地铁车辆段桩基工程计算分析及设计建议

刘 智

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430063)

地铁车辆段桩基工程计算分析及设计建议

刘 智

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 湖北武汉 430063)

在城市轨道交通车辆段、停车场上方进行上盖物业开发，可有效利用日益稀缺的城市用地资源。然而，上盖开发使得车辆段、场结构复杂，为桩基工程设计带来了较大困难。文章以杭州地铁某车辆段上盖开发为例，分析了桩基工程的技术特点及设计难点，提出了桩基工程优化设计的建议。

桩基工程；地铁；车辆段停车场；结构设计；上盖开发

0 引言

随着城市的建设发展，城市面积越来越大，人口越来越多，汽车保有量越来越多，导致了交通拥堵、资源紧张等大城市病。尤其城市交通拥堵阻碍了城市发展以及生活质量的提高。城市轨道交通，以其运量大、速度快的技术优势较好地解决了城市交通日益增长的供需矛盾问题，满足了城市化发展的要求。然而，城市轨道交通的车辆段、停车需要占用大量土地资源，车辆段、停车场上盖物业开发能够有效充分地利用土地资源[1-4]。本文主要对杭州市地铁5号线五常车辆基地上盖开发的桩基工程及检测进行设计技术总结，以供工程设计参考。

1 工程概况

五常车辆基地位于杭州市余杭区五常街道范围，段址西侧规划为荆长大道，南侧为在建海曙路，北侧为余杭塘河。整体长条形区域，呈东西走向，规划的上盖开发区域占地面积约32.45hm2。

上盖主体采用纯框架结构，地面层为车辆段各功能库房、地铁咽喉区、出入段线，控制净高6.8m，层高一般为8.6m；二层为上盖开发的小区停车库，控制净高2.8m，层高一般为5.4m；三层为上盖开发小区地面层即上盖大平台，有1.5m覆土及种植绿化。

2 地质条件

图1 典型工程地质剖面图

地貌为滨海湖沼积平原，沿线场地自然地面较平坦，场区大部分为低洼地、鱼塘和河道，地面高程3.1m～5.1m。勘探揭露的第四系地层最大厚度约为45.0m，为湖沼相、滨海相、浅海相及河流相沉积物。浅部范围内主要以黏性土为主，局部揭露淤泥质黏性土和黏质粉土，厚度变化大；中部为厚度约10m～15m左右的硬可塑状的河湖积黏性土；下部为海相灰色黏性土，呈软-软可塑状，局部夹粉砂，下部土层主要为冲积粉细砂层和砂砾层，底部为洪积、残坡积含黏性土碎石层。基底为白垩纪上统朝川组(K1c)为主的基岩，基岩上部受不同程度的风化。

场地底部所遇的基岩为主要砂砾岩(粉砂岩与砾岩交互沉积)，其中中风化粉砂岩地层和中风化砾岩地层，性质好，分布稳定，为场地内良好的钻孔灌注桩的桩端持力层。

3 桩基工程设计

结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年，除小学和幼儿园为重点设防类外，其余均为标准设防类建筑[5]。该工程设计地震动参数按2016年最新国家标准《中国地震动参数区划图》GB18306-2015的规定取值[6-7]，所处区域抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为 II类，特征周期Tg=0.35s，多遇地震水平影响系数最大值 0.04。

桩基工程设计等级根据上部结构情况分为甲级和丙级，对于上盖有高层建筑的分区按甲级设计，对于上盖无高层建筑仅有2层框架，即仅有车库层和小区绿化层的分区按丙级设计[9-10]。

根据地质情况，中风化粉砂岩和砾岩层，性质好，分布稳定，为场地内良好的钻孔灌注桩桩端持力层。所以，上盖有高层建筑的分区桩端持力层为中风化粉砂岩和砾岩层，按端承摩擦桩设计。而上盖无高层建筑的分区，荷载较小，选取平均厚度7m左右的圆砾层为持力层，按端承摩擦桩设计。

