高鐵站臺工業(yè)化建造綜合技術研究

郭新賀，張 雷

(1.中鐵建工集團有限公司建筑工程研究院，北京 100160；2.中鐵建工集團有限公司設計院，北京 100160)

1 工程概況

京雄城際鐵路雄安站位于雄安新區(qū)昝崗鎮(zhèn)，工程總投資約79.74億元，總建筑面積47.52萬m2，其中京雄站房9.92萬m2，津雄站房5.08萬m2，橋下南北側市政配套及連通東西廣場城市通廊17.66萬m2，預留軌道交通6.05萬m2，地下空間及K1線等市政交通設施8.81萬m2(見圖1a)。站場總規(guī)模13臺23線，其中京港臺場規(guī)模為7臺12線，津雄場規(guī)模為4臺7線，軌道交通R1和R1機場支線2臺4線(見圖1b)。9～11站臺采用裝配式站臺(見表1)。本文以津雄場9站臺為例介紹高鐵站臺工業(yè)化建造綜合技術。

圖1 雄安站建筑效果及站場分區(qū)

表1 9～11站臺概況

站臺下部空腔設計為機電綜合管廊，內部有消火栓系統(tǒng)、灑水栓系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、垃圾自動清運系統(tǒng)及強弱電綜合管線等。同時為滿足檢修要求，站臺下凈空不小于1.8m，要求人員能夠在管廊內通行。此外按照客站減振降噪要求，站臺墻采用吸聲墻板。

站臺位于承軌層(標高13.850m)上，站臺層原設計為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構(柱距3～5m)，抗震設防烈度8度(0.3g)，抗震等級二級，混凝土強度等級為C40。站臺層框架柱生根于承軌層框架梁，截面尺寸為350mm×350mm，配筋均為12φ18/φ8@100；框架梁主要截面尺寸為250mm×450mm，頂板厚度130mm，帽檐長380,330mm(11站臺外側)。站臺設計活荷載3.5kN/m2。

2 裝配式站臺方案選型

研究鋼筋混凝土承軌層上裝配式站臺適宜采用結構體系及預制構件形式，通過合理選型、建模分析、數(shù)據(jù)計算、現(xiàn)場實踐，最終確定裝配式混凝土站臺的結構形式和構件類型。

2.1 全預制簡支結構/裝配整體式框架結構

本方案框架布置同原設計，構件之間采用干式/濕式連接，將現(xiàn)澆結構的梁、板、柱拆分成單體預制構件。

本方案涉及的主要構件： ①干連接 傘形柱、預制梁、預制板、預制吸聲復合墻板等； ②濕連接 牛腿柱、疊合梁、疊合板、預制吸聲復合墻板等。

主要優(yōu)點為框架布置同原設計，對設計改動較小，單構件規(guī)格小、質量輕，方便安裝。缺點為框架抗震能力不足，在高烈度區(qū)不適宜采用；框架跨度小，構件數(shù)量多，現(xiàn)場安裝工期長。

2.2 裝配式鋼筋混凝土墻+預應力雙T板/SPD預應力空心疊合板

參照18G432-1《預應力混凝土雙T板》、05SG408《SP預應力空心板》進行深化設計，用預制預應力雙T板/預制SPD板代替現(xiàn)澆方案中的梁、板現(xiàn)澆結構，用預制承重站臺墻代替現(xiàn)澆柱和站臺墻。涉及的主要構件為預制三明治式鋼筋混凝土墻、預應力雙T板/SPD預應力空心疊合板、預制帽檐板、預制柱、疊合梁、疊合板等。

方案優(yōu)點： ①外墻采用三明治混凝土墻，具備承重、圍護、吸聲3種功能； ②預應力雙T板/ SPD預應力空心疊合板可實現(xiàn)大跨度無梁樓蓋。

方案缺點： ①預應力雙T板/ SPD預應力空心疊合板上無法開檢修井等洞口，開洞部位需采用鋼筋桁架疊合板； ②結構體系不明確，不適宜雄安站站臺面標高16.400m、抗震設防烈度8度(0.3g)的要求。

2.3 裝配整體式框架結構+SPD預應力空心疊合板

參照05SG408《SP預應力空心板》進行深化設計，依據(jù)等同現(xiàn)澆設計原則，采用裝配整體式框架結構，用預制SPD板/鋼筋桁架疊合板+疊合梁代替現(xiàn)澆方案中的梁、板現(xiàn)澆結構，同時優(yōu)化框架布置，將梁、板、柱拆分成單體預制構件，進行工廠加工預制，現(xiàn)場拼裝完成，最后進行接縫處理，如圖2所示。主要構件有預制柱、疊合梁、SPD預應力空心疊合板、鋼筋桁架疊合板、預制帽檐板、預制吸聲復合墻板等。

