王姝

中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司 200070

引言

車輛基地帶上蓋開發(fā)工程，由于蓋板上、下建筑性質(zhì)和使用功能差異，結(jié)構(gòu)設(shè)計在規(guī)范執(zhí)行、結(jié)構(gòu)抗震性能分析、不同建設(shè)時序帶來設(shè)計預(yù)留等方面均不同于常規(guī)工程。目前針對此類項(xiàng)目研究主要集中在轉(zhuǎn)換層、結(jié)構(gòu)抗震性能等方面。如趙新衛(wèi)等人對北京八王墳車輛段層間隔震結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了非線性時程分析和模擬地震動振動臺試驗(yàn)，研究其抗震性能［1］；蔣科衛(wèi)對上海吳中路車輛段上蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計中相鄰工程影響、溫度應(yīng)力控制、轉(zhuǎn)換形式等問題進(jìn)行研究［2］。

國內(nèi)正在嘗試車輛地基置于地下帶開發(fā)項(xiàng)目的建設(shè)，此時更要兼顧站場基礎(chǔ)沉降、基坑支護(hù)影響等問題，目前尚無此類工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的系統(tǒng)總結(jié)。

本文結(jié)合上海某市域鐵路地下停車場對結(jié)構(gòu)設(shè)計中樁基礎(chǔ)、嵌固端選擇、與基坑內(nèi)支撐等臨時構(gòu)件關(guān)系、設(shè)備預(yù)留預(yù)埋等內(nèi)容及應(yīng)對策略展開探討。

1 工程概況

上海某市域鐵路動車停車場，為國內(nèi)首例將停車場放置在地下，同時進(jìn)行蓋上物業(yè)開發(fā)的工程。項(xiàng)目占地14.5 公頃，根據(jù)動車走行線軌面高度，停車場埋深約15m，地下一層停車場層高約11.0m，地下室頂板上設(shè)置一層小汽車庫，蓋上進(jìn)行物業(yè)開發(fā)，業(yè)態(tài)有辦公樓、公寓、酒店、展示廳等。蓋下采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樁筏基礎(chǔ)，蓋上采用鋼框架結(jié)構(gòu)?；庸こ贪凑丈虾＝?jīng)驗(yàn)做法，劃分成“目”字型連片基坑群，分期開挖回筑。見圖1。

圖1 車輛基地帶開發(fā)豎向布置示意Fig.1 Vertical layout diagram of vehicle base development

2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)構(gòu)體系研究

2.1 標(biāo)準(zhǔn)選擇

車輛基地屬于工業(yè)建筑，按照地鐵、市域鐵路或國鐵相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行；蓋上綜合物業(yè)開發(fā)一般遵從民用建筑的系列規(guī)范。車輛基地與上蓋物業(yè)整體結(jié)建的結(jié)構(gòu)設(shè)計，目前尚無國家規(guī)范或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，僅個別地方上蓋建筑標(biāo)準(zhǔn)中少數(shù)條文可做參考。

地上車輛基地結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作年限為50 年、安全等級為二級時比較經(jīng)濟(jì)合理，且符合相關(guān)規(guī)范要求；蓋板帶物業(yè)開發(fā)時荷載較大且荷載差異大，蓋板耐久性年限一般按照100 年設(shè)計，基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級［3-5］。

地下車輛基地建設(shè)、維護(hù)成本極高。建議參照軌交地下工程，將設(shè)計工作年限及耐久性年限提高至100 年，安全等級為一級；建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合地下工程抗震規(guī)范及蓋上單體性質(zhì)統(tǒng)籌考慮，從嚴(yán)執(zhí)行。分期建設(shè)的抗浮工況，抗浮設(shè)計等級應(yīng)為甲級。上蓋建筑據(jù)功能選擇相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，特殊情況另行論證，如上蓋結(jié)構(gòu)作為抗浮壓重荷載，則其設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與地下結(jié)構(gòu)一致。蓋板部分通常作為轉(zhuǎn)換層，建議據(jù)所處位置分工況包絡(luò)設(shè)計。

2.2 結(jié)構(gòu)體系研究

車輛基地主要功能為停車列檢庫，需大跨度、大空間來滿足工藝需求，常采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系［6］，柱網(wǎng)根據(jù)站場和建筑布置確定。庫內(nèi)，順股道方向柱間距可結(jié)合上蓋建筑靈活調(diào)整；垂直股道方向需結(jié)合上蓋開發(fā)強(qiáng)度，比選1 線跨、2 線跨或是3 線跨，以期達(dá)到場段占地規(guī)模和開發(fā)成本最優(yōu)組合。咽喉區(qū)通常柱網(wǎng)極不規(guī)則，在上蓋方案穩(wěn)定時可考慮部分蓋上結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件落地；集線群范圍全靠大跨度水平構(gòu)件托起蓋上建筑，應(yīng)控制開發(fā)高度和建筑形態(tài)，避免因提高抗震性能帶來較大投資。

