地鐵車輛段樁基工程計算分析及設計建議

劉 智

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430063)

地鐵車輛段樁基工程計算分析及設計建議

劉 智

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司 湖北武漢 430063)

在城市軌道交通車輛段、停車場上方進行上蓋物業開發，可有效利用日益稀缺的城市用地資源。然而，上蓋開發使得車輛段、場結構復雜，為樁基工程設計帶來了較大困難。文章以杭州地鐵某車輛段上蓋開發為例，分析了樁基工程的技術特點及設計難點，提出了樁基工程優化設計的建議。

樁基工程；地鐵；車輛段停車場；結構設計；上蓋開發

0 引言

隨著城市的建設發展，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展以及生活質量的提高。城市軌道交通，以其運量大、速度快的技術優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、停車場上蓋物業開發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的樁基工程及檢測進行設計技術總結，以供工程設計參考。

1 工程概況

五常車輛基地位于杭州市余杭區五常街道范圍，段址西側規劃為荊長大道，南側為在建海曙路，北側為余杭塘河。整體長條形區域，呈東西走向，規劃的上蓋開發區域占地面積約32.45hm2。

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

2 地質條件

圖1 典型工程地質剖面圖

地貌為濱海湖沼積平原，沿線場地自然地面較平坦，場區大部分為低洼地、魚塘和河道，地面高程3.1m～5.1m。勘探揭露的第四系地層最大厚度約為45.0m，為湖沼相、濱海相、淺海相及河流相沉積物。淺部范圍內主要以黏性土為主，局部揭露淤泥質黏性土和黏質粉土，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砂層和砂礫層，底部為洪積、殘坡積含黏性土碎石層。基底為白堊紀上統朝川組(K1c)為主的基巖，基巖上部受不同程度的風化。

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)，其中中風化粉砂巖地層和中風化礫巖地層，性質好，分布穩定，為場地內良好的鉆孔灌注樁的樁端持力層。

3 樁基工程設計

結構安全等級為二級，結構設計使用年限為50年，除小學和幼兒園為重點設防類外，其余均為標準設防類建筑[5]。該工程設計地震動參數按2016年最新國家標準《中國地震動參數區劃圖》GB18306-2015的規定取值[6-7]，所處區域抗震設防烈度6度，設計基本地震加速度0.05g，設計地震分組為第一組，場地類別為 II類，特征周期Tg=0.35s，多遇地震水平影響系數最大值 0.04。

樁基工程設計等級根據上部結構情況分為甲級和丙級，對于上蓋有高層建筑的分區按甲級設計，對于上蓋無高層建筑僅有2層框架，即僅有車庫層和小區綠化層的分區按丙級設計[9-10]。

根據地質情況，中風化粉砂巖和礫巖層，性質好，分布穩定，為場地內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樁端持力層為中風化粉砂巖和礫巖層，按端承摩擦樁設計。而上蓋無高層建筑的分區，荷載較小，選取平均厚度7m左右的圓礫層為持力層，按端承摩擦樁設計。

工程樁混凝土強度等級C35，試樁混凝土強度等級提高一級為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 樁基工程設計難點分析

(1)上部結構荷載狀況復雜，主要體現在以下3個方面：

①上蓋有高層建筑的分區與上蓋無高層建筑的分區柱底力相差懸殊，上蓋有高層建筑的分區最大柱底力標準組合值達到29 000kN，上蓋無高層建筑的分區最大柱底力一般為12 000kN～14 000kN。

②上蓋有高層建筑的分區，在同一個分區之內，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。最大柱底力標準組合值達到29 000kN，最小柱底力一般為2 500kN～4 000kN。

③該工程為分階段實施，現階段僅實施上蓋大平臺標高范圍，為以后物業開發預留好土建條件。待物業開發招商確定后，再行實施上蓋大平臺以上的住宅、商業、小學、幼兒園。所以物業開發前與開發后，柱底力存在很大的懸殊，而現階段并不能確定物業開發的實施時間。

針對上述上部結構荷載情況以及本場地地質特征，分別考慮不同分區的樁基工程設計。

上蓋無高層建筑的分區，荷載較小，考慮工程建設的經濟性，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，其柱底力相差懸殊，考慮工程建設的經濟性，采用兩種直徑的樁型D800和D1000；考慮框架結構以控制沉降差為主，D800和D1000均采用同一持力層中風化粉砂巖和礫巖層，并驗算樁基沉降差；考慮物業開發實施時間的問題，分別驗算有物業開發與無物業開發時的樁基沉降，按沉降差控制樁基工程設計。

