地鐵車站與上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)不均勻沉降分析與解決措施

郭少賢 王同華

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037)

地鐵車站與上蓋物業(yè)開(kāi)發(fā)不均勻沉降分析與解決措施

郭少賢 王同華

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100037)

介紹了筏板基礎(chǔ)與單樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算方法，結(jié)合杭州地鐵某車站附屬結(jié)構(gòu)與上部物業(yè)開(kāi)發(fā)合建工程，探討了地鐵車站與開(kāi)發(fā)地塊建筑共建的差異沉降控制技術(shù)，以確保地鐵運(yùn)營(yíng)階段不出現(xiàn)因沉降差過(guò)大而導(dǎo)致房屋開(kāi)裂現(xiàn)象的發(fā)生。

地鐵，物業(yè)開(kāi)發(fā)，差異沉降

0 引言

城市軌道交通工程作為大中城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，不僅改善城市交通擁堵問(wèn)題，提高城市運(yùn)作效率，還能有效利用地下空間，一定程度上引導(dǎo)土地合理開(kāi)發(fā)利用，帶動(dòng)城市發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)已有36個(gè)城市向國(guó)家主管部門(mén)上報(bào)了城市軌道建設(shè)發(fā)展規(guī)劃，至2015年前后建設(shè)96條線，建設(shè)線路總長(zhǎng)超過(guò)2 500 km，總投資超過(guò)1萬(wàn)億元。

地鐵的建設(shè)極大地帶動(dòng)周邊地塊的開(kāi)發(fā)，杭州作為歷史文化名城，主城區(qū)道路由于歷史、建制、規(guī)劃等綜合原因，紅線寬度都較小，也未考慮建筑物退讓紅線距離。目前杭州在建的2號(hào)線、4號(hào)線、5號(hào)線站點(diǎn)中很多地鐵車站主體基坑距離道路兩側(cè)建筑不足10 m，部分站點(diǎn)附屬結(jié)構(gòu)完全侵入道路兩側(cè)建筑，為保證地鐵建設(shè)如期實(shí)施，在不犧牲地塊單位利益的前提下，不得已采用了拆除原有建筑后與風(fēng)亭、出入口合建的方案。但合建的方案存在拆復(fù)建建筑與地鐵結(jié)構(gòu)體量、荷載、基礎(chǔ)型式不一樣，導(dǎo)致兩者差異沉降過(guò)大，因此有必要在設(shè)計(jì)時(shí)就采取措施將差異沉降控制在規(guī)范允許值范圍內(nèi)，避免地鐵運(yùn)營(yíng)階段出現(xiàn)沉降差過(guò)大導(dǎo)致房屋開(kāi)裂等被動(dòng)局面。

1 工程概況及地質(zhì)條件

杭州地鐵2號(hào)線某拆復(fù)建工程因車站出入口、風(fēng)亭侵入既有2層沿街商鋪，車站附屬結(jié)構(gòu)施工前考慮對(duì)原有建筑進(jìn)行拆除，待附屬結(jié)構(gòu)施工完成后原址復(fù)建。風(fēng)亭、出入口基坑深度約8.9 m，頂板覆土約2.8 m厚，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用600 mm厚地下連續(xù)墻，插入比約1.7，基坑坐落在④-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土層中，坑底采用φ850 mm@600 mm高壓旋噴滿堂處理。復(fù)建建筑為3層辦公樓，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)104.4 m，寬7.72 m，高11 m，總建筑面積2 275 m2，沿縱向設(shè)置一道溫度伸縮縫，縫寬100 mm，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。除部分柱子落在車站出入口、風(fēng)亭外，其余柱子均采用單樁基礎(chǔ)。

因項(xiàng)目所處地層以④-1，④-2，④-3，⑥-1，⑥-2，⑥-3等深厚淤泥質(zhì)粘土為主，這些土層具有高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低透水性、低抗剪強(qiáng)度等特點(diǎn)，為解決房屋與風(fēng)亭、出入口的差異沉降，車站主體與附屬之間設(shè)變形縫脫開(kāi)，除與風(fēng)亭、出入口合建的柱子外，其余柱子采用單樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)約35 m，進(jìn)入⑩-2含砂粉質(zhì)粘土層。1層樓面設(shè)置180 mm厚樓板，同時(shí)適當(dāng)加大各層梁、板尺寸以增加房屋抗變形能力。