車輛基地帶物業(yè)開發(fā)工程都存在蓋板上下豎向構(gòu)件不連續(xù)、層高差異大引起剛度突變的情況，尤其當(dāng)蓋上采用小開間剪力墻結(jié)構(gòu)體系時，剛度差異更大，給抗震設(shè)計帶來較大挑戰(zhàn)。當(dāng)車輛基地置于地下時剛度比問題甚至影響嵌固端位置的選擇。

建議對蓋上開發(fā)高層或超高層建筑，盡可能核心筒剪力墻落地；對小高層住宅，建議盡量將建筑單體落在小間距柱網(wǎng)附近，盡可能將建筑四角柱落地；對小高層框架結(jié)構(gòu)則盡可能上下柱網(wǎng)對齊，減少轉(zhuǎn)化率；在車輛地基上一層設(shè)置高度過渡層時，能很好地緩解層高差異大引起的剛度比問題。按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017），蓋上鋼框架結(jié)構(gòu)柱需落于基礎(chǔ)，此時對落地柱可以直接將鋼柱置于蓋下混凝土柱內(nèi)以增加抗側(cè)剛度［7］。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計主要問題及對策

車輛基地上蓋工程開發(fā)時間不定，蓋下設(shè)計需進(jìn)行充分思考和預(yù)判，盡可能包絡(luò)設(shè)計。

3.1 樁基礎(chǔ)方案研究

1.不同開發(fā)時序的樁基礎(chǔ)設(shè)計方案

通常蓋下工程直到施工時蓋上方案仍未穩(wěn)定，需結(jié)合可能的開發(fā)方案進(jìn)行多種預(yù)留情況試算及成本測算。如當(dāng)車輛基地置于地下時，當(dāng)蓋下、蓋上是否連續(xù)施工不確定時，樁基礎(chǔ)存在抗拔和抗壓兩種承載工況。當(dāng)?shù)叵率翼敯宸忭?、停止降水而蓋上施工時間未定時，應(yīng)按純地下室結(jié)構(gòu)樁基抗拔、帶塔樓結(jié)構(gòu)樁基抗壓兩種情況包絡(luò)設(shè)計。當(dāng)工籌確保蓋上、蓋下無縫銜接一體化施工時，可僅按蓋下、蓋上整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行樁基礎(chǔ)設(shè)計，避免短期工況純地下室樁基抗拔造成配筋多的情況。

南非傳統(tǒng)領(lǐng)導(dǎo)人大會副秘書長Aaron Martin Messalar先生非常認(rèn)同劉鴻武教授的觀點(diǎn)，他認(rèn)為社區(qū)是建立在文化實(shí)踐的基礎(chǔ)上的，文化是社區(qū)的基石，在一個社區(qū)內(nèi)人們必須理解它的獨(dú)特文化。他提出現(xiàn)存的文化遺產(chǎn)包括地方知識系統(tǒng)、口述歷史等方面，在現(xiàn)代社區(qū)中，文化影響著人們的價值觀、生活方式等，因此，從祖先那里傳承下來的共同的文化遺產(chǎn)，對于一個國家和地區(qū)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。最后，他分析了非洲發(fā)展的歷史，認(rèn)為由于道德上的墮落、經(jīng)濟(jì)上的貧窮，文化正在遭受破壞、文化遺產(chǎn)的保護(hù)和傳承面臨著嚴(yán)峻的形勢，因此更應(yīng)該重視社區(qū)文化遺產(chǎn)的保護(hù)。

本工程由于層高、軌面等原因，結(jié)構(gòu)埋深較深，扣除地下室自重及覆土荷載后水浮力仍比較大。項(xiàng)目起初以“蓋上、蓋下一體化設(shè)計、施工”方式推進(jìn)，蓋上開發(fā)方案與地下車輛基地設(shè)計同步推進(jìn)。蓋上8 ～9 層建筑均采用自重輕的鋼結(jié)構(gòu)，經(jīng)計算蓋上結(jié)構(gòu)主體封頂并完成砌墻、裝修、屋面綠化覆土等荷載施加后，樁基礎(chǔ)抗壓。此時樁長按承載力計算確定，樁身配筋僅為構(gòu)造鋼筋，并對蓋上荷載失效時抗浮方案做相關(guān)要求。

