邹庆
昆明市市政工程设计科学研究院 昆明 650228
随着社会经济和城镇化的高速发展,地面交通已日趋饱和,尤其以道路节点处面临巨大压力。目前越来越多的大中型城市都兴起了地下空间的开发建设,城市下穿隧道在空间上分离了交叉车流,提高了交通流畅性,同时又为道路远期上跨预留了空间。
本项目道路连续下穿巫家坝路、海河、官渡主4号路、支237号路、昌宏路。由于下穿海河,受河底标高控制,故隧道至地面道路有较厚的覆土,本着节约用地、整体开发等原则,故将下穿隧道设为两层空间,下层空间作为地下道路,上层空间作为地下车库。
由于市政管网埋置深度要求和海河以及各交叉口道路节点标高控制,本下穿隧道在进行纵段设计时,综合考虑以上因素确定了最终的覆土厚度为最薄处1.5 m。在双层结构设计时,下层空间作为地下道路使用,其断面采用双向6车道,同时两侧设置0.85 m检修道,其内空尺寸为2-12.7×6 m,路面横坡为1.5%。
由于上层空间作为地下车库使用,充分考虑了车位空间及各设备用房空间的设置,故柱横向布置与下层中边墙一致,纵向间距按8.4 m。
由于本项目所在区域位于昆明滇池片区,该处地质情况复杂,部分基底位于泥炭质土层上,且地震烈度较高,砂类土有液化现象,地下水位变化范围在地面下0~2 m。基于以上因素,基础形式的选择对结构的安全性和经济性尤为关键。故结合本地多个已建下穿项目情况(例如草海隧道、园塘路下穿通道等)和以往设计经验,从结构的沉降、抗浮、承载能力等多方面考虑,初步拟定采用桩基础形式进行试算。
试算是采用两种桩基布置形式,其中疏桩采用1.2 m桩径,在边墙、中墙及基坑支护格构柱位置设置;群桩采用1.2 m和0.8 m组合桩径,在边墙及中墙下设置1.2 m桩基,板间按2.65 m间距均匀布置0.8 m桩基。
经采用迈达斯建模分析,可得到以下结论:采用疏桩基础,由于桩基较为稀疏,竖向力由土层和桩基共同承受,故整个结构受力较合理,最大弯矩出现在边墙及中墙部位,格构柱桩基处只出现局部外力集中;而采用群桩,由于桩基密集,竖向力基本由桩基承受,不但增加了桩基数量且桩长并未有明显缩短,最大弯矩在边墙、中墙和板中均有分布。故本项目拟定采用疏桩基础进行
下穿隧道一般30 m左右设置一道变形缝,但由于本项目二层有车库结构,变形缝设置过密对建筑功能使用不利,故基于功能和外观上的需要,本项目约100 m左右设置一条变形缝,其尺寸超过了GB 50 010—2 010《混凝土结构设计规范》[1]所规定的伸缩缝最大间距要求。因此,设计时必须合理采用超长结构的温度应力,同时通过设置后浇带降低混凝土的收缩应力。
由于采用疏桩基础,基础受力由桩基和地基土共同承担,故采用软土地基减沉复合疏桩基础公式进行计算,初步估算出桩顶外力为2 135 KN。然后采用迈达斯进行整体建模计算,由于地基土需承担部分竖向力,故模拟时除了需对桩基进行桩土模拟外,还需进行地基土的竖向刚度模拟。本项目计算时,分别采用5 000,10 000和20 000 KN/m3三种基床系数对地基土进行模拟。通过以上分析可以看出当采用10 000 KN/m3地基系数时其桩顶反力较规范公式估算较为接近,且当基床系数越高时底板受力越大,故偏保守选择10 000 KN/m3地基系数进行结构受力计算。
通过以上计算分析最终确定下穿隧道采用双层结构,下层采用2孔12.7 m钢筋混凝土框架结构,单孔净宽12.7 m,结构内框净高为5.5 m;上层采用框架柱结构,立柱横向净间距12.9m和12.6 m,纵向间距8.4 m,结构内框净高为4.2 m。下层框架顶板厚0.6 m,底板厚1.4 m,侧墙厚1.1 m和1.2 m,中隔墙厚0.8 m,结构总宽度28.5 m,总高度8.0 m。桩基纵间距4.2 m,横向间距5~8 m。沉降缝最大间距103.45 m,每40 m设置一条后浇带。
综上所述,随着地下空间的开发利用,地下结构埋置深度越来越大,如只是单纯设置一层下穿隧道则施工后存在大量回填土,增加结构外荷载。故采用双层或多层结构,不但减少了土体回填方量,而且减少了下穿结构所承受的外荷载。但在设计时应合理的规划地下空间用途,同时结合本地区地质情况采取适宜的基础形式,这对整个项目的经济性、合理性和安全性均极为关键。在本项目所在区域,由于地质条件复杂,地下水位较高等前提条件,下穿隧道结构建议优先选用疏桩基础形式,在解决地基承载力的同时可以作为抗浮、减沉和地基处理桩基使用,减少了工程造价,增加了结构的安全性。