圖2 裝配整體式框架結構+SPD預應力空心疊合板

方案優(yōu)點：采用裝配整體式框架結構，站臺長度方向柱網(wǎng)保持不變，優(yōu)化站臺寬度方向柱網(wǎng)；無洞口部位采用SPD空心疊合板，去掉中間柱子；有洞口部位采用鋼筋桁架疊合板，適當減少柱子。

方案缺點：針對不同跨度，采用了SPD預應力空心疊合板和鋼筋桁架疊合板兩種樓板，使結構形式更復雜，設計優(yōu)化工作量大，現(xiàn)場施工組織難度加大。

經(jīng)綜合比較，并經(jīng)專家論證，最終選定裝配整體式框架結構+SPD預應力空心疊合板方案進行進一步深化研究、細化。

3 設計計算

3.1 計算假定

結構計算時,分別按站臺層與主體結構共同建模進行整體計算和站臺層獨立建模計算2種方案，取不利結果進行包絡設計。結構的抗震設防烈度均為8度(0.3g)，地震影響系數(shù)為0.24(小震)。

3.2 計算模型

選擇典型的9站臺進行設計，采用YJK結構計算軟件分別建立站臺層與軌道層整體模型和站臺層獨立模型。整體模型根據(jù)軌道層和站臺層分段的不同建了11個模型，其中典型的4個模型如圖3所示。

圖3 典型計算模型

3.3 計算結果

計算得到各分區(qū)地震剪力如表2所示。

表2 各分區(qū)地震剪力

從表2看出，按站臺層與主體結構共同建模進行整體計算比站臺層獨立建模計算的地震剪力大，取不利結果進行包絡設計，滿足結構整體抗震要求。

3.4 構件配筋

按整體模型與獨立模型2種假定的計算結果進行包絡設計，柱、梁配筋如圖4所示。

圖4 典型構件配筋

4 裝配式站臺節(jié)點設計

4.1 預制柱連接

預制柱鋼筋連接方式一般有套筒灌漿連接、漿錨搭接、波紋管漿錨(柱預留全高波紋管洞，插入鋼筋后漿錨，適用于短柱)，鑒于本工程柱主筋直徑≥20mm，且柱頂鋼筋直錨長度不足，不滿足JGJ 1—2014《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》第7.3.8條要求，柱鋼筋采用套筒灌漿連接。

由于站臺柱位于承軌層框架梁上，承軌層框架梁為鋼骨混凝土梁，鋼筋非常密，難以保證預制構件預留筋位置準確，再加上14.800m以下站臺墻兼擋砟墻，有擋砟和防水要求，因此14.800m以下站臺墻柱采用現(xiàn)澆，滿足擋砟和防水要求，并可通過這段微調柱筋，保證預留筋位置準確。

4.2 典型連接構造節(jié)點

因邊柱較短(預制柱高為1.515，1.485m)，梁跨度較小(2.4～4.3m)，可將順軌方向梁柱拆分為梁柱一體化構件，較小跨度拆分為Π形梁柱一體化構件，較大跨度拆分為T形梁柱一體化構件，梁間留后澆段。站臺中間柱采用單獨預制，梁柱節(jié)點后澆。梁柱節(jié)點構造如圖5所示。

圖5 梁柱節(jié)點構造

站臺復合吸聲墻板作為圍護、裝飾、吸聲一體化構件，與結構柔性連接，采用左右企口插接方式，插接節(jié)點構造如圖6所示。

圖6 站臺墻板連接構造

SPD預應力空心疊合板連接構造參考05SG408《SP預應力空心板》。由于市場上SPD板的標稱寬度只有1 200mm和600mm(1 200mm板中間切開)兩種，板布置時宜根據(jù)實際情況拉開50～200mm板縫，縫內增加配筋(見圖7)，并與疊合層鋼筋拉結，增加整體受力，防止疊合層由于振動與SP板脫層。

圖7 SPD板接縫構造

4.3 預制構件洞口留置、帽檐、變形縫等細部構造

4.3.1洞口構造

進一步對電梯口、樓梯口、進出通道口等部位節(jié)點形式進行深化設計，板跨小于4.5m及開較大洞口部位采用鋼筋桁架疊合板，洞口截斷桁架筋時，應參照原設計進行鋼筋補強。開洞部位優(yōu)化框架布置，保證站臺整體穩(wěn)定性。

4.3.2站臺帽檐設計

對預制站臺的站臺帽部分進行進一步細化，尤其是混凝土站臺帽與裝修面層帽石軌道側接縫的表觀處理，使其完工后，縫隙整體劃一、協(xié)調美觀。同時，對站臺側混凝土帽石陽角部位做小圓角，陰角部位做45o斜角，使其協(xié)調、美觀、實用。