隨著項(xiàng)目推進(jìn)，發(fā)現(xiàn)蓋上設(shè)計與蓋下車輛基地未能完全同步、同深度推進(jìn)，蓋板上、下施工無縫銜接無法保證，完成內(nèi)部裝修和屋面綠化覆土?xí)r間更難確定，實(shí)際情況與設(shè)計邊界條件不一致，塔樓下樁基僅抗壓短期不能實(shí)現(xiàn)，需持續(xù)降水或堆載才能保證樁基礎(chǔ)不抗拔。根據(jù)常規(guī)工籌，地下室封頂后一般會進(jìn)行車輛基地結(jié)構(gòu)鋪軌工作，持續(xù)降水對軌道工程施工帶來諸多影響且不利于工后沉降控制。

經(jīng)判斷蓋上工程施工時間待定，可能蓋板覆土若干年后再進(jìn)行二級開發(fā)。此時蓋下車輛基地已投入運(yùn)營，降水方案不具備可行性。堆載方案既要考慮堆載引起的構(gòu)件加強(qiáng)，又不能解決施工中卸載帶來的問題。綜合考慮后補(bǔ)充計算無蓋上塔樓荷載的純地下室工況。經(jīng)過計算及成本測算，塔樓下抗壓樁調(diào)整為抗拔、抗壓包絡(luò)設(shè)計后，按車輛基地占地面積折算后約增加成本80元／m2。

綜上，當(dāng)車輛基地置于地下時，如果蓋下蓋上可以連續(xù)施工時或存在工期短期內(nèi)不能銜接時，應(yīng)充分明確塔樓下樁基礎(chǔ)按照抗壓設(shè)計的荷載條件，如塔樓是否結(jié)構(gòu)封頂、隔墻荷載、覆土荷載、停止降水時間等要求，并對工籌等條件進(jìn)行確認(rèn)后作為設(shè)計條件，在圖紙中注明。如果存在較長時間工期不能銜接，應(yīng)充分論證塔樓下樁基礎(chǔ)按照抗壓設(shè)計的可能性，盡可能按抗拔工況預(yù)留。

2.樁基礎(chǔ)控制沉降設(shè)計方案

建筑基礎(chǔ)沉降主要發(fā)生在施工完成初期。蓋上開發(fā)通常在軌道基礎(chǔ)施工或運(yùn)營期間實(shí)施，而軌道對工后沉降要求嚴(yán)格，需謹(jǐn)慎處理。

對地下車輛基地，由于軌道基礎(chǔ)置于地下室底板上，其沉降受蓋上荷載影響大。當(dāng)?shù)叵率翼敯逋瓿蓵r即封閉降水井，開始鋪軌工作，此時樁基礎(chǔ)處于抗浮狀態(tài)，幾乎不發(fā)生沉降；當(dāng)蓋上物業(yè)完成全部塔樓施工作業(yè)時，樁基礎(chǔ)承壓，開始沉降，此即軌道基礎(chǔ)的工后沉降，需嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)算。

該地下車輛基地結(jié)構(gòu)經(jīng)計算分析，在不考慮蓋上開發(fā)時，其沉降計算值最不利點(diǎn)出現(xiàn)在咽喉區(qū)較大跨度柱網(wǎng)附近，方向向上；當(dāng)蓋上物業(yè)荷載施加完畢后，相應(yīng)位置沉降向下，且沉降差值超過規(guī)范允許。通過將臨時立柱樁基礎(chǔ)調(diào)整至較大柱網(wǎng)跨度處且設(shè)計成永久樁，和樁筏基礎(chǔ)一起近期抗浮、遠(yuǎn)期抗壓，減小工后沉降。

3.2 轉(zhuǎn)換形式的選擇

表1 不同轉(zhuǎn)換形式對比Tab.1 Comparison of different transformation forms

本工程位于抗震設(shè)防烈度7度區(qū)，蓋上12層建筑，通過對不同轉(zhuǎn)換形式進(jìn)行測算，僅轉(zhuǎn)換層的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，箱式轉(zhuǎn)換造價較梁式轉(zhuǎn)換高約630元／m2。隔震轉(zhuǎn)換造價較梁式轉(zhuǎn)換高約836 元／m2。

