轨道预留区域复合型托换式基础设计与施工

赵 俊 （中亿丰建设集团股份有限公司房屋建筑公司，江苏 苏州 215000）

1 工程概况

中荷（苏州）科技创新港项目位于苏州市相城区高铁新城核心板块。根据苏州市轨道交通规划选址函中所示，轨道交通10 号线将下穿本项目的北侧A#塔楼（如图1 所示），塔楼及周边基础结构设计需保证桩基位于规划盾构区间3m外，地库底板结构于规划隧道顶最小竖向净距大于6.6m，轨交10 号线此区间盾构隧道规划施工时间为本项目竣工后2年。盾构穿越区域地库地下3层，上部塔楼为科研办公及部分餐饮商业混合型用房，地上16层，建筑高度83m，建筑面积26282.07m2，采用框筒结构。

图1 轨道下穿基坑示意图

图2 复合型托换基础结构示意图

图3 复合型托换基础结构模型图

2 常规托换简述

为了防止上部已建建筑物对下部地铁隧道造成影响，通常地下室采用托换基础的形式将上部结构所产生的荷载传递至地铁隧道的两侧支撑层。应用较多的有桩梁式托换基础和桩筏式托换基础。

桩梁式托换基础是采用托换桩和托换大梁组成的托换结构体系，根据其纯梁受力的特点，适用于上部结构的荷载较大，纵向构件分部均匀的情况。桩筏式托换基础则是采用整体的防水筏板，将数个独立基础连接到桩筏式整体的基础上，适用于上部结构荷载不大，同时核心筒内墙柱密布设置的情况。

本工程中地铁将直线穿越新建A#塔楼及周边地库底板下方，塔楼为16 层核心筒框架剪力墙结构，上部荷载较大，同时地铁隧道穿越的部位包括了剪力墙较为集中的电梯井筒及楼梯间等部位，各传力点分布不均匀，导致单一式的桩梁式托换结构和桩筏式托换结构无法适用于本项目的整体情况。

3 复合型托换研究

综合各方面因素和相关轨道交通项目的上盖平台箱式转换层实施案例，本项目创新式采用“暗梁+筏板”复合型托换基础作为转换层，该结构包括托换桩、托换梁和托换筏板，转换区筏板设计厚度3m，横向跨距12.6m。采用筏板基础可以促进上纵向构件的灵活配置，满足建筑功能和使用要求。并且，在严格控制厚板挠度的同时，在厚板内设置暗梁，通过地铁隧道穿越区两侧的灌注桩均匀传递，一方面减少了防水筏板的变形，同时也减少了上层建筑荷载对地铁轨道上部土体的压力值。

3.1 复合托换基础沉降复核

在盾构区间施工时，盾构隧道与工程桩有着复杂的相互作用关系，盾构隧道施工时，相邻的桩基础在一定意义上可以理解为被动桩，被动桩需承受周围土体位移和应力释放产生的额外桩体位移和内力，这对于已建工程项目后期的沉降会产生较大的影响。设计前结合项目各单体的具体情况，在轨道盾构施工时结合土体反力，用两阶段分析法对坑沉降进行模拟研究，阶段一采用有限元法来假设无桩情况下荷载的自由位移场，阶段二再将阶段一所求得的自由位移场施加到设计桩体上，从而计算得到桩基相关力学参数，再通过地铁隧道周边的释放负载采用位移荷载进行代换的形式，在隧道边界直接施加隧道的位移值，从而计算得出周围土体的位移变化和各单体的沉降值，通过沉降数值来判别其是否满足相关要求。

3.2 复合托换基础受力复核

在对复合托换基础的受力计算分析时同样采用有限元分析法，计算模型建模时以上部核心筒剪力墙的布置形式为参考，在超厚防水筏板内设置暗梁，暗梁截面采用2.8m×3m。筏板各跨内设置暗梁分割区间，通过JCCAD 有限元计算软件进行结构的整体计算分析。在计算过程中，因考虑到暗梁作用仅为传递荷载，其本身没有刚性，故不参与整体的计算，通过对托换基础结构进行刚度的设定，采用平面内刚度无限大，平面外以实际刚性计算的原则，对板的扩张和板单元的变形协调进行合理考虑，从而使得计算结果能够更加贴近现场的实际工况。之后再通过采用盈建科设计软件来模拟数种计算模型，将超厚防水筏板与其中所设置的暗梁进行整体包络计算，整体计算后，再单独分析受力复杂的板单元，进行裂缝、挠度、冲切等补充估算和柱盖设计。

4 复合型托换式基础的施工

施工是复合型托换基础能否成功的重要环节，必须严格按照施工工序施工，确保施工质量，注意关键部位的验收和控制，同时根据现场的实际情况灵活调整设计和施工方案。

复合型托换基础施工工艺流程为托换桩施工→土方开挖→浇筑垫层、预制砖胎膜铺设→卷材防水层施工→托换梁钢筋绑扎→托换筏板钢筋绑扎→混凝土浇筑。

①托换桩施工

托换桩采用直径800mm 的钻孔灌注桩，灌注桩有效桩长为48m，采用正循环泥浆护壁施工工艺进行施工，桩身混凝土标号为C35 水下混凝土，混凝土坍落度控制在180～200mm 之间，灌注桩桩顶预留35d 主筋与托换梁筏基础间进行锚固连接，同时施工期间宜进行成孔质量检测，检测数量为总桩数的10%。桩基础施工完毕后采用低应变动测法对桩身完整性进行检测，检测数量为总桩数的20%。同时对混凝土按照规范要求进行抗压强度试块的留置，从而确保桩身混凝土的强度。