地鐵車站示意圖見(jiàn)圖1。

2 差異沉降計(jì)算

2.1 風(fēng)亭沉降計(jì)算

取較為規(guī)整的風(fēng)亭為例進(jìn)行計(jì)算，風(fēng)亭基坑深度按8.9 m計(jì)，水位埋深為1.2 m～3.80 m，水位按地面以下2.5 m考慮(平均值)。因此，回筑后近期工況，水位按坑底8.9 m，長(zhǎng)期工況按地面以下2.5 m計(jì)。

1)基底壓力計(jì)算。

覆土+結(jié)構(gòu)自重+活載：P覆土+P結(jié)構(gòu)自重+P活載=(315.2×2.5×18.5+315.2×0.3×8.5+23 220.2)/411.38+24=117.84 kN/m2；

置換的土層總重:8.9×18.5=164.65 kN/m2>117.84 kN/m2；

置換的結(jié)構(gòu)自重小于土自重，需考慮回彈再壓縮的沉降量。

2)回彈變形量計(jì)算。

回彈變形根據(jù)GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范5.3.10條公式計(jì)算。

其中，pc=2.5×18.5+6.4×8.5=100.65 kN/m2；基底附加壓力p0=53.84 kPa。

基礎(chǔ)寬按11.73 m，長(zhǎng)按33.5 m計(jì)。風(fēng)亭底板下土層參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 風(fēng)亭底板下土層參數(shù)表

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 土層的附加應(yīng)力pz及土自重應(yīng)力pcz的計(jì)算表

所以，回彈變形量為169.32 mm。

3)回彈再壓縮變形量計(jì)算。

GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范公式5.3.11中有部分參數(shù)無(wú)法獲得，故僅能根據(jù)基底平均壓力同土自重應(yīng)力的比值進(jìn)行簡(jiǎn)算。

基底平均附加壓力為53.84 kN/m2,53.84/100.65×169.32=90.58 mm。

因此，回彈再壓縮變形量為90.58 mm。累計(jì)回彈量為169.32-90.58=78.74 mm，因風(fēng)亭四周在頂板位置設(shè)有與地墻連接的抗浮壓頂梁，故實(shí)際回彈量微乎其微。

4)風(fēng)亭底板地基處理后沉降計(jì)算。

1號(hào)風(fēng)亭坑底已滿堂加固3 m，考慮加固體下方存在深厚下臥層，為減小遠(yuǎn)期風(fēng)亭沉降，風(fēng)亭底板下采用φ850 mm@1 800 mm高壓旋噴處理，旋噴樁樁長(zhǎng)18 m，樁身穿越④-2，④-3，⑥-1，⑥-2，⑥-3層土進(jìn)入⑦-1粘土層不小于2.5 m,28 d樁身混凝土抗壓強(qiáng)度要求fcu≥1.00 MPa，處理后樁間土承載力特征值按fsk=100 kPa取值。查JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范得出樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)為0.40，單樁承載力發(fā)揮系數(shù)為0.90，樁端端阻力發(fā)揮系數(shù)為1.00，樁身強(qiáng)度折減系數(shù)為0.33。

a.復(fù)合地基承載力計(jì)算。

由JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范式7.1.5-3，知單樁豎向承載力特征值為：

Ra=up∑qsilpi+αpqpAp=2.670 4×(14×2.45+14×4.50+16×2+18×4.4+14×2.1+56×2.55)+1×0.567 5×220=1 141.44kN，按Ra=1 140 kN取值。

荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)基底平均荷載pk=53.84kPa，pk

b.復(fù)合地基變形計(jì)算。

荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合時(shí)基礎(chǔ)底面平均壓力為：

pk=53.84kPa。

按GB50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范表5.3.7，由b=11.70，得Δz=1.00。

沉降計(jì)算深度按“地基規(guī)范”式5.3.7由程序自動(dòng)確定，zn=20m。

復(fù)合土層的分層與天然地基相同，各復(fù)合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍：

Espi=ζEsi。

根據(jù)GB50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范表K.0.1-2可得到平均附加應(yīng)力系數(shù)。

