CN114737608A - 基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系及施工方法，属于地下结构减震控制技术领域。本发明为由四周的地下连续墙、底部的现浇杯口型底板围合而成的两层或以上结构，地下连续墙由上至下依次设置有冠梁以及两道腰梁；两道腰梁之间限定出标准层结构；最下一道腰梁与现浇杯口型底板之间限定出底层结构；底层结构由叠合式侧墙、自复位截断柱、现浇杯口型底板上的杯口型节点、预制中板节点、叠合连梁以及叠合式中板构成；标准层结构由叠合式侧墙、自复位截断柱、预制顶板节点、叠合连梁以及叠合式顶板构成；本发明可以提高地下结构中柱变形耗能能力，提升地下结构的整体抗震能力，并可实现震后结构受损构件的快速修复与更换。

Description

基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系及施工方法

技术领域

本发明涉及一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系及施工方法，属于地下结构减震控制技术领域。

背景技术

我国以地铁车站为代表的城市地下结构发展速度与潜力巨大，截止到2021年底，全国共开通运营地铁里程7253.73公里。城市地下结构作为城市基础设施的重要组成部分，其抗震能力关系到整个城市系统的抗灾防灾救灾的水平。全国大部分城市位于7度以上的抗震设防区，已建与即建地铁车站结构的城市，如北京、杭州、南京、成都等30个特大、大城市，均处于地震带上，历史上地震对地铁车站结构造成了严重的破坏，震后修复造价和时间成本较高，如日本阪神地震后，大开地铁车站的重建花费100亿日元，历时1年的时间。韧性城市建设要求城市不仅具有较高的抵御灾害的能力，同时要求灾后城市功能快速恢复，具体到城市地下结构的抗震韧性，要求地下结构不仅要具有较高的抵御地震的能力，减小地震中地下结构的损伤破坏，同时还要兼具建设中快速施工、震后功能快速恢复的能力。而目前现有的城市地下结构体系，尚不能称作是完善的韧性防震体系。

随着建筑工业化的发展，装配式地下结构因其具有整体性好、刚度大、与预制结构协同工作良好、施工周期短、环境污染小等优点，在地上结构建设中得到了广泛的推广，目前正在建设地下结构的城市，也在试点装配式地下结构。此外，由于引入了模块化生产，地下结构中的装配构件，一旦发生损伤破坏，可以在工厂预制并快速养护到要求的承载能力，之后运输至现场，进行快速修复或更换。地下结构地震破坏机理表明，结构上覆土体重力与竖向惯性力，将显著增大中柱的轴压比，严重削弱其侧向变形能力，结构在地震荷载作用下，中柱因侧向变形能力不足而首先发生破坏，继而结构发生整体塌毁，因此，中柱是地下结构的抗震关键支撑构件。提高地下结构抗震能力的关键，是减小中柱在地震中的损伤。在中柱柱端引入阻尼元件，可以减小传递至中柱的地震能量，减小中柱的损伤破坏程度，而利用预应力等方式提供自复位力，可以减小甚至消除震后中柱的残余变形，实现震后地下结构抗震能力的快速恢复。鉴于此，装配式地下结构抗震体系，可以实现提高地下结构的抗震能力与施工效率的目的，同时，震后对发生损伤破坏的装配构件进行修复或更换，可以迅速恢复结构的功能，实现地下结构的抗震韧性。

发明内容

本发明为了克服现有技术的上述缺陷，从快速施工、抗震韧性提升两个方面出发，提出了一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系及施工方法。其可以有效地提高地下结构的施工效率，节省施工中模板用量，减少施工占地面积。同时也可以提高地下结构中柱变形耗能能力，提升地下结构的整体抗震能力，并可实现震后结构受损构件的快速修复与更换。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系，所述叠合式地下结构抗震体系为由四周的地下连续墙、底部的现浇杯口型底板围合而成的两层结构，所述地下连续墙由上至下依次设置有冠梁以及两道腰梁；两道腰梁之间限定出标准层结构；最下一道腰梁与现浇杯口型底板之间限定出底层结构；

所述底层结构由叠合式侧墙、自复位截断柱、现浇杯口型底板上的杯口型节点、预制中板节点、叠合连梁以及叠合式中板构成；自复位截断柱设置在杯口型节点、预制中板节点之间，预制中板节点之间设置有叠合式中板、叠合连梁；预制中板节点的中部设置有预留空间，用于安装与更换自复位截断柱内伸出的预应力筋；

所述标准层结构由叠合式侧墙、自复位截断柱、预制顶板节点、叠合连梁以及叠合式顶板构成；自复位截断柱设置在预制顶板节点以及底层结构的预制中板节点之间，预制顶板节点之间设置有叠合式顶板、叠合连梁；

