南坪中心交通枢纽工程地下结构布置设计

李 强， 罗 婴

（1.重庆市交通规划勘察设计院，重庆401121；2.林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，重庆401121）

0 前 言

南坪中心交通枢纽工程位于重庆南坪转盘至农机路口道路的道路红线范围内，呈南北走向，现状道路中部略高，最高点标高为303.85m，两端略低，农机路口最低点的标高为298.18m，南坪转盘最低点的标高292.73m，南坪转盘处为下穿立交，沿线两侧各有一公交停车港.重庆轻轨三号线在本工程范围内采用下穿的形式.南坪转盘处商业繁荣，人流量大，为了促进转盘周边商业发展，合理解决转盘接点交通问题，南坪转盘地下结构布置是本工程结构设计重点之一.轻轨车站是本工程最重要的结构空间，设计中必须首先满足轻轨车站运营的功能要求.另外，农机路口左转匝道也伴随轻轨车道，地下汽车道而行，使得整个工程包含了转盘，轻轨车站，地下公交车站，左转匝道和商业空间而成为一个综合性的复杂结构.

地下结构工程的一个重要课题就是地下结构与地层相互作用问题.据对我国工程质量事故的统计表明，有70%～80%的事故是由地基基础造成的.原因是在土和结构组成的体系中，土本身的性质极其复杂，加上受到测试和土工试验技术的限制，难以为设计与施工提供精确可靠的计算依据［1］.所以本工程设计荷载的确定直接影响结构的安全和可靠.

1 设计参数

（1）荷载确定

轻轨车站段的荷载确定.顶层荷载：2m厚土重40 kN／m2，消防汽车35kN／m2，板重12.5kN／m2；地下一层荷载：活荷载3.5kN／m2，板重12.5kN／m2；地下二层（含夹层）荷载：轻轨列车荷载35kN／m2，两层板，板重分别为12.5kN／m2和37.5kN／m2.

南坪转盘段的荷载确定.顶层荷载：1m厚土重20 kN／m2，消防汽车35kN／m2，板重12.5kN／m2；地下一层荷载：活荷载3.5kN／m2，板重12.5kN／m2［3］.

（2）其他计算参数确定

除轻轨车站地下一、二层扁柱采用C60混凝土外，其余结构及基础混凝土强度等级均采用C40.梁、柱主筋采用普通热轧HRB335钢筋，箍筋和板筋为 HRB235和 HRB335钢筋［4］.钢筋保护层厚度：梁、柱为35mm，墙、板为25mm.

场地类别二类，地震设防烈度6度，框架和剪力墙抗震等级四级［5］.结构重要性系数1.0.

2 结构设计建模及计算

本工程竖向结构为墙和柱（在局部位置为减小梁跨度还采取了加设斜撑的构造措施），水平结构有两种方案，第一种是常用的市政隧道工程设计的方式：满铺1500mm厚的钢筋混凝土厚板，此方案的优点是：结构形式简单，施工较简单，建筑空间效果好；缺点是：结构自重太大，板与墙、板与柱间的节点处理和建筑空间高度有变化时的处理都较复杂，造价太高.第二钟是建筑工程设计的方式：采用梁板式结构（最大梁高1500mm，最大板厚500mm），其优点是：结构传力体系明确，节点构造简明，重量较轻，造价较低；缺点是：结构空间直观效果较复杂，构件种类较多，施工比纯板式结构复杂一些.由于工程已确定采用明挖的施工方式，经过分析比较，本工程结构设计采用了第二种结构设计方案，水平结构为梁板式结构.

结构计算采用PKPM计算系列程序，计算模型为三层（局部二层）框架剪力墙结构，在电算分析中采用模拟施工加载模式进行计算.本工程地下结构可分为两段进行布置和计算：以轻轨车站为重点的K0＋520～K1段和以南坪转盘为重点的K1～K1＋400段，下面重点介绍轻轨车站和南坪转盘的结构布置情况.

2.1 轻轨车站段地下结构计算模型

该段地下结构为三层框架剪力墙结构.在PKPM的模块PMCAD建立结构计算的三个标准层，即：地下二层搂面结构布置、地下一层搂面结构布置和地下一层天棚结构布置，三层结构在轻轨车站段的结构平面布置情况如图1、图2和图3所示.

