上海市人民广场地下商业街结构设计

地下院30周年论文集

上海市人民广场地下商业街结构设计

于晓音

郭莉

朱益宏

一、混凝土结构裂缝控制与对策

上海市人民广场地下商业街长度约300m，宽度约36m，中间不设变形缝，但又要保证工程使用时基本不产生裂缝，因此，必须采取相应的措施。根据工程的具体情况，有以下有利条件：1.工程平面尺寸较规则，上有2m厚度的覆土，受温度变化的影响较小。虽然在下沉式广场以及其他出人口敞开部分温差变化较大，但这只是局部。2.由于上海市的地下水位较高，为满足工程的抗浮要求，在地板下设抗拔桩，在地面荷载较大时可兼作承压桩。这些桩对于抵抗工程不均匀沉降或上浮有着重要作用。3.借鉴其他类似工程特别是人民广场地下停车场以及地铁的成功经验。由此，决定本工程不设伸缩缝和沉降缝，只设施工缝。

本工程在结构选型上，作了梁板结构与无梁楼盖方案的比较。经分析认为：结构刚度大，则约束强，内应力会上升；反之，内应力会下降。因此，决定采用结构刚度较小的无梁楼盖结构。同时，外墙与围护结构之间留有间隙，使其在变形时不受围护结构的约束。

混凝土工程的裂缝产生与外荷载、材料选用、施工、设计、环境条件等多种因素有关。

在设计阶段，对于结构承受的外荷载，我们按平时荷载作用下裂缝开展宽度验算，这些荷载引起的裂缝宽度较小，都在规范允许的范围内，但钢筋的应力较高。

在施工阶段，大体积混凝土浇筑后，降温阶段的收缩过程中，由于地基或结构其他部分的约束，

会产生很大的温度应力。当其超过混凝土当时令期

的抗拉强度，混凝土构件就会产生裂缝。这种裂缝往往会贯穿整个截面。此外，混凝土浇注后由于水分散失及一些化学变化，还会引起体积收缩而形成收缩应力。它与温度应力共同作用，加剧了混凝土

的开裂。工程实践证明，混凝土的强度等级越高，

水泥用量越大，产生的水化热就越高，收缩也越大。因此，我们在满足结构需要的强度条件下，尽量选用强度等级低的混凝土。考虑到一般工程顶板上产生的裂缝较多，故除顶板混凝土强度等级为C25外，其余为C30。

本工程长度较长，在荷载作用下，构件会产生

内力。在温度、基础不均匀沉降的影响下，结构也会产生内力。实际上，超长结构纵向将会产生很大的拉力，所以，本工程的顶、底板纵向含钢率适当加大。由于本工程是人防工程，含钢率比一般工程高，这是有利条件。

在下沉式广场以及出人口处，是工程的薄弱环节，更要加强构造配筋。为防止口部顶板敞开处产生裂缝，本次设计在顶板敞开口的折角处，增配了斜向的构造钢筋。

在施工技术上，分别采取下列有关措施。1.必须分段施工。一般要求每一段不超过30m，后来由于工期紧张，一次施工长度达50m左右。2.必须加强混凝土的养护。规定养护时间达21天后方可进行下一段浇筑。3.加强施工缝构造。接茬处均预留企口，顶板接缝处外贴止水带，并按常规要求进行清洗、接浆。4.要求当一段工程施工完毕后，立即回填土，两侧同时进行。

二、基坑围护结构

本工程开挖深度7.m，下沉式广场处开挖深度7.69米。由于结构长度约300m，宽度约36m，呈东西向布置，故南、北两侧的围护结构选型特别重要。尤其是南侧拆除了旧人防工事，边坡全部为回填土。1.基坑围护结构的选型

按上海市要求，本工程工期紧、时间短，

工程设计

这给基坑围护结构的设计提出了新的要求。根据本工程所处的地理环境，四周无特殊的建筑物须重点保护，决定采用水泥搅拌桩自立式栅格围护结构。水泥搅拌桩栅格总宽度为7.2m，沿纵向有三排双头密排桩，中间形成栅格，深度为17m，局部18m(见图1)。每根桩的圆心插人钢筋，最外排插入6m长毛竹，在桩顶作200mm厚钢筋混凝土路面，以增加桩之间的联系和整体刚度。南侧回填土处，桩体适当增加水泥用量。

图1

考虑到本工程纵向尺寸较长，故在坑内开挖面下每间隔30m加一条宽3.2m的水泥搅拌桩栅格，以减少围护结构垂直于纵向的水平位移。

水泥搅拌桩自立式栅格仅在施工阶段作为围护结构，平时使用阶段不考虑其作用。因此设计计算时采用水土合算；按朗金土压力理式分别计算墙前主动土压力和墙后被动土压力；地面超载值取20KN/m2；计算时φ、c值的采用分二种情况：按地质报告提供的固结快剪峰值和按该值的70％计算。计算墙后主动土压力时，按整个搅拌桩长范围内取加权平均值，在计算墙前被动土压力时，取搅拌桩插入深度范围内的加权平均值。