叠合式顶板上方至冠梁之间设置有回填土体。

进一步地，底层结构中，所述现浇杯口型底板两侧地下连续墙上设置有叠合侧墙，现浇杯口型底板中部设有杯口型节点；现浇杯口型底板中部设置有底梁，底梁设置在平行于地下连续墙的杯口型节点之间；杯口型节点上方设置有自复位截断柱，二者之间通过预应力筋以及耗能阻尼连接在一起。

进一步地，所述现浇杯口节点外边框呈方形，内部为圆形杯口，圆形杯口下凹呈球面凹槽，圆形杯口与外框之间存在一个“回”型区域，“回”型区域的四个脚点处预留有耗能阻尼的孔洞，在圆形杯口内布置有用于预应力筋穿过的孔洞；所述自复位截断柱底部内凹并突出设置有半圆形柱头，柱头与球面凹槽相对设置，预应力筋穿过柱头内的预应力筋孔洞与现浇杯口型底板连接，耗能阻尼设置在第一层自复位截断柱底部内凹于“回”型区域的四个脚点之间，且所述柱头顶部与圆形杯口之间还设置有安全销。

进一步地，自复位截断柱的下方通过现浇杯口节点与底梁连接，上方通过预制中板节点与叠合连梁连接；预制中板节点的中部设置有预留空间，用于安装与更换预应力筋，预制中板节点内部竖向预留有预应力筋穿过的孔洞；所述预制中板节点侧边设置有节点台阶，其上部和下部均设置有球面凹槽，用于与自复位截断柱两端的半圆形柱头连接；其中，所述预制中板节点上部球面凹槽与上部的自复位截断柱底端通过预应力筋以及耗能阻尼连接在一起，其连接方式同自复位截断柱与杯口型节点连接方式，而预制中板节点下部的球面凹槽则与下部的自复位截断柱顶端通过预应力筋连接在一起。

进一步地，在平行于地下连续墙方向的预制中板节点之间以及预制顶板节点之间均设置有叠合连梁；叠合连梁采用叠合式台阶状构造，下部为叠合梁预制部分，上部为叠合梁现浇部分；叠合梁预制部分搭接在所述节点台阶上，并通过灌浆套筒连接；所述叠合式中板以及叠合式顶板均包括底部的叠合板预制部分以及顶部的叠合板现浇部分；中段叠合连梁的叠合梁预制部分底部两侧伸出，其上方也搭接叠合板预制部分，也采用灌浆套筒现浇连接；叠合式侧墙包括叠合侧墙现浇部分以及叠合侧墙预制部分，叠合侧墙现浇部分置于叠合侧墙预制部分与地下连续墙之间；叠合式顶板上方布设有柔性防水层。

进一步地，所述叠合式中板、叠合式顶板布置于叠合连梁的上方，共布置三跨；中跨的叠合式中板布置在两个预制中板节点之间，左右两跨的叠合式中板布置在预制中板节点与最下一道腰梁之间。中跨的叠合式顶板布置在两个预制顶板节点之间，左右两跨的叠合式顶板布置在预制顶板节点与第一道腰梁之间。

进一步地，所述现浇杯口型底板下方布设有柔性防水层，杯口型节点高于现浇杯口型底板，并与底梁等高；现浇杯口型底板中部且平行于地下连续墙的方向上现浇有两道底梁，底梁通过杯口型节点连接；杯口型节点中心预留有四个预应力筋孔洞，两行两列、均匀分布；所述自复位截断柱嵌入杯口型节点的球面凹槽中，并通过四根预应力筋、四个耗能阻尼器、两个安全销与现浇杯口型底板连接在一起。

进一步地，预制中板节点内部共预留有八个预应力筋孔洞，四个上层预应力筋孔洞以及四个下层预应力筋孔洞，四个上层预应力筋孔洞用于连接标准层结构的自复位截断柱的四根预应力筋，四个下层预应力筋孔洞用于连接来自于底层结构自复位截断柱的四根预应力筋；底层结构自复位截断柱的预应力筋自下而上穿过现浇杯口型底板预留的四个孔洞、自复位截断柱的四个预应力筋孔洞、预制中板节点的四个下层预应力筋孔洞，端部通过高强螺栓固定在预留空间内。

进一步地，所述标准层结构的自复位截断柱布置在预制中板节点与预制顶板节点之间，预制顶板节点预留四个预应力筋孔洞，孔洞位置与自复位截断柱预应力筋孔洞位置相对应；标准层结构的自复位截断柱的四根预应力筋自下而上穿过预制中板节点的四个上层预应力筋孔洞、自复位截断柱预应力筋孔洞、预制顶板节点的四个预留孔洞，通过高强螺栓连接在一起。