4.3.3變形縫構造

站臺墻采用插接式建筑結構裝飾一體化變形縫(見圖8)，柱預制時直接留出，現(xiàn)場直接拼裝即可。

圖8 站臺墻變形縫示意

5 裝配式站臺使用功能研究

裝配式站臺的功能包括防水、吸聲降噪、綜合管廊等多種功能，涉及到建筑的安全性、適用性和耐久性。

5.1 站臺防水性能研究

站臺面依照原設計采用4mm厚SBS防水層+200g/m2聚酯無紡土工布隔離層，將原30，60mm厚C20細石混凝土找0.5%坡優(yōu)化為板疊合層結構找坡，減小裝修層荷載，降低成本并加快施工進度。

5.2 站臺吸聲降噪研究

按照業(yè)主方對客站減振降噪的要求，站臺墻采用復合吸聲墻板，經(jīng)過詳細調研，站臺墻吸聲多采用預制膨脹聚苯板塊，水泥砂漿粘接，膨脹螺栓固定，但這種做法存在耐凍融差、易脫落等缺陷，鐵路上已經(jīng)不再使用，需研究設計一種新型的結構復合吸聲墻板。

借鑒鐵路聲屏障吸聲板，設計采用40mm厚細石鋼筋混凝土+80mm厚LC7.5陶?；炷?40mm厚細石鋼筋混凝土板，板寬1 340mm,板長根據(jù)柱間距調整，最長3 960mm，面板開45mm×45mm方孔，間距55mm，開孔率約25%(見圖9)，滿足TB/T 3122—2019《鐵路聲屏障聲學構件》及有關要求。

圖9 復合吸聲站臺墻板

5.3 站臺綜合管廊系統(tǒng)研究

站臺下部空腔設計為機電綜合管廊，多系統(tǒng)的綜合管線布置在站臺下空腔內，還要保證人能行走檢修，在樓扶梯洞口兩側排布異常困難。首先需保證結構位置及尺寸與原設計盡量保持一致，然后運用BIM技術進行優(yōu)化排布和碰撞檢查，確定管線排布并確定支吊架位置及預埋件，優(yōu)先采用綜合支架，支撐在承軌層樓板或預制柱上，確需在SPD板上設置吊架時，應在構配件預制時預留，禁止在底部打孔，以免損傷預應力筋，可提前預埋或在澆筑疊合層前在板縫內設置丁字形吊筋、孔內設置懸掛螺栓(見圖10)。

圖10 SPD板下吊點設置

5.4 健康監(jiān)測

由于SPD預應力空心板裝配式站臺首次在鐵路客站應用，需開展實用安全性研究，保證站臺帽石部位不侵限，站臺墻牢固、美觀、耐久，SPD預應力空心板站臺在列車振動荷載作用下使用舒適、耐久，擬采用健康監(jiān)測技術對各種構件在振動荷載下的受力、變形、豎向自振頻率和豎向振動加速度進行實時監(jiān)測，確保使用安全舒適，并通過監(jiān)測數(shù)據(jù)對裝配式站臺進行優(yōu)化。

6 裝配式站臺施工方案

裝配式站臺安裝應在鋼結構雨棚吊裝完成，整體道床施工前進行。主要預制構件拆分如表3所示。站臺至雨棚柱間凈寬約4.2m，雨棚底至承軌層凈高約14.8m，高架層底至承軌層凈高約9m，預制構件最大質量為4.2t，滿足汽車式起重機吊裝及汽車運輸要求。每個站臺可采用4臺16t汽車式起重機從中間往兩端同步吊裝，在站臺兩端平交路口設預制構件的運輸通道。

表3 主要構件

7 結語

由于雄安站站臺下采用機電綜合管廊，站臺面開洞較多，對站臺下凈高、預制構件位置和尺寸限制較多，同時抗震設防烈度高，達到8度(0.3g)，造成裝配式站臺設計限制條件很多。本次研究設計的裝配式站臺，構配件種類較多，不利于標準化的開展，以后在裝配式站臺設計時應開展正向一體化設計，努力實現(xiàn)標準化設計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、信息化管理，體現(xiàn)裝配式建筑的優(yōu)勢，并提出以下思考和建議。

1)豎向構件也可根據(jù)現(xiàn)場實際情況采取現(xiàn)澆方式施工。

2)若柱頂鋼筋直錨長度能滿足JGJ 1—2014《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》第7.3.8條要求，宜將邊梁柱拆分成蓮藕梁，方便施工并節(jié)約成本。

3)對于曲線段站臺，邊柱不能做成梁柱一體化，只能拆分為柱、梁，節(jié)點區(qū)現(xiàn)澆。

4)對于位于地基上的架空裝配式站臺(站臺下無回填土)，可采用裝配式鋼筋混凝土墻+ SPD預應力空心疊合板方案，今后尚需進一步研究。

5)構件預制應優(yōu)化模板方案，嚴格控制構件質量，確保規(guī)格尺寸，達到清水混凝土要求。

6)梁及帽檐板的安裝可采用可拆卸式鋼牛腿等措施，減少措施費。