3.3 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵點(diǎn)控制策略

地下車輛基地帶開發(fā)項(xiàng)目，地下室柱疏而高，蓋上結(jié)構(gòu)嵌固端選擇在地下室頂板時剛度比不一定能滿足要求。將嵌固端下移則計算高度增加較多，對蓋上建筑單體影響大，應(yīng)針對工程特點(diǎn)增加地下室抗側(cè)剛度或拉高上一層層高等方案比較，盡可能把地下室頂板作為計算嵌固端。

對地下車輛基地帶開發(fā)項(xiàng)目，頂板除了應(yīng)滿足規(guī)范剛度比、嵌固端樓板厚度等要求外，尚應(yīng)注意蓋上塔樓剪力墻布置的均勻性。當(dāng)?shù)叵率翼敯逡蛳?、采光、汽車坡道等原因開大洞時，可以在開孔周邊設(shè)置環(huán)梁或不斷主梁、增加孔周邊板厚等措施提高整體剛度，確保在大震作用下仍有完好的水平傳力途徑。

上蓋物業(yè)開發(fā)車輛基地結(jié)構(gòu)大多屬于帶轉(zhuǎn)換層的大底盤多塔復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系，為避免成為嚴(yán)重不規(guī)則結(jié)構(gòu)，宜使蓋上房屋層數(shù)、平面、剛度相近，塔樓對底盤宜對稱布置［8］。

地下工程變形縫處理不當(dāng)易出現(xiàn)漏水問題，且軌道結(jié)構(gòu)更是不允許出現(xiàn)影響行車的差異沉降，因此不設(shè)置沉降縫。抗震縫可自地下室頂板開始設(shè)置，設(shè)縫位置根據(jù)蓋上建筑布置而定。

車輛基地占地面積一般均超過10 萬m2，置于地下時，頂、底板及側(cè)墻均屬于超長、大體積混凝土工程。為減少混凝土澆筑過程中的溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫，可在設(shè)計時預(yù)留抗裂構(gòu)造鋼筋；選用低水化熱、低含堿量的水泥，控制氯離子含量、水膠比、膠凝材料用量；采用跳格、分塊澆筑法等施工工藝，必要時進(jìn)行混凝土內(nèi)部降溫。

4 復(fù)雜空間綜合技術(shù)研究

車輛基地上蓋開發(fā)項(xiàng)目通過一體化設(shè)計使上下空間有序銜接和功能轉(zhuǎn)換，可以加強(qiáng)不同功能空間融合度、減少系統(tǒng)性投資［11］。蓋下作為軌交設(shè)施重要場所，設(shè)備多樣、管線繁雜；蓋上與物業(yè)接口不確定性高；地下車輛基地工程回筑階段，內(nèi)部結(jié)構(gòu)、高支模、內(nèi)支撐及立柱、吊裝及運(yùn)輸路線等對使用空間要求多，需統(tǒng)籌考慮的問題多而雜，設(shè)計階段需深入研究［11］。

4.1 與基坑支護(hù)等臨時工程的協(xié)調(diào)

地下車輛基地帶來超大體量的基坑工程。基坑支護(hù)方案對工程安全、投資影響極大，尤其在軟土地區(qū)。逆作法可以有效減少周邊場地變形，節(jié)省材料，同步開始蓋上工程施工從而節(jié)省工期。但對帶開發(fā)的車輛基地工程不適用，因?yàn)榧孀鍪椎罁蔚牧喊逋寝D(zhuǎn)換層梁板，提前施工不能很好地適應(yīng)蓋上方案滯后所需的靈活性，因此本工程基坑采用明挖順筑法施工。具體如下：

（1）分區(qū)、分期開挖。超大體量基坑工程同時開挖卸載自身風(fēng)險等級高，處理不當(dāng)可能帶來周邊道路變形、管線破損等環(huán)境風(fēng)險，在地質(zhì)較差地區(qū)如上海，需嚴(yán)格控制基坑開挖面積，通過分區(qū)形成“目”或“田”型基坑群。連片基坑群的分期開挖方案應(yīng)充分論證，相鄰坑施工步序應(yīng)合理銜接，保證安全的同時節(jié)省工期；對密貼基坑應(yīng)注意中隔墻兩側(cè)結(jié)構(gòu)處理措施?；臃謪^(qū)要同時兼顧蓋上開發(fā)物業(yè)的布置，避免出現(xiàn)同一單體位于先后期基坑。

（2）支護(hù)方案。車輛基地大空間結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的埋深，軟土地區(qū)通常需設(shè)多道水平支撐。由于沒有中間層樓板，建議留1 ～2 道撐直至頂板封閉，避免圍護(hù)地墻配筋過大；留撐同時可平衡密貼基坑支撐傳遞來的水平力。總之，支撐的架設(shè)與拆除，應(yīng)能保證在連片基坑群施工過程中水平力的有效傳遞和整個支護(hù)體系的穩(wěn)定性。

