沿海软土地区高铁站房内铁路变电所地基整治应用实例研究

龚明伟

浙江铁道建设工程有限公司 浙江 杭州 310000

引言

杭州供电段管内某线路沿海高铁站房建设时，未考虑地面加固，建筑地面下陷，站房综合变电所位于站房一层，设备底座出现裂缝，部分设备损坏，由于该线路各个车站站房同时设计施工，所以，多个站房出现了变电所无法使用的共性问题。

浙江沿海铁路建筑地面沉降整治有很多案例可以借鉴，单独的远动间建筑也出现过设备无法使用的情况，一般通过注浆加固进行处理后恢复地面都能达到很好地整治效果。但是对于高铁站房，站房距离线路较近，高铁站房体量远大于远动房，局部整治高铁站房设备间地面没有案例可循，所以研究高铁站房地面加固是很有意义的。杭州供电段管内目前沉降严重，急需整治的站房有三个，本文以地面处理最复杂的某一站为例进行介绍[1]。

1 既有站房概况

站房建筑层数两层（付费区、非付费区、候车厅、售票厅为一层），一层层高4.5m，二层层高4.3m，付费区、非付费区、候车厅、售票厅部分层高12.8m，建筑高度12.8m，轴线尺寸60m*21.95m。变电所位于一层7～8轴、B～D轴，开间尺寸6米，进深12.95m。

站房主体为框架结构，基础为预应力混凝土管桩，设计使用年限50年，结构安全等级二级，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.1g，设计地震分组一组，场地类别为IV类，特征周期Tg=0.9s，框架抗震等级二级，桩基设计等级丙级。设计地面±0.000相当于绝对标高7.33m，勘探孔口标高为3.34m～4.11m，场区内先填土在施工，且填土在基础施工前三个月完成，压实系数≥0.94。

地勘揭露的土层由上至下为：

素填土，灰黄色，结构松散，成分以黏性土为主，高压缩性，层厚0.9～1m；

粉质黏土，灰黄色，软塑，中压缩性，层厚0～2.9m；

淤泥质粉质黏土，灰色，流塑，中高压缩性，层厚5.8～8.0m；

淤泥质黏土，灰色，流塑，高压缩性，层厚8.7～10m；

1粉质黏土，灰、褐灰色，流～软塑，高压缩性，层厚6.6～8m；

粉质黏土，暗绿、褐黄色，硬塑，中压缩性，层厚5.2～7.3m；

1粉土，灰黄色，饱和，中密～密实，中压缩性，层厚1.7～6.9m；

2粉砂，灰色，饱和，密实，中压缩性，层厚3.65～5.75m。

（管桩直径500mm，桩端持力层为7）1粉土层，桩端进入持力层≥1m，预估桩长36m，单桩竖向承载力特征值≥900kN。

2 加固方案

参考沿海既有远动间地面加固，一般地面采用注浆加固地基，大面积的房屋地面也有采用松木桩加固，然后恢复建筑地面方案，在本案例中，加固主要存在以下困难：

本案例站房回填土厚度为3.22～3.99m，回填厚度较厚，回填土土质情况无法保证，注浆加固在人工填土中加固效果不好；

高铁站房距离线路较近，回填土压实不够，注浆加固浆液流向无法控制且注浆由挤土效应，没有可靠的计算模型可以模拟注浆对线路的影响，无法保证线路安全；

高铁站房距离线路较近，松木桩挤土效应明显，计算后线路变形均无法满足要求，方案不可行[2]。

参照目前地基基础的选型，项目建设者应采用以下三种方式确定地基整治方案。

2.1 定性比较

该方法是根据专家的专业知识和个人经验，在直观选取几个可能方案后，对各方面性质加以比较，最后确定选用的方案。

2.2 定量计算

该方法同样是依靠专家的专业知识和个人经验，在直观选取少数几个可能方案后，计算各参数并加以比较，最后确定选用的方案。

2.3 系统分析方法

针对不具普遍性的个例，运用如模糊数学、层次分析法等方法加以分析比较，确定最终选用方案。该方法适用于可能方案较多的情况，各方案经比较、分析、权值排序后，若权值最大的方案与其他可能方案的权值相差明显，则应用效果更好[3]。

