地鐵車站與上蓋物業開發不均勻沉降分析與解決措施

郭少賢 王同華

(北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100037)

地鐵車站與上蓋物業開發不均勻沉降分析與解決措施

郭少賢 王同華

(北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100037)

介紹了筏板基礎與單樁基礎沉降計算方法，結合杭州地鐵某車站附屬結構與上部物業開發合建工程，探討了地鐵車站與開發地塊建筑共建的差異沉降控制技術，以確保地鐵運營階段不出現因沉降差過大而導致房屋開裂現象的發生。

地鐵，物業開發，差異沉降

0 引言

城市軌道交通工程作為大中城市重要的基礎設施，不僅改善城市交通擁堵問題，提高城市運作效率，還能有效利用地下空間，一定程度上引導土地合理開發利用，帶動城市發展。目前國內已有36個城市向國家主管部門上報了城市軌道建設發展規劃，至2015年前后建設96條線，建設線路總長超過2 500 km，總投資超過1萬億元。

地鐵的建設極大地帶動周邊地塊的開發，杭州作為歷史文化名城，主城區道路由于歷史、建制、規劃等綜合原因，紅線寬度都較小，也未考慮建筑物退讓紅線距離。目前杭州在建的2號線、4號線、5號線站點中很多地鐵車站主體基坑距離道路兩側建筑不足10 m，部分站點附屬結構完全侵入道路兩側建筑，為保證地鐵建設如期實施，在不犧牲地塊單位利益的前提下，不得已采用了拆除原有建筑后與風亭、出入口合建的方案。但合建的方案存在拆復建建筑與地鐵結構體量、荷載、基礎型式不一樣，導致兩者差異沉降過大，因此有必要在設計時就采取措施將差異沉降控制在規范允許值范圍內，避免地鐵運營階段出現沉降差過大導致房屋開裂等被動局面。

1 工程概況及地質條件

杭州地鐵2號線某拆復建工程因車站出入口、風亭侵入既有2層沿街商鋪，車站附屬結構施工前考慮對原有建筑進行拆除，待附屬結構施工完成后原址復建。風亭、出入口基坑深度約8.9 m，頂板覆土約2.8 m厚，圍護結構采用600 mm厚地下連續墻，插入比約1.7，基坑坐落在④-2淤泥質粉質粘土夾粉土層中，坑底采用φ850 mm@600 mm高壓旋噴滿堂處理。復建建筑為3層辦公樓，結構長104.4 m，寬7.72 m，高11 m，總建筑面積2 275 m2，沿縱向設置一道溫度伸縮縫，縫寬100 mm，采用鋼筋混凝土框架結構。除部分柱子落在車站出入口、風亭外，其余柱子均采用單樁基礎。

因項目所處地層以④-1，④-2，④-3，⑥-1，⑥-2，⑥-3等深厚淤泥質粘土為主，這些土層具有高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低透水性、低抗剪強度等特點，為解決房屋與風亭、出入口的差異沉降，車站主體與附屬之間設變形縫脫開，除與風亭、出入口合建的柱子外，其余柱子采用單樁基礎，樁長約35 m，進入⑩-2含砂粉質粘土層。1層樓面設置180 mm厚樓板，同時適當加大各層梁、板尺寸以增加房屋抗變形能力。

地鐵車站示意圖見圖1。

2 差異沉降計算

2.1 風亭沉降計算

取較為規整的風亭為例進行計算，風亭基坑深度按8.9 m計，水位埋深為1.2 m～3.80 m，水位按地面以下2.5 m考慮(平均值)。因此，回筑后近期工況，水位按坑底8.9 m，長期工況按地面以下2.5 m計。

1)基底壓力計算。

覆土+結構自重+活載：P覆土+P結構自重+P活載=(315.2×2.5×18.5+315.2×0.3×8.5+23 220.2)/411.38+24=117.84 kN/m2；

置換的土層總重:8.9×18.5=164.65 kN/m2>117.84 kN/m2；

置換的結構自重小于土自重，需考慮回彈再壓縮的沉降量。

2)回彈變形量計算。

回彈變形根據GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范5.3.10條公式計算。

其中，pc=2.5×18.5+6.4×8.5=100.65 kN/m2；基底附加壓力p0=53.84 kPa。

基礎寬按11.73 m，長按33.5 m計。風亭底板下土層參數見表1。

表1 風亭底板下土層參數表

計算結果見表2。

表2 土層的附加應力pz及土自重應力pcz的計算表

所以，回彈變形量為169.32 mm。

3)回彈再壓縮變形量計算。

GB 50007—2011建筑地基基礎設計規范公式5.3.11中有部分參數無法獲得，故僅能根據基底平均壓力同土自重應力的比值進行簡算。

基底平均附加壓力為53.84 kN/m2,53.84/100.65×169.32=90.58 mm。

因此，回彈再壓縮變形量為90.58 mm。累計回彈量為169.32-90.58=78.74 mm，因風亭四周在頂板位置設有與地墻連接的抗浮壓頂梁，故實際回彈量微乎其微。