工程桩混凝土强度等级C35，试桩混凝土强度等级提高一级为C40。桩身箍筋选用HPB300级圆钢筋，桩身纵筋及加劲箍选用HRB400级带肋钢筋。

4 桩基工程设计难点分析

(1)上部结构荷载状况复杂，主要体现在以下3个方面：

①上盖有高层建筑的分区与上盖无高层建筑的分区柱底力相差悬殊，上盖有高层建筑的分区最大柱底力标准组合值达到29 000kN，上盖无高层建筑的分区最大柱底力一般为12 000kN～14 000kN。

②上盖有高层建筑的分区，在同一个分区之内，上部有高层住宅荷载的柱子与上部无高层住宅荷载的柱子柱底力也相差悬殊。最大柱底力标准组合值达到29 000kN，最小柱底力一般为2 500kN～4 000kN。

③该工程为分阶段实施，现阶段仅实施上盖大平台标高范围，为以后物业开发预留好土建条件。待物业开发招商确定后，再行实施上盖大平台以上的住宅、商业、小学、幼儿园。所以物业开发前与开发后，柱底力存在很大的悬殊，而现阶段并不能确定物业开发的实施时间。

针对上述上部结构荷载情况以及本场地地质特征，分别考虑不同分区的桩基工程设计。

上盖无高层建筑的分区，荷载较小，考虑工程建设的经济性，采用D800灌注桩，桩端持力层至圆砾层即可，桩长约为40m。

上盖有高层建筑的分区，其柱底力相差悬殊，考虑工程建设的经济性，采用两种直径的桩型D800和D1000；考虑框架结构以控制沉降差为主，D800和D1000均采用同一持力层中风化粉砂岩和砾岩层，并验算桩基沉降差；考虑物业开发实施时间的问题，分别验算有物业开发与无物业开发时的桩基沉降，按沉降差控制桩基工程设计。

综上所述，桩型采用端承摩擦型钻孔灌注桩，确定桩基工程设计参数如表1所示。

表1 桩基工程设计参数表

(2)甲级基础应按沉降控制设计，且该工程荷载情况复杂，同一结构分区柱底力相差悬殊，上盖物业开发实施时间不确定。所以，采用以下3个原则控制桩基沉降设计：

①沉降计算设计依据的荷载工况，仍然以考虑有物业开发为主，因为长期来看，最终沉降由物业开发荷载决定。

②考虑物业开发荷载时，柱底力相差悬殊，应控制沉降差≤0.002L0。

③不考虑物业开发时，柱底力相差较小，但是因为高层建筑荷载尚未施加，桩身压缩量相差悬殊，应控制沉降差≤0.002L0。

对于桩距≤6倍桩径的群桩，规范规定采用实体深基础布辛奈斯克解分层总和法，再考虑纳入了明德林位移解的修正系数[9]。对于单桩、单排桩、疏桩，规范规定按考虑桩径影响的明德林解[9]。该工程大量桩基为单桩、两桩、三桩的承台，所以采用明德林解按单桩计算桩基沉降。计算采用理正工具箱6.5的桩基沉降计算功能。选取某上盖有高层建筑的结构分区为计算案例，该分区采用了D800和D1000两种直径钻孔灌注桩，桩端持力层均为中风化粉砂岩砾岩层，桩长约为50m。

考虑上盖物业开发荷载时，分别选取4根桩计算沉降，分别为两种桩型最大和最小的准永久值，计算结果如表2所示。

表2 有上盖高层建筑荷载下桩基计算结果

由表2可以看出，桩基沉降中的桩身压缩和桩底压缩各占约50%，总沉降量均小于15mm，根据荷载悬殊变化，采用两种直径桩，不仅能够取得桩径优化的经济效益，还可以减少最大沉降量之差，其效果相当于桩基变刚度调平设计。

