深圳地铁5号线盖挖逆作车站中间桩柱设计

摘要:为解决工程量大、工期紧的问题,对深圳地铁下水径车站盖挖顺筑工法变为盖挖逆作工法的中间桩柱技术进行了详细介绍，由于其效益显著，可供类似盖挖法地铁车站支撑柱设计参考。

关键词:盖挖逆作法；混凝土中间桩柱；设计

TU941

引言

由于地铁车站场地周边环境复杂，管线改迁、建筑物拆迁、顺筑工法中多次交通疏解倒边时间长影响大，及越来越快的城市建设速度等方面的因素，使工盖挖逆作法得到了广泛的应用。而地铁盖挖逆作法中间竖向支撑结构是车站结构底板封底前承受和传递竖向荷载的主要受力构件，其承载能力、刚度和稳定性关系工程的成败。为了顺利的将荷载传递给地基，并把地基沉降控制在结构变形的允许范围内，必须合理选定竖向支撑及其下部结构的形式和施工方法。

1.工程概况

1.1工程简介

下水径站是深圳地铁5号线的一个中间站，位于龙岗区吉华路路中，车站中心线与道路中心线基本重合，大致呈南北走向，地面交通极为繁忙，车站场地周围建筑物密集。下水径站是地下二层站，设站后双渡线，全长334.6m，其站台形式为岛式站台，站台的结构宽度为10m，有效站台长140m。车站站前为盖挖逆作区间，站后为暗挖区间，由于工程量大、工期紧张等原因，车站由盖挖顺筑法变为盖挖逆筑法，围护结构采用800mm厚地下连续墙。

1.2工程地质及水文地质概况

1.2.1工程地质

本车站范围内上覆第四系人工堆积层、冲洪积、残积层，下伏侏罗系中统角岩，主要地层如下：

（1）第四系人工堆积层，素填土

（2）第四系全新统冲洪积层：④4粘土、④5粉质粘土、④7粉砂、④8细砂、④10粗砂、④11砾砂和④12圆砾7个亚层。

（3）残积层:由角岩风化残积形成，⑦4粘土、⑦5粉质粘土

（4）侏罗系角岩：按风化程度可分为⒁1全风化角岩、⒁2强风化角岩、⒁3中等风化角岩和⒁4微风化角岩4个亚层。

基底大部位于全、强风化岩层，局部进入微风化岩。

1.2.2水文地质

本场地地下水按赋存条件主要分为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。地下水对混凝土结构无腐蚀性；对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性；对钢结构具弱腐蚀性。

2 蓋挖桩柱设计

2.1盖挖立柱选型

盖挖逆作法中间竖向支撑结构由临时或永久立柱及其基础组成，一般有三种设置方式，即在永久柱的两侧单独设置临时柱、临时柱与永久柱合一或临时柱与永久柱合一且同时增设临时柱三种。由于方法二可以简化施工、加快盖挖作业进度和降低造价，目前已经成为一种主流方式，此时车站立柱的纵向间距是一个重要设计参数，除考虑建筑和设备布局要求外，还要结合地层条件和工期要求经综合比较后确定，一般宜控制在6～7m。方法一由于存在单独设置的临时立柱，施工较繁琐，工期较长，造价也相应增加。方法三工期更长，造价更高，仅用于当立柱纵距较大或车站较宽、较深，立柱轴向荷载特别大的情况。

故本站立柱选用临时柱与永久柱合一方案，考虑到盖挖顺作向逆作工法变更时，车站结构布局改动最小，中间立柱选用混凝土立柱。

2.2盖挖立柱基础造型

柱下基础可采用桩基或条基。桩基可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、钢管打入桩或异形桩等。条基一般造价较高，仅在特殊需要时采用。确定盖挖立柱采用矩形混凝土结构柱后，其基础的形式一般应采用桩基础。柱的浇筑方式可采用柱与桩同步下钢筋笼、同步灌混凝土的一次浇筑法，也可采用先灌筑大直径桩基础，后在桩的上部护壁内立模浇筑立柱的二次浇筑法。

一次浇筑法桩直径较小，只需能外包矩形柱即可。该方法虽然桩直径较小，可节省一部分工程量，但钢筋笼绑扎和下放困难，后期凿除柱外混凝土工序繁琐。更为重要的是柱的平面和竖向定位困难，钢筋笼容易发生平面旋转、扭曲和竖向弯曲，使柱内梁、板接驳器无法按设计位置和标高准确定位，影响后期梁、板的浇筑质量。还有可能造成凿除后矩形立柱的垂直度不满足使用要求，影响站内设备的安装等。因此，对于精度要求较高的车站内永久盖挖立柱不宜采用一次浇筑法。