考虑到轻轨和建筑的要求，地下一、二、三层结构的层高分别取7.5m，8.2m和7.5m.

经试算，按照荷载和层高的要求，地下一层天棚结构的梁截面尺寸选用800×1500mm、1200×1500mm和1500×1500mm三种形式；地下一层搂面结构的截面尺寸选用500×1500mm和800×1500mm两种形式；地下二层搂面结构的截面尺寸选用800×1500mm、1000×1500mm和1500×1500mm三种形式.

为满足建筑美观和设备用房布置要求，轻轨车站段地下一层和二层柱子截面采用500×1000mm扁柱形式，而其它柱子截面尺寸均采用1000×1000 mm；各层板厚均为500mm，边墙厚1000mm.

地下结构基础形式为墙下条形基础和柱下独立基础［2］，持力层为中风化岩石面，基础布置如图4所示.

墙下条基宽1800mm；独基截面采用2100×2100mm、2900×2900mm和3700×3700mm三种形式.基础高度1500mm.

轻轨车站段横断面如图5所示［6］：东侧E轴到H轴范围是三层三跨框架剪力墙结构，跨度分别为13800mm，10400mm，13800mm，梁高1500mm.西侧H轴到J轴间是独立的下穿匝道，为剪立墙结构，跨度为9320mm，梁高1500mm.

2.2 南坪转盘段地下结构计算模型

该段地下结构为二层框架剪力墙结构.在PKPM的模块PMCAD建立结构计算的两个标准层，即：地下一层搂面层结构布置和地下一层天棚结构布置，南坪转盘段的结构平面布置情况如图6和图7所示.

考虑到交通和商业建筑的要求，地下一、二层结构的层高分别取10.4m和8.92m.

经试算，按照荷载和层高的要求，地下一层天棚结构和地下一层搂面结构的纵向梁截面尺寸选用800×1500mm，横向梁选用800×1200mm，在异形预留洞四周布置的梁截面尺寸为1000×1500mm.

为满足建筑美观和设备用房布置要求，南坪转盘段地下一层和二层柱子截面尺寸采用1000×1000mm；地下一层天棚板厚800mm，地下一层搂面板厚500mm；边墙厚1000mm.

地下结构基础形式为墙下条形基础和柱下独立基础［2］，持力层为中风化岩石面，基础布置图如图8所示.

墙下条基宽1500mm；独基截面采用1900×1900mm、2200×2200mm、3300×3300mm 和4000×4000mm四种形式.基础高度1500mm.

南坪转盘段横断面如图2～图9所示［6］：A轴到M轴范围是二层七跨框架剪力墙结构，由左到右跨度分别为4000mm，11250mm，13800mm，10400 mm，13800mm，11250mm，4000mm，层高由下到上分别为7350mm，10100mm，柱断面为1000×1000mm，梁高1500mm，板厚500mm.

2.3 计算及结果

经PKPM程序计算，梁、板、墙、柱、基础均满足规范要求.

3 结 论

经反复调试和计算，结构布置最终满足了规范和结构功能的要求，同时可得到如下结论：

（1）结构布置中遇到上层柱支撑在下层梁上的情况，梁受力过大，可设置斜撑将梁跨中的集中荷载传到上层梁柱接点上，从而达到结构安全可靠的目的.

（2）本工程结构形式为地下框架剪力墙结构，结构施工方式为明挖施工后填堆，是安全、合理和可靠的.

（3）在使用PKPM计算程序建模时应将结构在地下实际承受的垂直荷载和水平荷载考虑周全，这是决定工程安全和工程造价的关键.

［1］ 江国斌.地下结构与地层相互作用理论及其应用［J］.力学与实践，1998，20（1）.

［2］ 中华人民共和国建设部.建筑地基基础设计规范（GB50007－2002）［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

［3］ 中华人民共和国建设部.建筑结构荷载规范（GB50009－2001［S］）.北京：中国建筑工业出版社，2002.

［4］ 中华人民共和国建设部.混凝土结构设计规范（GB50010－2002）［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.

［5］ 中华人民共和国建设部.建筑抗震设计规范（GB50011－2001）［S］.中国建筑工业出版社，2002.

［6］ 任国雷，等.南坪中心交通枢纽工程初步设计第四册［Z］.林同棪国际（重庆）工程咨询有限公司，2006.