3 重新浇筑结构地面方案

综合考虑几个站房情况，场地内回填土均达到3～4m厚度，回填高度过大，既有基础为深基础，增加变电所单间房间楼板荷载应可以满足结构要求，考虑重新浇筑结构地面方案[4]。

3.1 方案介绍

变电所内电缆沟深度为0.6m，考虑结构板兼做电缆沟底板，结构板顶标高为-0.600m。依据既有站房变电所基础布置情况，考虑采用地梁搁置至既有承台，新建底板荷载通过地梁传至既有基础，既有基础及新建结构梁板布置方案如图1。

图1 新建结构板方案

为了增减地梁与承台连接处的抗震性能，地梁搁置在既有承台位置增加竖向植筋植入既有承台内，DL3箍筋植入既有基梁JKL22内。

3.2 结构计算

3.2.1 结构板计算。新建楼板位于-0.600m位置，板厚300mm，楼板上恒载为楼板自重7.8kN/m2加地面荷载19kN/m2（从上到下为100厚C25细石混凝土；100厚C15素混凝土垫层；400厚回填塘渣夯实）、楼板活载考虑设备荷载为8kN/m2，计算出既有承台的附加荷载值提供给站房原设计单位进行复核，其中最大的附加荷载大小为380kN。通过原设计单位复核附加荷载大小满足原有站房基础的富裕系数，方案可行[5]。

楼板取一米宽度楼板计算楼板配筋，采用理正结构设计工具箱软件7.0来计算模型及计算结果。

3.2.2 植筋深度计算。新建地梁植筋至既有承台，既有承台混凝土强度等级为C35，混凝土保护层厚度为25及≥d（主筋直径），d=20，新建梁混凝土为C35，保护层厚度为30mm，植筋直径为12mm。依据《混凝土加固设计规范》GB50367-2013，基本锚固深度计算公式如下：

各个参数及取值为：

αspt：考虑混凝土劈裂影响的计算系数取1；

d：植筋公称直径为12mm；

fy：植筋强度设计值为360N/mm2；

fbd：植筋用胶粘剂的黏结抗剪强度设计值取4.5。

考虑各种因素对植筋受拉承载力影响而需要加大锚固深度的修正系数计算公式如下：

各个参数及取值为：

ψbr：考虑结构构件受力状态对承载力影响的系数取1.15；

ψw：混凝土孔壁潮湿影响系数取1.1；

ψr：使用环境的温度T影响系数取1.0。

植筋锚固深度设计值计算公式如下：

各个参数及取值为：

ψN：考虑各种因素对植筋受拉承载力影响而需要加大锚固深度的修正系数，按计算取值1.265；

ψne：考虑植筋位移延性要求的修正系数取1.1；

按照《混凝土加固设计规范》GB50367-2013 15.3构造规定的相关要求复核，植筋深度按计算取值，最终取值为280mm。

4 结束语

变电所是供电线路的心脏设备，是输送和分配电能的关键环节。高铁站房变电所一般设置在站房一层，沿海地区土质较差，房屋地面沉降严重，尤其是放置设备的电缆沟位置，由于设备荷载肯定是不均匀布置，电缆沟发生不均匀沉降，设备倾斜，超过一定变形量之后严重可导致设备损坏。沿海地区应该在站房设计阶段就考虑重要房间的地面加固问题，由于种种原因未进行地面加固导致变电所重新整治，站房距离线路较近，在保证既有结构安全的前提下，采用重新浇筑重要房间结构地面的方式，可以较为有效并长期地保证变电所房间的使用。