荷載轉換施工技術在地鐵上蓋物業中的應用

王偉 周豪 楊培銳 鄭海濤 王勇

（1.中國建筑一局（集團）有限公司，廣東 深圳 518000；2.深圳市地鐵集團有限公司，廣東 深圳 518038）

1 工程概況

1.1 項目概況

深灣匯云中心三期工程位于南山區深圳灣片區，位于已建成深灣匯云中心一二期南側，為2 棟商業別墅，共四層，總高度19.2m，總建筑面積20000m2。整體結構設置于地鐵紅樹灣南站站廳頂板上，地下一層為商業隔振層。

三期基坑面積約為5240m2，站廳頂板面標高為-3.77，現狀面層標高約為0.000，基坑開挖深度約為3.77m。

1.2 水桶換載概況

為平衡車站頂板上部土方荷載，對車站中板（站廳層）進行水桶注水預壓，增加抗浮荷載；頂板覆土開挖后，在頂板放置水桶并注水。隨著上部主體結構施工，逐步減少水桶內水量，達到地鐵上部荷載平衡，減小荷載擾動。

根據地鐵設計提供的荷載計算值以及上部開挖的土方量，土方開挖前在地鐵站中板放置3000 個1060mm×1500mm（直徑×高度）PE 塑料水桶，注水深度為1.43m；土方分區段開挖，開挖見地鐵站頂板結構時放置2250mm×2530mm（直徑×高度）PE 塑料水桶（385 個），注水高度為2.5m。

2 荷載計算

本工程對荷載的轉換分為三部分：①上覆土方開挖前對地鐵站中板（站廳層）進行預壓；②土方開挖時對頂板及時施加荷載；③卸荷。

2.1 計算依據

（1）地鐵站中板預壓根據地鐵主體結構設計提供的相關參數，計算所需水桶的規格、數量以及注水深度。

（2）頂板水桶的設置根據上覆土方的出土量進行計算。

（3）根據上部主體結構的施工進度，計算卸載的時間與單次卸載釋放水的高度。

2.2 荷載計算

2.2.1 中板預壓計算

地鐵主體結構設計提供的相關參數，中板可承受的最小荷載標準值為：

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

按換算即可放置1.43m 的配重水。

2.2.2 頂板換載計算

第一次挖土最大深度計算：

預載水重量（堆載率按照0.9 折減）：10kN/m3×1.4m×0.9=12.6kN/m2

降水預載重量：

10kN/m3×3.7m=37kN/m2

第一次挖土最大深度：

H1=（37+12.6）/18=2.76m

開挖前土方重量：

18kN/m3×3.7m=66.6kN/m2

開挖前預載重量為：

12.6 KN/m2+37KN/㎡=49.6kN/m2

地鐵頂板水箱最低水高度（堆載率按照0.68 折減）：

H2=（66.6-49.6）/（10×0.68）=2.5m

2.2.3 卸荷

主體結構施工過程中，需對堆載水箱進行降水，確保結構完成時地鐵頂板上受力均衡：

（1）工況一：結構首層轉換板施工。

取其中任意區域計算其平均重量：

梁體積：

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

板體積：

11×8×0.18=15.84m3

該區域混凝土重量（考慮鋼筋與梁板交接混凝土等重）：

（47.33+15.84）×2500=157925kg

結構首層轉換層施工重量：

（157925×10）/（11×8）/1000=17.95kN/m2

對應降水高度（堆載率按照0.72 折減）：

h1=17.95/（10×0.72）=2.5m

第一次降水位置為地鐵頂板上水箱水高度，降水高度2.5m（頂板水箱卸載完成）。

（2）工況二：二層樓板施工。

取其中任意區域計算其平均重量：

梁體積：

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

板體積：

4×6×0.12=2.88m3

該區域混凝土重量（考慮鋼筋與梁板交接混凝土等重）：

（2.31+2.88）×2500=12975kg

二層樓板施工重量：

（12975×10）/（4×6）/1000=5.4kN/m2

對應降水高度（堆載率按照0.9 折減）：

h2=5.4/（10×0.9）=0.6m

第二次降水位置為車站中板預壓水箱水高度，降水高度為0.6m。

（3）工況三：三層樓板施工。

取其中任意區域計算其平均重量：

梁體積：

0.3 ×0.5×6×2+0.4×0.5×4+0.4×1×4=4.2m3

板體積：

4×6×0.12=2.88m3

該區域混凝土重量（考慮鋼筋與梁板交接混凝土等重）：

（4.2+2.88）×2500=17700kg

結構首層轉換層施工重量：

（17700×10）/（4×6）/1000=7.38kN/m2

對應降水高度（堆載率按照0.9 折減）：

h3=7.38/（10×0.9）=0.82m

第三次降水位置為車站中板預壓水箱水高度，降水高度0.82m。

（4）工況四：四層樓板施工。

取其中任意區域計算其平均重量：

該區域鋼結構及混凝土重量：

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

結構首層轉換層施工重量：

（8566×10）/（4×6）/1000=3.57kN/m2

對應降水高度（堆載率按照0.9 折減）：

h4=3.57/（10×9）=0.4m

第三次降水位置為車站中板預壓水箱水高度，降水高度0.4m（車站預壓水箱卸載完成）。

3 水桶施工布置

根據計算結果，現場施工布置的流程如下：

圖1 施工部署流程

3.1 站廳層（中板）布置

（1）限制于站廳層樓板的荷載要求（14.3kN/m2），水堆載高度為1.43m，且根據市場水桶尺寸類型情況，選定尺寸（直徑×高度）為1060mm×1500mm 的PE 水桶。三期站廳層水桶堆載面積為40m×131m=5200m2，除去站廳層最西側設備堆載區域（40m×45m）及人行通道，滿布水桶為3000個。

（2）堆載時間：覆土開挖前。

（3）為保證車站站廳層樓板干燥、避免滲漏水，針對車站內可能存在漏水隱患的水桶、水管及原有地鐵預留地漏、變形縫做防水處理。

3.2 頂板布置

（1）針對地鐵車站頂板水桶堆載，根據專家討論會意見采用轉換層板底水桶滿布的形式，由于轉換層梁密集，梁底凈高基本為2.5m，水堆載高度為2.5m，且根據市場水桶尺寸類型情況，選定尺寸（直徑×高度）為2250mm×2530mm 的PE 水桶。水桶布置于板底（樓板為壓型鋼板、梁為混凝土梁），除去梁底架體搭設及操作空間，三期滿布水桶為385 個。

（2）時間：覆土開挖至車站頂板。

3.3 卸載條件

轉換層施工完成后進行第一次卸載，釋放地鐵車站頂板水壓力及撤離水桶，三層樓板結構施工完成后進行第二次卸載，釋放地鐵車站站廳層水壓力，但需保留水桶，根據監測數值再動態調整站廳層水桶水高度，確保水浮力與車站荷載動態平衡。

4 結語

地鐵車站上浮會導致結構變形破壞，而車站上浮的原因是結構重量（包括頂板覆土重）及車站側壁摩擦力之和小于水浮力引起的。本工程通過在地鐵中板和頂板分別放置注水水桶平衡上覆土方開挖后對車站結構自重的影響，既保證了地鐵的結構安全，又保證了施工正常進行。通過監測觀察，施工至今車站整體的上浮位移穩定在2.8mm，在地鐵集團允許上浮范圍內。該技術的成功應用為地鐵上蓋物業或有抗浮要求的建筑設計提供有利的參考。