地铁车站钢筋混凝土箱形结构设计探究

地铁车站钢筋混凝土箱形结构设计探究

孟虹如,王江波

西咸新区轨道交通投资建设有限公司 710086

摘要：大量地铁车站与公路隧道合建的成功修建积累了相关工程经验及计算、评估理论。国内，通过下穿隧道与地铁车站设计过程中遇到的问题进行分析研究，总结出市政下穿隧道与地铁车站合建设计方法及其各种优点，论述了地铁车站与公路隧道合建的结构处理方式以及隧道与地铁合建段的设计要点，本文对地铁车站钢筋混凝土箱形结构设计进行分析，以供参考。

关键词：地铁车站；钢筋混凝土；箱形结构

引言

在施工过程中，引起大体积混凝土体积变形的主要因素是水泥水化热及混凝土收缩。混凝导热性差，大体积混凝土硬化过程中产生了大量热量，内部热量难以消散，导致混凝土出现里表温差和表环温差，当温差引起的拉应力超过混凝土开裂应力时混凝土即开裂。养护措施对控制混凝土里表温差和表环温差意义重大。

1钢管混凝土柱吊装及混凝土填充

1.1钢管混凝土柱吊装

底部节钢管混凝土柱吊装a.利用钢管混凝土柱承台施工时预埋的钢管混凝土柱定位器，待钢管混凝土柱承台达到强度后安装底部节钢管混凝土柱，底部钢管混凝土柱高出底板上翻梁500mm以方便钢管混凝土柱的拼接。b.底部节钢管混凝土柱安装完成后采用导管法进行混凝土填充，填充混凝土强度等级采用C60自密实混凝土（掺适量膨胀剂），水中14d养护限制膨胀率(1.5~2)X10。钢管柱内插入上端装有混凝土料斗的钢制导管，自下而上边退边完成管内混凝土浇筑，浇筑前，导管下口离矩形钢管底部的距离不宜小于300mm，导管在柱内水平隔板浇筑孔的侧距不宜小于50mm，以便于插入振捣棒。

1.2顶部节钢管混凝土柱吊装

中间节钢管混凝土柱安装完成后进行结构中二板施工，结构中二板浇筑完成后搭设操作架（U型）进行顶部节钢管混凝土柱安装，顶部节钢管混凝土柱平中一板纵梁底部。

1.3钢管混凝土柱在结构板/梁处的细部大样

为补充钢管混凝土柱与结构板/梁的结构受力，钢管混凝土柱在结构板/梁处设置环板、竖向肋板、加劲条、栓钉等细部构件，以确保钢管混凝土柱与结构板/梁充分锚固。结构板/梁主筋与钢管混凝土柱环板焊接，并在节点处设置环向箍筋，在顶部节设置长度为3.4m的钢筋笼对钢管混凝土柱进行补强。

2试验

2.1原材料择优选择

选择适合的原材料，优化设计配比参数，降低温升减少收缩是抑制混凝土开裂的有效途径之一，因此对于本工程而言，优先选择开裂敏感性较低的原材料，恰当搭配胶材组份与用量，降低放热量与放热速率极为关键。现代混凝土原材料组成、结构形式多样性、所受约束等复杂化，实践经验及研究表明，单靠原材料、配比及工艺参数优化，对开裂风险降低幅度有限，无法真正解决开裂问题。近年来，以水化速率及分阶段收缩协同控制的抗裂技术在地铁、隧道、桥梁上防裂施工中得到广泛应用，取得良好应用效果。结合国家相关标准规范要求，原材料及其关键性能如下：（1）水泥：盘固P·O42.5水泥，比表面积360m2/kg，符合GB175—2007《通用硅酸盐水泥》要求，C3S、C3A含量分别为39.5%、3.2%。（2）粉煤灰：常熟发电厂，F类Ⅱ级，比表面积466m2/kg，需水量比97.2%，符合GB/T1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的要求。（3）矿粉：张家港恒昌，S95级，比表面积439m2/kg，28d活性指数113.5%，符合GB/T18046—2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的要求。（4）砂：赣江河砂，中砂，细度模数2.7，含泥量2.1%，泥块含量0.73%，符合GB/T14684—2011《建设用砂》的要求。（5）石：5~25mm连续级配碎石，含泥量0.48%，针片状含量7.3%，符合GB/T14685—2010《建设用卵石、碎石》中Ⅱ类的要求。（6）减水剂：PCA-1聚羧酸减水剂，减水率27.2%，固含量15.2%，收缩率比98.2%，符合GB8076—2008《混凝土外加剂》的要求。（7）HME-V抗裂剂：限制膨胀率符合T/CECS10082—2020《混凝土用钙镁复合膨胀剂》中Ⅱ型品的要求，水化热降低率符合JC/T2608—2021《混凝土水化温升抑制剂》的要求。