②土方开挖施工

复合型托换基础区域结合托换梁采用分层大开挖的形式，结合托换梁截面尺寸及筏板板厚开挖至基底。

项目在基坑土方开挖施工前，预先施工103 口疏干井，65 口减压井，对基坑内土体进行预降水，同时核心筒坑四周通过布设轻型井点加强抽排，防止坑底出现突涌，于坑外周边施工临时道路上设置若干水位监测孔，以此来对围护体内降水对坑外水位的影响进行实时监测，从而避免对周边地基土体造成影响。

基坑土方开挖施工过程中以"分层分段、限时开挖、留土护壁"为原则，先行开挖位移控制要求低的区域，同时考虑时空效应，以基坑中部为中心四周对称均匀出土，从而使开挖过程中基坑内土体土压力能够做到相对平衡，避免对周边已施工完成的围护桩土造成挤土效应，从而对围护结构造成影响。

③垫层浇筑、侧模施工

垫层采用100 厚C15 素混凝土进行浇筑，托换梁两侧摒弃了常规的混凝土实心砖挡土，采用新型的预制成品砖胎膜进行支设，加快了现场的整体施工效率。

④卷材防水层施工

垫层上部采用1.2 厚高分子自粘胶膜防水卷材进行预铺施工，通过防水卷材的颗粒面与复合型托换基础混凝土面进行有效结合。

高分子自粘防水卷材主要由自粘橡胶沥青胶料、隔离膜、高分子片材等材料组成，并在高分子片材上进行了复合织物加强，提高了其强度。

高分子自粘防水卷材结合了自粘性防水卷材和高分子防水卷材各自的优点，提高了耐候、抗穿刺、耐高低温、自愈等性能，物理性能更优异，化学性能更稳定。

⑤托换梁、筏板钢筋施工

托换梁梁面筋为24C32（16/8），托换梁底筋为66C36（26/40），均分两排进行布置，托换筏板板面板底均配置双向C36@150 钢筋，因板厚高达3m，故每间隔1m 范围设置单层双向钢筋C12@150，板面板底筋间设置拉结钢筋C6@450×450，采用梅花型布置，在复合型托换基础钢筋施工过程中，有以下几处相关施工难点。

a.封边横梁钢筋优化

A#塔楼周边轨交10 号线预留区域600厚托板筏板两侧2m 宽横梁，该横梁区域内支撑格构柱竖向贯穿横梁，格构柱截面尺寸为480×480，横梁梁底及梁面钢筋遇格构柱时无法贯通，同时因横梁底筋、面筋规格为32、36，所以钢筋的直径大，不能通过折弯后的机械连接。

在保证横梁角部角筋需连续的前提下，通过采用切断并置换钢筋50%的截面面积的方式进行加固，角部的宽度在300mm以上。

当角筋被切断时，横梁角部加宽300mm，保证角筋伸过格构柱长度不小于同一区段100%搭接长度要求，并水平弯折45°锚入横梁，满足锚固长度。

增强筋和切断的钢筋接合长度不小于同一区间100%接合长度的要求，单侧增强筋面积不小于切断的钢筋面积的50%，加强筋间隔过小时，采用双列配置。

箍筋无法施工处，格构柱两侧箍筋需补强，单侧补强面积不小于被切断箍筋面积的50%。

箍筋无法施工处，格构柱两侧需做箍筋，其余内箍按要求设置，因箍筋施工困难，此处采用两个U型箍对焊接。

表1 盾构施工基坑沉降分析表

图4 钢筋补强示意图

图5 现场施工节点

b.钢筋支架布置

复合型托换基础采用双层槽钢钢筋支架，立柱及两道支架横梁均采用6.3#槽钢，立柱间距及支架横梁均为1.5m，立柱计算步距取值h/2，h为底板板厚。

特殊位置处钢筋支架结构应进行加强，以增加结构的稳定性。如本工程的核心筒集水坑电梯井，底板底筋设计间距为150，槽钢支架的立杆设置应做相应调整，在基坑边每边单独设置三根立杆，顶部槽钢横梁沿基坑边设置一圈。立杆钢垫板为200×200，底板底筋间距为150，为保证槽钢支架的稳定性，可在钢垫板下部加设300 长的短钢筋，短钢筋和底筋绑扎牢固，钢垫板和底筋、加筋焊接牢固。

图6 钢筋支架示意图

⑥混凝土施工

复合型托换结构基础采用C35P8混凝土进行浇筑，该区域底板采用小膨胀补偿收缩混凝土+后浇带的形式，补偿混凝土收缩的小膨胀混凝土，限制膨胀率为(2.5～4)x10 -4，后浇带填充用膨胀混凝土，限制膨胀率为(4～6)x10-4，强度等级比两侧混凝土提高一级，在混凝土中掺入镁质高性能膨胀剂，提高混凝土的抗裂防渗性能，施工前对商品混凝土进行配合比验证。

浇筑前埋设混凝土测温线，浇筑完成后进行混凝土测温，并覆膜浇水养护，通过施工前对混凝土配合比的优化，浇筑过程中合理部署浇筑顺序，浇筑完成后测温养护，对防止混凝土开裂起到了至关重要的作用。

5 结语

对于轨道预留区域，在此通过对传统桩梁式和桩筏式托换结构的对比分析，发现其均不适用，为此研究出“暗梁+筏板”复合型托换结构，并进行有限元分析，发现其能够将上部荷载传递到地铁隧道，从而确保上层建筑荷载对地铁轨道上部土体的压力值满足地铁有关部门的规定要求，与此同时该结构可以促进上纵向构件的灵活配置，满足建筑功能和使用要求，又以工程实例为支撑，为后续紧邻轨交项目留下宝贵经验。