綜上所述，樁型采用端承摩擦型鉆孔灌注樁，確定樁基工程設計參數如表1所示。

表1 樁基工程設計參數表

(2)甲級基礎應按沉降控制設計，且該工程荷載情況復雜，同一結構分區柱底力相差懸殊，上蓋物業開發實施時間不確定。所以，采用以下3個原則控制樁基沉降設計：

①沉降計算設計依據的荷載工況，仍然以考慮有物業開發為主，因為長期來看，最終沉降由物業開發荷載決定。

②考慮物業開發荷載時，柱底力相差懸殊，應控制沉降差≤0.002L0。

③不考慮物業開發時，柱底力相差較小，但是因為高層建筑荷載尚未施加，樁身壓縮量相差懸殊，應控制沉降差≤0.002L0。

對于樁距≤6倍樁徑的群樁，規范規定采用實體深基礎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[9]。對于單樁、單排樁、疏樁，規范規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算樁基沉降。計算采用理正工具箱6.5的樁基沉降計算功能。選取某上蓋有高層建筑的結構分區為計算案例，該分區采用了D800和D1000兩種直徑鉆孔灌注樁，樁端持力層均為中風化粉砂巖礫巖層，樁長約為50m。

考慮上蓋物業開發荷載時，分別選取4根樁計算沉降，分別為兩種樁型最大和最小的準永久值，計算結果如表2所示。

表2 有上蓋高層建筑荷載下樁基計算結果

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，根據荷載懸殊變化，采用兩種直徑樁，不僅能夠取得樁徑優化的經濟效益，還可以減少最大沉降量之差，其效果相當于樁基變剛度調平設計。

為了對比有、無上蓋物業荷載時樁的沉降變化，選定上表中4根樁不變，計算在無上蓋物業開發時的沉降。計算結果如表3所示。

表3 無上蓋高層建筑荷載下樁基計算結果

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

綜上所述，該工程甲級基礎采用樁端入巖的方法控制樁基絕對沉降量，進而控制不同荷載情況下框架結構柱的沉降差，是經濟合理、技術可行的。同一結構單元，當柱底力相差懸殊時，應考慮樁徑變化調整樁基承載力及剛度，而樁端持力層及樁長，為控制沉降設計，不應改變。

(3)整個五常車輛基地上蓋開發區域，共有71個結構分區，共設計D1000鉆孔灌注樁7 083根，D800鉆孔灌注樁3 352根。按規范要求，設計等級為甲級的樁基工程，應按預估工程樁數1%進行試樁，且一般應加載至極限承載力。按此標準計算，約需要100根工前試樁，工程量巨大，費用高且工期長。

場地東西向最長1 700m，而中風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勢土層及厚度變化，可以認為整個場地土層條件均勻、無較大變化。該工程優化靜載荷試樁，擬采用少量工程樁兼作試樁，驗證場地條件即可。工程樁檢測主要以控制樁身質量為主，所以擴大樁身質量檢測，要求低應變全檢，聲波透射法抽檢10%。

5 結論

本文根據杭州地鐵5號線五常車輛段的上蓋開發項目基礎設計所遇技術難題，開展了分析總結工作，得出主要結論如下：

(1)車輛段上蓋開發，荷載狀況復雜，柱底力懸殊較大，從工程建設經濟性的角度考慮，可以采用多種樁型設計。而對于同一結構分區，樁型的改變應以樁徑變化為主，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證勘察報告所提供的地質條件，為工程樁設計提供依據。若場地地質條件單一均勻，可以減少試樁數量。檢測工作以控制工程樁的樁身質量為主，設計對于場地條件和樁身質量均有把握，即可保證樁身承載力滿足要求。

[1] 高虹.地鐵車輛段預留上蓋開發消防設計研究[J].鐵道工程學報，2009(6)：107-110.

[2] 蔣科衛.地鐵列檢庫上蓋建筑結構設計[J].建筑結構，2013(5)：123-128.

[3] 樂倩.杭州地鐵七堡車輛段上蓋平臺結構設計有關問題探討[J].重慶建筑，2007(4)：36-38.

[4] 趙宏康，張敏，陸春華，等.蘇州太平車輛段停車列檢庫上蓋物業開發復雜高層結構設計[J].建筑結構，2013(10)：89-95.

[5] GB50223-2008 建筑工程抗震設防分類標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[6] GB50011-2010 建筑抗震設計規范(2016年版)[S].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[7] GB18306-2015 中國地震動參數區劃圖[S].北京：中國建筑工業出版社，2015.

[8] JGJ106-2014 建筑基樁檢測技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[9] JGJ94-2008 建筑樁基技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[10] JGJ50007-2011 建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

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