計(jì)算的分層沉降值見(jiàn)表3。

表3 分層總和法沉降計(jì)算表

表3中l(wèi)1=L/2=16.75m,b1=B/2=5.85m，z=22.00m范圍內(nèi)的計(jì)算沉降量∑Δs=53.97mm，z=21.00m～22.00m(Δz=1.00m)，土層計(jì)算沉降量Δsn′=1.18mm≤0.025∑Δsi′=0.025×53.97=1.35mm，滿足要求。

查《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》表7.1.8得Ψs=0.474。

最終的沉降量S1=Ψss′=Ψs∑Δsn′=0.474×53.97=25.60mm。

2.2 拆復(fù)建工程樁基沉降計(jì)算

Nk=(Fk+Gk)/n=(1 308+1.6×1.6×1.5×20)/1=1 384.8kN﹤Ra=1 788.2kN，滿足要求。

表4 單樁沉降計(jì)算

2.3 1號(hào)風(fēng)亭與拆復(fù)建樁基差異沉降計(jì)算

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，1號(hào)風(fēng)亭結(jié)構(gòu)自重小于開(kāi)挖出的土體自重，近期風(fēng)亭結(jié)構(gòu)以回彈變形為主，風(fēng)亭四周在頂板位置設(shè)有與地墻連接的抗浮壓頂梁，且拆復(fù)建工程在風(fēng)亭竣工后實(shí)施，風(fēng)亭竣工后基坑土體已完成絕大部分土體回彈變形，可以認(rèn)為近期風(fēng)亭向上的位移為0。故只考慮最不利的遠(yuǎn)期風(fēng)亭自身的沉降。遠(yuǎn)期風(fēng)亭沉降值S1=25.60mm，②軸交軸處單樁基礎(chǔ)沉降S2=20.868mm，該柱與風(fēng)亭混凝土墻間的計(jì)算跨度為3.87m，傾斜率為(25.60-20.868)/3 870=0.12%<0.3%，滿足GB50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范表5.3.4框架結(jié)構(gòu)對(duì)高壓縮性土0.3%的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)杭州某地鐵車站附屬結(jié)構(gòu)與上部物業(yè)開(kāi)發(fā)合建工程計(jì)算分析可以看出:針對(duì)地上物業(yè)開(kāi)發(fā)與地鐵車站或附屬結(jié)構(gòu)同期合建的特點(diǎn),從理論角度采用合理的計(jì)算方法對(duì)不同基礎(chǔ)型式結(jié)構(gòu)差異沉降進(jìn)行計(jì)算分析;并根據(jù)計(jì)算結(jié)果,在設(shè)計(jì)上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,可將上部物業(yè)開(kāi)發(fā)工程與地鐵車站合建工程因基礎(chǔ)型式不同產(chǎn)生的差異沉降控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi),以確保地鐵運(yùn)營(yíng)階段不出現(xiàn)因沉降差過(guò)大導(dǎo)致房屋開(kāi)裂等被動(dòng)局面。本文所提及的工程因存在不同基礎(chǔ)型式，分別對(duì)兩種基礎(chǔ)進(jìn)行了沉降分析計(jì)算，對(duì)風(fēng)亭底板大筏板基礎(chǔ)因所處深厚軟土層采用了旋噴樁穿越軟弱土層的地基處理法減小基礎(chǔ)遠(yuǎn)期沉降，對(duì)風(fēng)亭之外的單樁基礎(chǔ)采取控制樁長(zhǎng)，將樁基持力層從-2含礫中細(xì)砂調(diào)整至⑩-2含砂粉質(zhì)粘土從而適當(dāng)增加樁基沉降，使之與風(fēng)亭之間的差異沉降控制在最小值，且大大降低工程整體造價(jià)。

[1]GB50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JGJ79—2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

Abstract: The paper introduces the settlement calculation methods for the raft foundation and single piles, explores the differential settlement controlling technique of metro stations and development buildings by combining with the auxiliary structures and upper property development projects at some station of Hangzhou Metro Station, so as to ensure no settlement caused by the oversized differential settlement which will lead to cracks on houses in the subway operation stage.

Key words: subway, property development, differential settlement

On differential settlement control of metro station with the property development

Guo Shaoxian Wang Tonghua

(BeijingUrbanConstructionDesign&DevelopmentGroupCo.,Limited,Beijing100037,China)

2016-03-16

郭少賢(1984- )，男，碩士，工程師； 王同華(1983- )，女，碩士，工程師

1009-6825(2016)15-0074-03

TU921

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