荷载转换施工技术在地铁上盖物业中的应用

王伟 周豪 杨培锐 郑海涛 王勇

（1.中国建筑一局（集团）有限公司，广东 深圳 518000；2.深圳市地铁集团有限公司，广东 深圳 518038）

1 工程概况

1.1 项目概况

深湾汇云中心三期工程位于南山区深圳湾片区，位于已建成深湾汇云中心一二期南侧，为2 栋商业别墅，共四层，总高度19.2m，总建筑面积20000m2。整体结构设置于地铁红树湾南站站厅顶板上，地下一层为商业隔振层。

三期基坑面积约为5240m2，站厅顶板面标高为-3.77，现状面层标高约为0.000，基坑开挖深度约为3.77m。

1.2 水桶换载概况

为平衡车站顶板上部土方荷载，对车站中板（站厅层）进行水桶注水预压，增加抗浮荷载；顶板覆土开挖后，在顶板放置水桶并注水。随着上部主体结构施工，逐步减少水桶内水量，达到地铁上部荷载平衡，减小荷载扰动。

根据地铁设计提供的荷载计算值以及上部开挖的土方量，土方开挖前在地铁站中板放置3000 个1060mm×1500mm（直径×高度）PE 塑料水桶，注水深度为1.43m；土方分区段开挖，开挖见地铁站顶板结构时放置2250mm×2530mm（直径×高度）PE 塑料水桶（385 个），注水高度为2.5m。

2 荷载计算

本工程对荷载的转换分为三部分：①上覆土方开挖前对地铁站中板（站厅层）进行预压；②土方开挖时对顶板及时施加荷载；③卸荷。

2.1 计算依据

（1）地铁站中板预压根据地铁主体结构设计提供的相关参数，计算所需水桶的规格、数量以及注水深度。

（2）顶板水桶的设置根据上覆土方的出土量进行计算。

（3）根据上部主体结构的施工进度，计算卸载的时间与单次卸载释放水的高度。

2.2 荷载计算

2.2.1 中板预压计算

地铁主体结构设计提供的相关参数，中板可承受的最小荷载标准值为：

2+8+3.3+1=14.3kN/m2

按换算即可放置1.43m 的配重水。

2.2.2 顶板换载计算

第一次挖土最大深度计算：

预载水重量（堆载率按照0.9 折减）：10kN/m3×1.4m×0.9=12.6kN/m2

降水预载重量：

10kN/m3×3.7m=37kN/m2

第一次挖土最大深度：

H1=（37+12.6）/18=2.76m

开挖前土方重量：

18kN/m3×3.7m=66.6kN/m2

开挖前预载重量为：

12.6 KN/m2+37KN/㎡=49.6kN/m2

地铁顶板水箱最低水高度（堆载率按照0.68 折减）：

H2=（66.6-49.6）/（10×0.68）=2.5m

2.2.3 卸荷

主体结构施工过程中，需对堆载水箱进行降水，确保结构完成时地铁顶板上受力均衡：

（1）工况一：结构首层转换板施工。

取其中任意区域计算其平均重量：

梁体积：

0.8 ×1.2×8×2+0.8×1.2×11×2+0.7×1×9+0.7×1×6.5=47.33m3

板体积：

11×8×0.18=15.84m3

该区域混凝土重量（考虑钢筋与梁板交接混凝土等重）：

（47.33+15.84）×2500=157925kg

结构首层转换层施工重量：

（157925×10）/（11×8）/1000=17.95kN/m2

对应降水高度（堆载率按照0.72 折减）：

h1=17.95/（10×0.72）=2.5m

第一次降水位置为地铁顶板上水箱水高度，降水高度2.5m（顶板水箱卸载完成）。

（2）工况二：二层楼板施工。

取其中任意区域计算其平均重量：

梁体积：

0.25 ×0.5×6×2+0.4×0.6×4+0.3×0.5×4=2.31m3

板体积：

4×6×0.12=2.88m3

该区域混凝土重量（考虑钢筋与梁板交接混凝土等重）：

（2.31+2.88）×2500=12975kg

二层楼板施工重量：

（12975×10）/（4×6）/1000=5.4kN/m2

对应降水高度（堆载率按照0.9 折减）：

h2=5.4/（10×0.9）=0.6m

第二次降水位置为车站中板预压水箱水高度，降水高度为0.6m。

（3）工况三：三层楼板施工。

取其中任意区域计算其平均重量：

梁体积：

0.3 ×0.5×6×2+0.4×0.5×4+0.4×1×4=4.2m3

板体积：

4×6×0.12=2.88m3

该区域混凝土重量（考虑钢筋与梁板交接混凝土等重）：

（4.2+2.88）×2500=17700kg

结构首层转换层施工重量：

（17700×10）/（4×6）/1000=7.38kN/m2

对应降水高度（堆载率按照0.9 折减）：

h3=7.38/（10×0.9）=0.82m

第三次降水位置为车站中板预压水箱水高度，降水高度0.82m。

（4）工况四：四层楼板施工。

取其中任意区域计算其平均重量：

该区域钢结构及混凝土重量：

0.0084 ×14×7850+0.0047×12×7850+4×6×0.12×2500=8566kg

结构首层转换层施工重量：

（8566×10）/（4×6）/1000=3.57kN/m2

对应降水高度（堆载率按照0.9 折减）：

h4=3.57/（10×9）=0.4m

第三次降水位置为车站中板预压水箱水高度，降水高度0.4m（车站预压水箱卸载完成）。

3 水桶施工布置

根据计算结果，现场施工布置的流程如下：

图1 施工部署流程

3.1 站厅层（中板）布置

（1）限制于站厅层楼板的荷载要求（14.3kN/m2），水堆载高度为1.43m，且根据市场水桶尺寸类型情况，选定尺寸（直径×高度）为1060mm×1500mm 的PE 水桶。三期站厅层水桶堆载面积为40m×131m=5200m2，除去站厅层最西侧设备堆载区域（40m×45m）及人行通道，满布水桶为3000个。

（2）堆载时间：覆土开挖前。

（3）为保证车站站厅层楼板干燥、避免渗漏水，针对车站内可能存在漏水隐患的水桶、水管及原有地铁预留地漏、变形缝做防水处理。

3.2 顶板布置

（1）针对地铁车站顶板水桶堆载，根据专家讨论会意见采用转换层板底水桶满布的形式，由于转换层梁密集，梁底净高基本为2.5m，水堆载高度为2.5m，且根据市场水桶尺寸类型情况，选定尺寸（直径×高度）为2250mm×2530mm 的PE 水桶。水桶布置于板底（楼板为压型钢板、梁为混凝土梁），除去梁底架体搭设及操作空间，三期满布水桶为385 个。

（2）时间：覆土开挖至车站顶板。

3.3 卸载条件

转换层施工完成后进行第一次卸载，释放地铁车站顶板水压力及撤离水桶，三层楼板结构施工完成后进行第二次卸载，释放地铁车站站厅层水压力，但需保留水桶，根据监测数值再动态调整站厅层水桶水高度，确保水浮力与车站荷载动态平衡。

4 结语

地铁车站上浮会导致结构变形破坏，而车站上浮的原因是结构重量（包括顶板覆土重）及车站侧壁摩擦力之和小于水浮力引起的。本工程通过在地铁中板和顶板分别放置注水水桶平衡上覆土方开挖后对车站结构自重的影响，既保证了地铁的结构安全，又保证了施工正常进行。通过监测观察，施工至今车站整体的上浮位移稳定在2.8mm，在地铁集团允许上浮范围内。该技术的成功应用为地铁上盖物业或有抗浮要求的建筑设计提供有利的参考。