的柱子柱底力也相差懸殊。最大柱底力標(biāo)準(zhǔn)組合值達(dá)到29 000kN，最小柱底力一般為2 500kN～4 000kN。

③該工程為分階段實(shí)施，現(xiàn)階段僅實(shí)施上蓋大平臺標(biāo)高范圍，為以后物業(yè)開發(fā)預(yù)留好土建條件。待物業(yè)開發(fā)招商確定后，再行實(shí)施上蓋大平臺以上的住宅、商業(yè)、小學(xué)、幼兒園。所以物業(yè)開發(fā)前與開發(fā)后，柱底力存在很大的懸殊，而現(xiàn)階段并不能確定物業(yè)開發(fā)的實(shí)施時間。

針對上述上部結(jié)構(gòu)荷載情況以及本場地地質(zhì)特征，分別考慮不同分區(qū)的樁基工程設(shè)計(jì)。

上蓋無高層建筑的分區(qū)，荷載較小，考慮工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，采用D800灌注樁，樁端持力層至圓礫層即可，樁長約為40m。

上蓋有高層建筑的分區(qū)，其柱底力相差懸殊，考慮工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，采用兩種直徑的樁型D800和D1000；考慮框架結(jié)構(gòu)以控制沉降差為主，D800和D1000均采用同一持力層中風(fēng)化粉砂巖和礫巖層，并驗(yàn)算樁基沉降差；考慮物業(yè)開發(fā)實(shí)施時間的問題，分別驗(yàn)算有物業(yè)開發(fā)與無物業(yè)開發(fā)時的樁基沉降，按沉降差控制樁基工程設(shè)計(jì)。

綜上所述，樁型采用端承摩擦型鉆孔灌注樁，確定樁基工程設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 樁基工程設(shè)計(jì)參數(shù)表

(2)甲級基礎(chǔ)應(yīng)按沉降控制設(shè)計(jì)，且該工程荷載情況復(fù)雜，同一結(jié)構(gòu)分區(qū)柱底力相差懸殊，上蓋物業(yè)開發(fā)實(shí)施時間不確定。所以，采用以下3個原則控制樁基沉降設(shè)計(jì)：

①沉降計(jì)算設(shè)計(jì)依據(jù)的荷載工況，仍然以考慮有物業(yè)開發(fā)為主，因?yàn)殚L期來看，最終沉降由物業(yè)開發(fā)荷載決定。

②考慮物業(yè)開發(fā)荷載時，柱底力相差懸殊，應(yīng)控制沉降差≤0.002L0。

③不考慮物業(yè)開發(fā)時，柱底力相差較小，但是因?yàn)楦邔咏ㄖ奢d尚未施加，樁身壓縮量相差懸殊，應(yīng)控制沉降差≤0.002L0。

對于樁距≤6倍樁徑的群樁，規(guī)范規(guī)定采用實(shí)體深基礎(chǔ)布辛奈斯克解分層總和法，再考慮納入了明德林位移解的修正系數(shù)[9]。對于單樁、單排樁、疏樁，規(guī)范規(guī)定按考慮樁徑影響的明德林解[9]。該工程大量樁基為單樁、兩樁、三樁的承臺，所以采用明德林解按單樁計(jì)算樁基沉降。計(jì)算采用理正工具箱6.5的樁基沉降計(jì)算功能。選取某上蓋有高層建筑的結(jié)構(gòu)分區(qū)為計(jì)算案例，該分區(qū)采用了D800和D1000兩種直徑鉆孔灌注樁，樁端持力層均為中風(fēng)化粉砂巖礫巖層，樁長約為50m。

考慮上蓋物業(yè)開發(fā)荷載時，分別選取4根樁計(jì)算沉降，分別為兩種樁型最大和最小的準(zhǔn)永久值，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 有上蓋高層建筑荷載下樁基計(jì)算結(jié)果

由表2可以看出，樁基沉降中的樁身壓縮和樁底壓縮各占約50%，總沉降量均小于15mm，根據(jù)荷載懸殊變化，采用兩種直徑樁，不僅能夠取得樁徑優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)效益，還可以減少最大沉降量之差，其效果相當(dāng)于樁基變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)。

