明挖地铁车站叠合墙与复合墙设计浅析

张志敏

摘要：通过参与深圳地铁车站设计，进而对明挖地铁车站叠合墙和复合墙分别从计算，受力分析，工程造价等方面进行了综合分析比较，并提出了作者观点。

关键词： 地铁车站；叠合墙；复合墙；受力体系

Abstract: through participating in shenzhen subway station design, then the Ming dig metro station composite wall and composite wall respectively from the calculation, stress analysis, project cost aspects of the comprehensive analysis and comparison, the author puts forward and views.

Key words: the subway station; Composite wall; Composite wall; Stress system

中图分类号： U231+.4文献标识码：A文章编号：

前言

GB 50157 – 2003地铁设计规范10.4.2中提到：“地下连续墙支护宜作为主体结构侧墙的一部分与内衬墙共同受力。墙体的结合方式根据使用、受力及防水等要求，可选用叠合式或复合式构造”。在深圳地区已设计完成及正在设计阶段的明挖地铁车站，复合墙、叠合墙均有使用，就全国而言，车站地连墙使用复合墙居多，有关叠合墙与复合墙孰好孰坏，业内存在诸多不同说法。本文主要是通过笔者参与深圳三号线和七号线明挖车站的设计，又查阅了一些文献质料，从而对明挖地铁车站地下连续墙，具体到复合墙与叠合墙，从计算、受力分析、工程造价几个方面较为详细的阐述说明。

1工程概况

深圳地铁7号线石厦站为换乘站，呈东西走向，与3号线石厦站“L”型换乘。车站所在地区原始地貌为冲洪积平原，局部为台地，地面高层一般为4.90～5.83m，自上而下地层基本为素填土、淤泥质粉质黏土、砾质黏性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花崗岩。地层无明显断裂构造，场地构稳定性总体较好。本站为地下三层岛式车站，车站顶板覆土厚度约为3.0m，双柱三跨结构，标准段结构外皮净宽20.3m，基坑深度约为26m，明挖顺筑法施工，围护结构采用地下连续墙。当考虑围护结构及侧摩阻力时，结构满足抗浮要求，但为了改善浮力工况结构受力，在结构柱下设置抗拔桩。车站所处环境为Ⅰ-B类环境。

2计算

叠合墙与复合墙主要区别是其受力体系不同，叠合墙：围护结构与结构内衬墙通过剪力槽、预埋钢筋等结构施工措施，使其叠合面传递剪力，从而形成一个整体；复合墙：围护结构与结构内衬墙分离设置，二者之间通过防水层隔开，叠合面不传递弯矩剪力，只传递法相压力。由于受力体系的不同，从而在计算建模上存在差异，下面从施工阶段和正常使用阶段分别予以说明。

施工阶段：叠合墙与复合墙计算模式基本一致，模拟基坑开挖、支撑，拆撑，结构回筑全过程，基坑内降水，粘性土采用水土合算，砂性土采用水土分算，荷载按“增量法”，围护结构内力按弹性地基杆系有限元计算分析，基坑底上部迎土侧按主动土压力计算，基坑底下部考虑围护结构两侧主动被动土压力相抵后形成矩形土压力荷载，并在围护结构内侧计入一组弹性支撑。通过计算分析从而使设计满足基坑整体稳定、抗倾覆、抗管涌、抗隆起等要求。

使用阶段：由于受力体系不同，叠合墙与复合墙计算建模有很大区别，对于叠合墙，需将围护结构和结构内衬墙看做一个整体，共同组成结构侧墙来承受侧向水土压力，侧向土压力按静止土压力计算。对于复合墙，由于围护结构和结构内衬墙分离设置，在长期使用阶段，围护结构刚度有所折减，地下水绕流至结构内衬墙，故建模时，一般采用链杆模型，同时考虑围护结构刚度折减。所谓链杆模型即在建模时，在围护结构和结构内衬墙间设置链杆用来传递二者间的法向压力，当受拉力时，链杆自动脱开，水压力全部加载到结构内衬墙上来承担，而侧向土压力加载到围护结构上由二者共同承担，侧向土压力按静止土压力计算。计算简图见图1。