4)風亭底板地基處理后沉降計算。

1號風亭坑底已滿堂加固3 m，考慮加固體下方存在深厚下臥層，為減小遠期風亭沉降，風亭底板下采用φ850 mm@1 800 mm高壓旋噴處理，旋噴樁樁長18 m，樁身穿越④-2，④-3，⑥-1，⑥-2，⑥-3層土進入⑦-1粘土層不小于2.5 m,28 d樁身混凝土抗壓強度要求fcu≥1.00 MPa，處理后樁間土承載力特征值按fsk=100 kPa取值。查JGJ 79—2012建筑地基處理技術規范得出樁間土承載力發揮系數為0.40，單樁承載力發揮系數為0.90，樁端端阻力發揮系數為1.00，樁身強度折減系數為0.33。

a.復合地基承載力計算。

由JGJ 79—2012建筑地基處理技術規范式7.1.5-3，知單樁豎向承載力特征值為：

Ra=up∑qsilpi+αpqpAp=2.670 4×(14×2.45+14×4.50+16×2+18×4.4+14×2.1+56×2.55)+1×0.567 5×220=1 141.44kN，按Ra=1 140 kN取值。

荷載效應標準組合時基底平均荷載pk=53.84kPa，pk

b.復合地基變形計算。

荷載效應準永久組合時基礎底面平均壓力為：

pk=53.84kPa。

按GB50007—2011建筑地基基礎設計規范表5.3.7，由b=11.70，得Δz=1.00。

沉降計算深度按“地基規范”式5.3.7由程序自動確定，zn=20m。

復合土層的分層與天然地基相同，各復合土層的壓縮模量等于該層天然地基壓縮模量的ζ倍：

Espi=ζEsi。

根據GB50007—2011建筑地基基礎設計規范表K.0.1-2可得到平均附加應力系數。

計算的分層沉降值見表3。

表3 分層總和法沉降計算表

表3中l1=L/2=16.75m,b1=B/2=5.85m，z=22.00m范圍內的計算沉降量∑Δs=53.97mm，z=21.00m～22.00m(Δz=1.00m)，土層計算沉降量Δsn′=1.18mm≤0.025∑Δsi′=0.025×53.97=1.35mm，滿足要求。

查《建筑地基處理技術規范》表7.1.8得Ψs=0.474。

最終的沉降量S1=Ψss′=Ψs∑Δsn′=0.474×53.97=25.60mm。

2.2 拆復建工程樁基沉降計算

Nk=(Fk+Gk)/n=(1 308+1.6×1.6×1.5×20)/1=1 384.8kN﹤Ra=1 788.2kN，滿足要求。

表4 單樁沉降計算

2.3 1號風亭與拆復建樁基差異沉降計算

根據上述計算結果，1號風亭結構自重小于開挖出的土體自重，近期風亭結構以回彈變形為主，風亭四周在頂板位置設有與地墻連接的抗浮壓頂梁，且拆復建工程在風亭竣工后實施，風亭竣工后基坑土體已完成絕大部分土體回彈變形，可以認為近期風亭向上的位移為0。故只考慮最不利的遠期風亭自身的沉降。遠期風亭沉降值S1=25.60mm，②軸交軸處單樁基礎沉降S2=20.868mm，該柱與風亭混凝土墻間的計算跨度為3.87m，傾斜率為(25.60-20.868)/3 870=0.12%<0.3%，滿足GB50007—2011建筑地基基礎設計規范表5.3.4框架結構對高壓縮性土0.3%的要求。

3 結語

通過上述對杭州某地鐵車站附屬結構與上部物業開發合建工程計算分析可以看出:針對地上物業開發與地鐵車站或附屬結構同期合建的特點,從理論角度采用合理的計算方法對不同基礎型式結構差異沉降進行計算分析;并根據計算結果,在設計上進行適當調整,可將上部物業開發工程與地鐵車站合建工程因基礎型式不同產生的差異沉降控制在規范允許的范圍內,以確保地鐵運營階段不出現因沉降差過大導致房屋開裂等被動局面。本文所提及的工程因存在不同基礎型式，分別對兩種基礎進行了沉降分析計算，對風亭底板大筏板基礎因所處深厚軟土層采用了旋噴樁穿越軟弱土層的地基處理法減小基礎遠期沉降，對風亭之外的單樁基礎采取控制樁長，將樁基持力層從-2含礫中細砂調整至⑩-2含砂粉質粘土從而適當增加樁基沉降，使之與風亭之間的差異沉降控制在最小值，且大大降低工程整體造價。

[1]GB50007—2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[2]JGJ79—2012，建筑地基處理技術規范[S].

Abstract: The paper introduces the settlement calculation methods for the raft foundation and single piles, explores the differential settlement controlling technique of metro stations and development buildings by combining with the auxiliary structures and upper property development projects at some station of Hangzhou Metro Station, so as to ensure no settlement caused by the oversized differential settlement which will lead to cracks on houses in the subway operation stage.

Key words: subway, property development, differential settlement

On differential settlement control of metro station with the property development

Guo Shaoxian Wang Tonghua

(BeijingUrbanConstructionDesign&DevelopmentGroupCo.,Limited,Beijing100037,China)

2016-03-16

郭少賢(1984- )，男，碩士，工程師； 王同華(1983- )，女，碩士，工程師

1009-6825(2016)15-0074-03

TU921

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