为了对比有、无上盖物业荷载时桩的沉降变化，选定上表中4根桩不变，计算在无上盖物业开发时的沉降。计算结果如表3所示。

表3 无上盖高层建筑荷载下桩基计算结果

由表3可以看出，受荷最大的D1000桩基主要承担了上盖开发的荷载，不考虑上盖开发时计算沉降为7.11mm，考虑上盖开发时计算沉降量为13.23mm，沉降变化约6mm。

综上所述，该工程甲级基础采用桩端入岩的方法控制桩基绝对沉降量，进而控制不同荷载情况下框架结构柱的沉降差，是经济合理、技术可行的。同一结构单元，当柱底力相差悬殊时，应考虑桩径变化调整桩基承载力及刚度，而桩端持力层及桩长，为控制沉降设计，不应改变。

(3)整个五常车辆基地上盖开发区域，共有71个结构分区，共设计D1000钻孔灌注桩7 083根，D800钻孔灌注桩3 352根。按规范要求，设计等级为甲级的桩基工程，应按预估工程桩数1%进行试桩，且一般应加载至极限承载力。按此标准计算，约需要100根工前试桩，工程量巨大，费用高且工期长。

场地东西向最长1 700m，而中风化粉砂岩层砾岩层起伏差最大仅有2.2m，基岩埋深起伏不大，基岩埋深以上各覆盖层无明显优势土层及厚度变化，可以认为整个场地土层条件均匀、无较大变化。该工程优化静载荷试桩，拟采用少量工程桩兼作试桩，验证场地条件即可。工程桩检测主要以控制桩身质量为主，所以扩大桩身质量检测，要求低应变全检，声波透射法抽检10%。

5 结论

本文根据杭州地铁5号线五常车辆段的上盖开发项目基础设计所遇技术难题，开展了分析总结工作，得出主要结论如下：

(1)车辆段上盖开发，荷载状况复杂，柱底力悬殊较大，从工程建设经济性的角度考虑，可以采用多种桩型设计。而对于同一结构分区，桩型的改变应以桩径变化为主，桩端持力层及桩长不宜改变，可以较好地控制不同桩型之间的沉降差。

(2)试桩的主要目的为验证勘察报告所提供的地质条件，为工程桩设计提供依据。若场地地质条件单一均匀，可以减少试桩数量。检测工作以控制工程桩的桩身质量为主，设计对于场地条件和桩身质量均有把握，即可保证桩身承载力满足要求。

[1] 高虹.地铁车辆段预留上盖开发消防设计研究[J].铁道工程学报，2009(6)：107-110.

[2] 蒋科卫.地铁列检库上盖建筑结构设计[J].建筑结构，2013(5)：123-128.

[3] 乐倩.杭州地铁七堡车辆段上盖平台结构设计有关问题探讨[J].重庆建筑，2007(4)：36-38.

[4] 赵宏康，张敏，陆春华，等.苏州太平车辆段停车列检库上盖物业开发复杂高层结构设计[J].建筑结构，2013(10)：89-95.

[5] GB50223-2008 建筑工程抗震设防分类标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[6] GB50011-2010 建筑抗震设计规范(2016年版)[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[7] GB18306-2015 中国地震动参数区划图[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[8] JGJ106-2014 建筑基桩检测技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[9] JGJ94-2008 建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[10] JGJ50007-2011 建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

Analysis and Design Suggestions of Subway Depot Pile Foundations

LIUZhi

(China Railway Siyuan Survey And Design Group Co., Ltd, Wuhan 430063)

Property development above the subway depots can effectively make full use of urban land resources which are increasingly intense.However, the development make structures of subway depots complex, and as a results making design of subway depot foundations difficult.In this paper, the difficulties of foundation design were analyzed with a depot from Hangzhou as an example, furthermore, design suggestions were proposed.

Pile foundation；Subway depot；Structural design；Cover property development

刘智(1986.11- )，男，工程师。

E-mail:liuzhi19861209@163.com

2017-02-28

TU47

A

1004-6135(2017)06-0104-03