图1复合墙计算模型

3受力分析

通过对石厦站分别采用叠合墙和复合墙体系建模计算的结果比较，同时结合叠合墙与复合墙不同的受力体系，可得出二者有如下受力特征:

围护结构：对于复合墙，由于围护结构和结构内衬墙分离设置，不是作为一个整体来共同承担侧向水土压力，所以其受力工况主要受施工阶段控制，且其裂缝宽度一般控制到0.3mm，而对于叠合墙，围护结构作为主体结构受力一部分，其受力工况受施工阶段和使用阶段共同控制。且其裂缝宽度要严格按照规范控制，至少为0.2mm。同时由于围护结构与结构板刚性连接，故在节点处弯矩较大，因此叠合墙围护结构含钢量要高于复合墙围护结构含钢量。

主体结构：对于结构顶底板边支座弯矩，由于叠合墙顶底板与围护结构刚性连接，节点刚度很大，故边支座承但较大弯矩，而复合墙边墙较薄，结构顶底板与侧墙节点刚度较小，边支座弯矩值相对于叠合墙要小的多，中板弯矩值很小，故二者差距不大。对于结构顶中底板跨中弯矩，按照计算结果，叠合墙与复合墙方案差距不大，但叠合墙方案施工相对复杂，结构封闭之前经受受力工况较多，同时由于结构板与围护结构刚性节点施工时很难完全保证，需将跨中弯矩计算结果上调一定比例，因此，叠合墙方案结构顶中底板跨中弯矩一般稍高于复合墙方案。综上所述，一般情况而言，对于相同体积结构板，叠合墙方案板结构含钢量要高于复合墙方案板结构含钢量。对于结构侧墙，由于叠合墙结构侧墙与围护结构作为一个整体共同受力，而复合墙结构侧墙需单独承受水压力和部分土压力，故叠合墙方案结构侧墙外侧只需按构造配筋，含钢量远小于复合墙方案。

4 工程造价

叠合墙方案充分发挥了围护结构地下连续墙的作用，将围护结构和结构内衬墙合成一个整体，从而使结构刚度大，占地面积小，节约混凝土用量，同时地连墙和结构墙共同参与了抗浮，一般可以满足抗浮要求，避免了抗拔桩、压顶梁的设置，再者叠合墙充分发挥了结构自防水能力，取消了防水层的设置。综上所述，很多人会认为叠合墙方案很大程度的节约工程造价，其优于复合墙方案。其实这只是直观的认识，不能因此就单一的认为叠合墙方案优于复合墙方案。

首先叠合墙方案虽然结构侧墙混凝土用量有所减少，但通过本文前面分析可知，叠合墙围护结构及结构顶底板含钢量都要高于复合墙方案，同时结构板与连续墙钢筋连接需要大量的接驳器，这都增加了工程造价。其次虽然叠合墙节约了防水层用量，但由于叠合墙的内部结构特征，侧墙结构内部混凝土硬化过程中受到地下连续墙的约束，结构内衬墙和水平构件容易发生开裂，防水效果差，在加上叠合墙施工难度大，施工质量很难保证，边节点接缝处很容易漏水，后期渗漏水治理需要很高的费用。再者在水位较高地区，比如上海用叠合墙方案较多，其中一个原因就是叠合墙能有效的抵抗浮力，避免抗拔桩的设置。但也不能一概而论，尤其对于基坑很深跨度很大的车站，结构底板承受很大的弯矩，这时设置抗拔桩反而还能有效的改善结构底板受力，保证结构安全。由以上分析可知，我们不能笼统的认为叠合墙方案工程造价远低于复合墙方案，需针对具体问题具体分析，经过仔细计算认真比对，同时结合结构受力特征及施工难度，综合分析，最后选择一个合理的方案。

5 结论

通过本文分析，叠合墙与复合墙各有优缺点，在设计时，需对两种方案认真计算，通过受力分析和设计者自身经验，并结合现场施工环境综合考虑。对于深圳地铁七号线工程石厦站，最终选择了复合墙设计方案。

参考文献

[1]GB50010-2010混凝土结构设计规范

[2]GB50157-2003地铁设计规范

[3]SJG05-2011深圳地区建筑深基坑支护技术规范

[4]夏明耀，曾进伦.地下结构设计施工手册[K].北京：建筑工业出版社.1999