坝体稳定计算：按重力式挡土墙的设计方法，验算墙体绕前趾的抗倾覆安全系数和墙体沿底面的滑移安全系数(计算图式与过程略)。2.坑内降水与土方开挖

由于坑内没有支撑，挖土与施工的速度大大加快。在开挖土方时，要求分层、分段、对称开挖，

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开挖长度小于30m，后改为50m。开挖完一段，浇捣一段，以保持基坑的纵向稳定。同时，开挖前在基坑内降水，井点管随挖土进程拔除，以使坑内土体的强度有明显的改善。3.施工监测

监测可以及时预报施工过程中出现的异常情况，以信息化指导施工，准确掌握围护坝体的稳定情况。

监测内容：①围护结构基坑内、外侧土层孔隙水压力的变化；②水泥搅拌桩栅格的挠曲变化；③围护结构地表水平位移和垂直沉降变化；④相邻地下构筑物的水平位移和垂直沉降变化。4.几点体会

通过水泥搅拌桩自立式栅格围护结构的应用和实践，有以下几点体会：

(1)水泥土搅拌桩自立式栅格在本工程特有的条件下作为围护结构是成功的。采用了自立式围护结构，施工在坑内无支撑条件下顺利进行，提高了工程质量，创造了7个月完成从围护桩至结构封顶的高速度。

(2)水泥土搅拌桩自立式栅格与其他有支撑的围护结构或复合坝体比较，降低了工程造价。

(3)基坑开挖前坑内降水是一条十分重要的措施。它提高了土体的强度，对增加坑内土体的被动土压力，提高基坑围护结构的安全度起了重要作用。

(4)挖土的速度和方法对围护结构的稳定和变形影响极大。由于工期要求紧，本工程未能达到分层、对称挖土，而是一次开挖到底，是本围护结构的位移偏大的一个重要因素。

(5)进行各种施工监测十分必要。如西头北面位移43cm处，因其地面堆了很多钢材所致，大大超过了地面超载的允许值20KN/m2，根据监测提供的情况，及时采取了措施。

(6)由于搅拌桩的水泥土混合体强度较低，完全是自立式围护，今后采用此类围护结构，基坑开挖深度不宜再深。

(7)由于基坑狭长，沿纵向的水平位移应引起

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充分重视。虽在坑底增加了条状的水泥搅拌桩栅格。由于工期紧等因素，桩的施工质量很难保证。因此，长边中间的位移也偏大。如何使它的位移减小，仍是一个值得研究的问题。

三、保护横跨工程中部的电缆排管

本工程的西南面为已建的地下变电站，有一电缆排管正交穿越中部(18－19轴)上方。在进行电缆排管以下的土层开挖及旧人防工事拆除时，将会引起电缆排管的位移，供电局要求沉降控制在1cm之内。如果过限，将会影响电缆输、配电的正常工作。

当时，供电局没有很确切的资料，最后，采用

现场局部开挖的方法来探明电缆排管的确切位置及标高。根据实测资料，排管底离工程顶面只有不到20cm的高度，经反复研究，决定在基坑中打入二排

图2

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50cm×50cm预制方桩，纵、横向间距均为6m，长18m，作为基坑开挖后电缆的承重结构，在其上做钢筋破主梁和次梁。主梁与桩形成跨度6m×6m的框架，其上每隔lm设一根次梁。电缆排管用16号工字钢托起，然后悬吊在次梁上，悬吊采用拉杆，端部用花篮螺栓连接，用于调节电缆的高低，在预制桩与底板下层筋连接处预埋一圈钢板，钢板上焊止水片，同时作为底板底层钢筋的连接件。当工程结构封顶后，再凿去预制桩，焊接底板面层筋，浇捣留孔处的混凝土。而顶板此处的做法是预留洞口，在洞口四周预留钢筋，待预制桩凿除后，洞口补浇混凝土(图2)。

施工步骤：先局部开挖表层，确认电缆排管的位置；打预制方桩；利用地模，浇捣钢筋混凝土框架梁及次梁；待梁达到设计强度后，开挖土方。开挖时，先将1m一段电缆底下掏空，把16号工字钢伸入排管垫层下，用拉杆悬挂在次梁上，并与次梁上的预埋件焊牢。再开挖1m。以此类推，直至电缆排管全部吊完；待顶板浇捣完毕并达到设计强度后，在电缆排管底与顶板之间注浆，使电缆底与顶板之间接触密实，然后剪断拉杆，拆除保护电缆排管所用的钢筋混凝土梁及方桩；修补底板、顶板在与预制桩相交处的孔洞。

施工过程中进行监测，当发现有沉降过大的趋势时，立即在桩底注浆加固。在整个过程中，电缆排管结构仅发生10mm的最大下沉，未对电缆线的正常工作产生不利影响。

注：本文曾发表在《中国人民防空》1999年第3期

上。