南坪中心交通樞紐工程地下結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)

李 強(qiáng)， 羅 嬰

（1.重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，重慶401121；2.林同棪國(guó)際工程咨詢(xún)（中國(guó)）有限公司，重慶401121）

0 前 言

南坪中心交通樞紐工程位于重慶南坪轉(zhuǎn)盤(pán)至農(nóng)機(jī)路口道路的道路紅線(xiàn)范圍內(nèi)，呈南北走向，現(xiàn)狀道路中部略高，最高點(diǎn)標(biāo)高為303.85m，兩端略低，農(nóng)機(jī)路口最低點(diǎn)的標(biāo)高為298.18m，南坪轉(zhuǎn)盤(pán)最低點(diǎn)的標(biāo)高292.73m，南坪轉(zhuǎn)盤(pán)處為下穿立交，沿線(xiàn)兩側(cè)各有一公交停車(chē)港.重慶輕軌三號(hào)線(xiàn)在本工程范圍內(nèi)采用下穿的形式.南坪轉(zhuǎn)盤(pán)處商業(yè)繁榮，人流量大，為了促進(jìn)轉(zhuǎn)盤(pán)周邊商業(yè)發(fā)展，合理解決轉(zhuǎn)盤(pán)接點(diǎn)交通問(wèn)題，南坪轉(zhuǎn)盤(pán)地下結(jié)構(gòu)布置是本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)之一.輕軌車(chē)站是本工程最重要的結(jié)構(gòu)空間，設(shè)計(jì)中必須首先滿(mǎn)足輕軌車(chē)站運(yùn)營(yíng)的功能要求.另外，農(nóng)機(jī)路口左轉(zhuǎn)匝道也伴隨輕軌車(chē)道，地下汽車(chē)道而行，使得整個(gè)工程包含了轉(zhuǎn)盤(pán)，輕軌車(chē)站，地下公交車(chē)站，左轉(zhuǎn)匝道和商業(yè)空間而成為一個(gè)綜合性的復(fù)雜結(jié)構(gòu).

地下結(jié)構(gòu)工程的一個(gè)重要課題就是地下結(jié)構(gòu)與地層相互作用問(wèn)題.據(jù)對(duì)我國(guó)工程質(zhì)量事故的統(tǒng)計(jì)表明，有70%～80%的事故是由地基基礎(chǔ)造成的.原因是在土和結(jié)構(gòu)組成的體系中，土本身的性質(zhì)極其復(fù)雜，加上受到測(cè)試和土工試驗(yàn)技術(shù)的限制，難以為設(shè)計(jì)與施工提供精確可靠的計(jì)算依據(jù)［1］.所以本工程設(shè)計(jì)荷載的確定直接影響結(jié)構(gòu)的安全和可靠.

1 設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）荷載確定

輕軌車(chē)站段的荷載確定.頂層荷載：2m厚土重40 kN／m2，消防汽車(chē)35kN／m2，板重12.5kN／m2；地下一層荷載：活荷載3.5kN／m2，板重12.5kN／m2；地下二層（含夾層）荷載：輕軌列車(chē)荷載35kN／m2，兩層板，板重分別為12.5kN／m2和37.5kN／m2.

南坪轉(zhuǎn)盤(pán)段的荷載確定.頂層荷載：1m厚土重20 kN／m2，消防汽車(chē)35kN／m2，板重12.5kN／m2；地下一層荷載：活荷載3.5kN／m2，板重12.5kN／m2［3］.

（2）其他計(jì)算參數(shù)確定

除輕軌車(chē)站地下一、二層扁柱采用C60混凝土外，其余結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)均采用C40.梁、柱主筋采用普通熱軋HRB335鋼筋，箍筋和板筋為 HRB235和 HRB335鋼筋［4］.鋼筋保護(hù)層厚度：梁、柱為35mm，墻、板為25mm.