為了對比有、無上蓋物業(yè)荷載時樁的沉降變化，選定上表中4根樁不變，計(jì)算在無上蓋物業(yè)開發(fā)時的沉降。計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 無上蓋高層建筑荷載下樁基計(jì)算結(jié)果

由表3可以看出，受荷最大的D1000樁基主要承擔(dān)了上蓋開發(fā)的荷載，不考慮上蓋開發(fā)時計(jì)算沉降為7.11mm，考慮上蓋開發(fā)時計(jì)算沉降量為13.23mm，沉降變化約6mm。

綜上所述，該工程甲級基礎(chǔ)采用樁端入巖的方法控制樁基絕對沉降量，進(jìn)而控制不同荷載情況下框架結(jié)構(gòu)柱的沉降差，是經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的。同一結(jié)構(gòu)單元，當(dāng)柱底力相差懸殊時，應(yīng)考慮樁徑變化調(diào)整樁基承載力及剛度，而樁端持力層及樁長，為控制沉降設(shè)計(jì)，不應(yīng)改變。

(3)整個五常車輛基地上蓋開發(fā)區(qū)域，共有71個結(jié)構(gòu)分區(qū)，共設(shè)計(jì)D1000鉆孔灌注樁7 083根，D800鉆孔灌注樁3 352根。按規(guī)范要求，設(shè)計(jì)等級為甲級的樁基工程，應(yīng)按預(yù)估工程樁數(shù)1%進(jìn)行試樁，且一般應(yīng)加載至極限承載力。按此標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，約需要100根工前試樁，工程量巨大，費(fèi)用高且工期長。

場地東西向最長1 700m，而中風(fēng)化粉砂巖層礫巖層起伏差最大僅有2.2m，基巖埋深起伏不大，基巖埋深以上各覆蓋層無明顯優(yōu)勢土層及厚度變化，可以認(rèn)為整個場地土層條件均勻、無較大變化。該工程優(yōu)化靜載荷試樁，擬采用少量工程樁兼作試樁，驗(yàn)證場地條件即可。工程樁檢測主要以控制樁身質(zhì)量為主，所以擴(kuò)大樁身質(zhì)量檢測，要求低應(yīng)變?nèi)珯z，聲波透射法抽檢10%。

5 結(jié)論

本文根據(jù)杭州地鐵5號線五常車輛段的上蓋開發(fā)項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所遇技術(shù)難題，開展了分析總結(jié)工作，得出主要結(jié)論如下：

(1)車輛段上蓋開發(fā)，荷載狀況復(fù)雜，柱底力懸殊較大，從工程建設(shè)經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，可以采用多種樁型設(shè)計(jì)。而對于同一結(jié)構(gòu)分區(qū)，樁型的改變應(yīng)以樁徑變化為主，樁端持力層及樁長不宜改變，可以較好地控制不同樁型之間的沉降差。

(2)試樁的主要目的為驗(yàn)證勘察報(bào)告所提供的地質(zhì)條件，為工程樁設(shè)計(jì)提供依據(jù)。若場地地質(zhì)條件單一均勻，可以減少試樁數(shù)量。檢測工作以控制工程樁的樁身質(zhì)量為主，設(shè)計(jì)對于場地條件和樁身質(zhì)量均有把握，即可保證樁身承載力滿足要求。

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Analysis and Design Suggestions of Subway Depot Pile Foundations

LIUZhi

(China Railway Siyuan Survey And Design Group Co., Ltd, Wuhan 430063)

Property development above the subway depots can effectively make full use of urban land resources which are increasingly intense.However, the development make structures of subway depots complex, and as a results making design of subway depot foundations difficult.In this paper, the difficulties of foundation design were analyzed with a depot from Hangzhou as an example, furthermore, design suggestions were proposed.

Pile foundation；Subway depot；Structural design；Cover property development

劉智(1986.11- )，男，工程師。

E-mail:liuzhi19861209@163.com

2017-02-28

TU47

A

1004-6135(2017)06-0104-03