（3）臨永結(jié)合。當(dāng)超大體量基坑采用內(nèi)支撐時，支撐布置方案應(yīng)考慮臨時立柱樁最大程度地利用永久工程樁。高凈空地下室外墻，尤其邊跨因采光或消防需要頂板開洞時，可以考慮與基坑支護(hù)的圍護(hù)墻（或樁）疊合，以獲得較大的側(cè)向剛度。同時墻高范圍的腰梁在不影響地下結(jié)構(gòu)空間時，可做好鋼筋預(yù)留，在回筑階段與內(nèi)襯墻連接成整體。需注意的是，應(yīng)處理好新舊混凝土交界面處的施工縫，以免漏水；另疊合墻適用于非全外包防水地下工程。內(nèi)支撐布置時，應(yīng)結(jié)合內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置，最大程度避讓框架梁；棧橋布置應(yīng)兼顧主體結(jié)構(gòu)梁柱，尤其是節(jié)點(diǎn)核心區(qū)（特別是轉(zhuǎn)換梁柱節(jié)點(diǎn)范圍）。建議結(jié)合主體結(jié)構(gòu)布置圖，按照臨時支撐避讓框架梁，次梁避讓支撐的原則統(tǒng)籌考慮。第一道支撐與地下室頂板之間預(yù)留的豎向空間，除滿足施工要求外，尚需考慮蓋上結(jié)構(gòu)的合理預(yù)留高度。

（4）降水和監(jiān)測方案，除滿足本基坑的要求外，尚需考慮二期基坑或已回筑主體結(jié)構(gòu)的安全。

4.2 設(shè)備、管溝等系統(tǒng)工程的預(yù)留

車輛基地系統(tǒng)專業(yè)設(shè)計、施工滯后于土建工程，設(shè)備預(yù)留應(yīng)從軌道交通運(yùn)營安全及管線安裝維修方便等方面考慮，適應(yīng)不同功能區(qū)域運(yùn)作變化的需求。

車輛基地內(nèi)電力排管、排水溝（井）、其他各類過軌排管縱橫交錯，與地下室底板密切相關(guān)。相較于地面車輛基地結(jié)構(gòu)，布置形式有非常多的交叉性、不可逆性。當(dāng)?shù)装鍍?nèi)排管較寬，豎向2排或以上，對底板強(qiáng)度削弱較大，應(yīng)通過增強(qiáng)配筋或局部加厚措施，確保底板滿足承載及裂縫計算要求，同時加強(qiáng)振搗以免混凝土澆筑不密實(shí)滲漏水。

4.3 蓋上工程設(shè)計、施工的預(yù)留

車輛基地預(yù)留上蓋物業(yè)接口設(shè)計受開發(fā)方案、建設(shè)時序、建設(shè)主體等因素影響，存在較多的不確定性。結(jié)構(gòu)預(yù)留應(yīng)安全經(jīng)濟(jì)、便于施工且具有一定的包絡(luò)性。在確定的工程界面條件下做好設(shè)計界面劃分，項(xiàng)目推進(jìn)過程中逐步完善設(shè)計接口［12］。

地下車輛基地蓋板層應(yīng)按照蓋上方案做好豎向構(gòu)件、電梯坑（井）、出地面樓梯、四周擋墻等預(yù)留，做好蓋上施工荷載預(yù)留。

5 結(jié)語

地下車輛基地帶開發(fā)項(xiàng)目目前尚無系統(tǒng)性項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。本文結(jié)合某地下車輛基地上蓋開發(fā)工程，對設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)體系選擇提出建議；對結(jié)構(gòu)設(shè)計中需重點(diǎn)關(guān)注的幾個方面進(jìn)行了論述并給出設(shè)計思路，重點(diǎn)討論了樁基礎(chǔ)可能存在近期抗浮工況、分期開發(fā)引起工后沉降、地下工程設(shè)縫等方面的設(shè)計注意事項(xiàng)及解決方案。對蓋板上、下復(fù)雜空間的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提出交叉工程可能帶來的影響及應(yīng)對措施，重點(diǎn)討論了軟土地區(qū)高大凈空連片基坑群的基坑支護(hù)尤其是內(nèi)支撐的設(shè)計與施工，與主體結(jié)構(gòu)的相互影響及解決思路，以期為后續(xù)工程提供指導(dǎo)與借鑒。