場(chǎng)地類(lèi)別二類(lèi)，地震設(shè)防烈度6度，框架和剪力墻抗震等級(jí)四級(jí)［5］.結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.0.

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建模及計(jì)算

本工程豎向結(jié)構(gòu)為墻和柱（在局部位置為減小梁跨度還采取了加設(shè)斜撐的構(gòu)造措施），水平結(jié)構(gòu)有兩種方案，第一種是常用的市政隧道工程設(shè)計(jì)的方式：滿(mǎn)鋪1500mm厚的鋼筋混凝土厚板，此方案的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，施工較簡(jiǎn)單，建筑空間效果好；缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)自重太大，板與墻、板與柱間的節(jié)點(diǎn)處理和建筑空間高度有變化時(shí)的處理都較復(fù)雜，造價(jià)太高.第二鐘是建筑工程設(shè)計(jì)的方式：采用梁板式結(jié)構(gòu)（最大梁高1500mm，最大板厚500mm），其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)傳力體系明確，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)明，重量較輕，造價(jià)較低；缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)空間直觀(guān)效果較復(fù)雜，構(gòu)件種類(lèi)較多，施工比純板式結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些.由于工程已確定采用明挖的施工方式，經(jīng)過(guò)分析比較，本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了第二種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，水平結(jié)構(gòu)為梁板式結(jié)構(gòu).

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用PKPM計(jì)算系列程序，計(jì)算模型為三層（局部二層）框架剪力墻結(jié)構(gòu)，在電算分析中采用模擬施工加載模式進(jìn)行計(jì)算.本工程地下結(jié)構(gòu)可分為兩段進(jìn)行布置和計(jì)算：以輕軌車(chē)站為重點(diǎn)的K0＋520～K1段和以南坪轉(zhuǎn)盤(pán)為重點(diǎn)的K1～K1＋400段，下面重點(diǎn)介紹輕軌車(chē)站和南坪轉(zhuǎn)盤(pán)的結(jié)構(gòu)布置情況.

2.1 輕軌車(chē)站段地下結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

該段地下結(jié)構(gòu)為三層框架剪力墻結(jié)構(gòu).在PKPM的模塊PMCAD建立結(jié)構(gòu)計(jì)算的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層，即：地下二層摟面結(jié)構(gòu)布置、地下一層摟面結(jié)構(gòu)布置和地下一層天棚結(jié)構(gòu)布置，三層結(jié)構(gòu)在輕軌車(chē)站段的結(jié)構(gòu)平面布置情況如圖1、圖2和圖3所示.

考慮到輕軌和建筑的要求，地下一、二、三層結(jié)構(gòu)的層高分別取7.5m，8.2m和7.5m.

經(jīng)試算，按照荷載和層高的要求，地下一層天棚結(jié)構(gòu)的梁截面尺寸選用800×1500mm、1200×1500mm和1500×1500mm三種形式；地下一層摟面結(jié)構(gòu)的截面尺寸選用500×1500mm和800×1500mm兩種形式；地下二層摟面結(jié)構(gòu)的截面尺寸選用800×1500mm、1000×1500mm和1500×1500mm三種形式.

為滿(mǎn)足建筑美觀(guān)和設(shè)備用房布置要求，輕軌車(chē)站段地下一層和二層柱子截面采用500×1000mm扁柱形式，而其它柱子截面尺寸均采用1000×1000 mm；各層板厚均為500mm，邊墻厚1000mm.

地下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式為墻下條形基礎(chǔ)和柱下獨(dú)立基礎(chǔ)［2］，持力層為中風(fēng)化巖石面，基礎(chǔ)布置如圖4所示.

墻下條基寬1800mm；獨(dú)基截面采用2100×2100mm、2900×2900mm和3700×3700mm三種形式.基礎(chǔ)高度1500mm.

輕軌車(chē)站段橫斷面如圖5所示［6］：東側(cè)E軸到H軸范圍是三層三跨框架剪力墻結(jié)構(gòu)，跨度分別為13800mm，10400mm，13800mm，梁高1500mm.西側(cè)H軸到J軸間是獨(dú)立的下穿匝道，為剪立墻結(jié)構(gòu)，跨度為9320mm，梁高1500mm.