二次浇筑法需采用大直径桩。车站盖挖立柱的长边方向长1000mm，为保证二次浇筑立柱时桩护壁内有一定的人工操作空间，桩基础选用直径2200mm机械成孔桩。为有效控制基底沉降，桩按嵌入中风化岩不小于1米设计，柱底以下实体桩长15～25m。成桩时采用泥浆护壁，浇筑桩体混凝土前下放钢套筒至柱底标高以下1m，待柱底以下桩混凝土浇筑完毕并达到设计强度后，就可抽干钢套筒护壁内的泥浆，形成盖挖立柱的二次浇筑空间，在立柱施工期间钢套筒承担周边的水土压力。桩基础配筋采用分段配筋，柱底以下10m内采用均长钢筋笼，可满足基础承受弯矩及剪力要求；10m以下至桩底混凝土主要起置换软弱土层以控制基底沉降的作用，因此可采用素混凝土，以节省造价并加快钢筋笼的制作和安装。

2.3梁、柱节点设计

立柱与顶纵梁、中纵梁和底纵梁的连接根据各步盖挖施工工序的条件和特点分别采取不同的方式。其基本要求是：连接简单、传力可靠，在逆筑的特定环境下可以操作，并为后续施工作业提供条件。

顶纵梁范围内的柱身混凝土可在明挖条件下与顶板和顶纵梁一起浇筑，只需在柱顶预留伸入顶纵梁的插筋。

中纵梁范围内立柱需预埋钢筋接驳哭，由于中纵梁与立柱宽度相当，为避免梁、柱施工缝留在梁端剪力最大处，因此立柱与中纵梁节点处在柱外梁长方向各400mm长的梁段与柱一次整体浇筑，并在梁上设置企口，梁的正、负弯矩接驳器分别预埋在企口的上表面和下表面，避免形成同一平面内的抗剪薄弱面。柱内预埋钢筋接驳器有条件对拉时尽量采用对拉，无条件时需满足锚固要求。

由于底纵梁宽度较大，底纵梁钢筋不全穿过立柱，后浇底纵梁混凝土可对立柱完全外包。且底板厚度较大，将桩基的顶部钢筋伸入底板进行锚固后，在立柱与底纵梁节点处可形成类似于桩基承台效应的整体混凝土，可满足纵梁抗剪要求，故底纵梁节点可不设置企口，只在柱内预埋后浇板、梁的接驳器。

2.4结构计算

对于盖挖逆作施工的车站，应采用考虑施工过程的分析和计算方法。该方法虽然计算较繁琐，但能较好的反映使用阶段的结构受力对施工阶段受力的继承关系，以及结构实际的受力过程，其配筋一般较为经济。

根据车站盖挖逆作的施工工序，分阶段模拟各工况挖土、结构板墙逆做施工、回填等全部工序，主体结构按弹性地基上的平面闭合框架结构进行内力分析，计算采用总量法。各阶段计算模型及荷载分布见下图。

各构件根据基本组合的计算内力进行承载能力（既强度）配筋计算，根据标准组合的计算内力进行裂缝控制配筋计算，构件实际配筋按二者的较大值选筋。

经桩柱选型及结构计算，本工程采用一桩一柱的承载方式,柱下基础为直径2.2m钻孔灌注桩,桩底入中(微)风化角岩不少于1m，柱底以下实体桩长15～25m；上部采用钢护筒保护下的混凝土立柱0.8mx1m,高度为17m,纵向间距约8m，共设计有51根混凝土立柱。

3 小结

下水径站从初步设计到施工图设计外部条件变化较大，导致该站的设计方案发生了较大变化，在存在众多制约因素的情况下，下水径站按上述设计思路顺利完成了盖挖桩柱设计，现场按此设计施工，并竣工开通运营，较好的解决了施工场地困难、工期紧张的矛盾。盖挖逆作立柱设计与施工经验可供类似工程参考借鉴。

参考文献

[1] 北京城建设计研究总院．GB50157--2003 地铁设计规范[s]．北京：中国计划出版社，2003

[2] 高雪香等．深圳地铁5号线下水径站主体结构施工图．深圳：深圳市政设计研究院有限公司，2009

作者简介：高雪香(1981-)，女，河南漯河人，主要从事隧道及地下工程设计工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。