2.2试验方法

混凝土工作性能及绝热温升参照GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试；力学性能参照GB/T50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行测试；耐久性能参照GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测试；开裂敏感性采用温度应力试验机进行测试。

3地铁车站钢筋混凝土箱型结构设计要点

3.1截面高度取值

在地铁车站钢筋混凝土箱型结构中，需要对侧墙及板进行加腋处理，由于腋角会在一定程度上增加该结构计算截面的高度。因此，设计人员需要结合工程实况，针对受弯、受剪情况的不同，采取不同的截面高度。在计算抗弯的过程中，充分考虑腋角高度。对于明挖车站，墙和板与梁有所不同，不能采用箍筋抗剪。很多抗剪计算不合理，是因为设计人员在设计过程中存在两种误区，首先是忽略了轴力这一因素对侧墙抗剪强度产生的影响；其次是忽略了合理分布钢筋这一对策的抗剪作用。在该车站中，侧墙和板在一定程度上与剪力墙十分类似，设计人员需要充分考虑轴力带来的有利影响，合理分布钢筋，以此达到抗剪的目的。

3.2形状优化

在进行形状优化前，首先需要采用等代框架法进行平面受力计算工作。平面框架由各层梁板、侧墙等组成。将各等代构件的内力求出后，纵梁对板的纵向支撑力不一致时，还要对柱上板带和跨中板带进行划分，合理分配等代框架的计算弯矩与板带分配系数，这样可以对各板带的内力进行确定。为保障该地铁车站结构拓扑关系不发生变化，设计人员需要对钢筋混凝土箱型结构的外形、空间位置进行优化，从长度、角度等方面进行参数设计工作，以便优化结构内力传递效果，提高地铁车站结构强度，优化车站断面结构。在此过程中需要注意的是，针对钢筋构件，单一地改变其形状或者尺寸很难实现优化结构这一目的，需要将其截面尺寸、形状同时优化。需要注意的是，结构形状变化过程中计算模型也会发生变化，所以，分析需在有限元网格（不断更新）中进行。

4保障地铁车站钢筋混凝土箱形结构设计效果的施工对策

严格控制浇筑工艺，混凝土自身的强度水平需合理控制，当强度较低时就会有较大的收缩情况发生。严格控制整个施工过程，防止出现离析情况，合理控制振捣速度，防止漏振或过振的情况发生；浇筑大体积混凝土，必须采取有效手段降温，确保混凝土内部与外部之间的温差控制在合理范围内；重视混凝土早期养护，适当延长养护时长。

结束语

综上所述，①TZ-04段拆模后采用了厚度为3cm的背胶橡塑保温棉板进行养护，该保温材料具有自粘性，能够跟混凝土表面进行很好的敷贴，保温效果明显，温控效果良好，但温峰持续时间长，需采取一定措施降低最高温升值；②拆模后要及时采取养护措施，否则可能会导致初始降温速率过快。

参考文献

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