2.2 南坪轉(zhuǎn)盤(pán)段地下結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

該段地下結(jié)構(gòu)為二層框架剪力墻結(jié)構(gòu).在PKPM的模塊PMCAD建立結(jié)構(gòu)計(jì)算的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層，即：地下一層摟面層結(jié)構(gòu)布置和地下一層天棚結(jié)構(gòu)布置，南坪轉(zhuǎn)盤(pán)段的結(jié)構(gòu)平面布置情況如圖6和圖7所示.

考慮到交通和商業(yè)建筑的要求，地下一、二層結(jié)構(gòu)的層高分別取10.4m和8.92m.

經(jīng)試算，按照荷載和層高的要求，地下一層天棚結(jié)構(gòu)和地下一層摟面結(jié)構(gòu)的縱向梁截面尺寸選用800×1500mm，橫向梁選用800×1200mm，在異形預(yù)留洞四周布置的梁截面尺寸為1000×1500mm.

為滿(mǎn)足建筑美觀(guān)和設(shè)備用房布置要求，南坪轉(zhuǎn)盤(pán)段地下一層和二層柱子截面尺寸采用1000×1000mm；地下一層天棚板厚800mm，地下一層摟面板厚500mm；邊墻厚1000mm.

地下結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式為墻下條形基礎(chǔ)和柱下獨(dú)立基礎(chǔ)［2］，持力層為中風(fēng)化巖石面，基礎(chǔ)布置圖如圖8所示.

墻下條基寬1500mm；獨(dú)基截面采用1900×1900mm、2200×2200mm、3300×3300mm 和4000×4000mm四種形式.基礎(chǔ)高度1500mm.

南坪轉(zhuǎn)盤(pán)段橫斷面如圖2～圖9所示［6］：A軸到M軸范圍是二層七跨框架剪力墻結(jié)構(gòu)，由左到右跨度分別為4000mm，11250mm，13800mm，10400 mm，13800mm，11250mm，4000mm，層高由下到上分別為7350mm，10100mm，柱斷面為1000×1000mm，梁高1500mm，板厚500mm.

2.3 計(jì)算及結(jié)果

經(jīng)PKPM程序計(jì)算，梁、板、墻、柱、基礎(chǔ)均滿(mǎn)足規(guī)范要求.

3 結(jié) 論

經(jīng)反復(fù)調(diào)試和計(jì)算，結(jié)構(gòu)布置最終滿(mǎn)足了規(guī)范和結(jié)構(gòu)功能的要求，同時(shí)可得到如下結(jié)論：

（1）結(jié)構(gòu)布置中遇到上層柱支撐在下層梁上的情況，梁受力過(guò)大，可設(shè)置斜撐將梁跨中的集中荷載傳到上層梁柱接點(diǎn)上，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)安全可靠的目的.

（2）本工程結(jié)構(gòu)形式為地下框架剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)施工方式為明挖施工后填堆，是安全、合理和可靠的.

（3）在使用PKPM計(jì)算程序建模時(shí)應(yīng)將結(jié)構(gòu)在地下實(shí)際承受的垂直荷載和水平荷載考慮周全，這是決定工程安全和工程造價(jià)的關(guān)鍵.

［1］ 江國(guó)斌.地下結(jié)構(gòu)與地層相互作用理論及其應(yīng)用［J］.力學(xué)與實(shí)踐，1998，20（1）.

［2］ 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007－2002）［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［3］ 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009－2001［S］）.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［4］ 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010－2002）［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［5］ 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011－2001）［S］.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

［6］ 任國(guó)雷，等.南坪中心交通樞紐工程初步設(shè)計(jì)第四冊(cè)［Z］.林同棪國(guó)際（重慶）工程咨詢(xún)有限公司，2006.