一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系的施工方法，所述施工具体步骤如下：

步骤一：叠合式构件与预制构件的加工与制作：

1.1：叠合式中板以及叠合式顶板的加工制作：

根据设计要求，叠合式中板以及叠合式顶板采用规范要求的配筋和混凝土等级，分为预制部分和现浇部分，预留吊装孔洞，方便在地下结构施工中起吊与安装；

1.2：叠合侧墙的加工制作：叠合侧墙的钢筋与混凝土等级根据设计要求确定，叠合侧墙也分为两部分，预制部分和现浇部分，叠合式侧墙采用竖向起吊方式，孔洞的预留应当满足起吊平衡条件；

1.3：自复位截断柱的加工与制作：自复位截断柱采用普通混凝土、高强混凝土或纤维增强混凝土浇筑，以满足其承受高轴压的要求，在自复位截断柱中预留四个孔洞，内部用于布设无黏结的预应力筋；

1.4：叠合连梁的制作：叠合连梁的钢筋与混凝土等级根据设计要求确定，叠合连梁的接头处预留钢筋，梁身采用竖向起吊方式，孔洞的预留应当满足起吊平衡条件；

1.5：预制中板节点和预制顶板节点的加工与制作：预制中板节点和预制顶板节点呈台阶状，预制中板节点内部有预留空间，预留空间不影响节点的整体强度和稳定性，满足设计要求；预制中板节点和预制顶板节点的预留孔洞位置均与自复位截断柱预应力筋孔洞位置相对应，节点的强度及稳定性满足规范的设计要求；

步骤二：在地铁车站指定地点处使用成槽机施作地下连续墙，地下连续墙在冠梁和腰梁位置处要预留主筋对应的锚固孔，地下连续墙应当控制好成槽垂直精度，预埋件精度，变形缝偏差，保证成槽质量，地下连续墙采用排桩式地下防渗墙；

步骤三：地下连续墙施工完毕后，采用分段分层开挖方式开挖土体，开挖进度计划依据地铁车站施工进度计划开展；采用人工和机械的组合方式将土体开挖土体至冠梁标高，在预定位置处吊装预制的冠梁，冠梁通过预留锚固孔与地下连续墙连接；

步骤四：开挖土体至第一道腰梁标高处，采用预制腰梁，采用吊车起吊方式，在预留锚固孔位置安装第一道腰梁；根据车站支护设计计算结果，选用混凝土支撑或钢管混凝土支撑或钢支撑作为内支撑，采用激光仪对内支撑标高进行严格控制，对腰梁和内支撑的连接部位打孔处理，腰梁与第一道内支撑采用现浇、螺栓连接方式；

步骤五：开挖土体至第二道腰梁标高处，采用步骤三至四吊装预制的腰梁，安装腰梁间的第二道内支撑；

步骤六：开挖土体至地下结构底板标高时，在结构底部布置柔性防水层，同时进行防潮、防腐蚀和防渗透处理；

步骤七：在底部的柔性防水层上方浇筑现浇杯口型底板，浇筑杯口型节点且预留杯口，底板杯口面积大于自复位截断柱柱端面积，以保证自复位截断柱柱端在地震过程中能有较大的转动空间；

步骤八：在现浇杯口型底板中部且平行于地下连续墙的方向上现浇两列底梁，底梁与杯口型节点一同浇筑，现浇杯口型节点要先绑扎底梁处的钢筋，再浇筑成型；底梁通过杯口型节点连接，形成完整的受力体系，承受来自现浇杯口型底板的基底反力；当杯口型节点处混凝土强度达到规范要求时，吊装预制的自复位截断柱于杯口型节点中，在自复位截断柱上方布置预制中板节点；从现浇杯口型底板预留的四个孔洞抽拉预应力筋，自下而上穿过自复位截断柱与预制中板节点的下层预应力筋孔洞，用高强螺栓在现浇杯口型底板和上方预制中板节点锚固预应力筋；在杯口型节点安装耗能阻尼，加装自复位截断柱与现浇杯口型底板之间的安全销；

步骤九：在现浇杯口型底板两侧上方布置叠合式侧墙，叠合式侧墙的叠合侧墙预制部分与地下连续墙之间为叠合侧墙现浇部分，在叠合式侧墙与现浇杯口型底板相交的节点处预埋套筒，搭建节点支架；自复位截断柱上方的预制中板节点在平行于底梁的方向上搭接叠合连梁，叠合的叠合连梁通过吊装手段放置在预制中板节点的节点台阶上，预制中板节点与叠合连梁连接部位用灌浆套筒连接；叠合连梁的叠合梁预制部分台阶上吊装叠合式中板，叠合式中板的叠合板预制部分和叠合连梁的叠合梁预制部分用灌浆套筒连接；叠合式中板共布置三跨，中跨的叠合式中板与两个预制中板节点相连接，连接方式采用灌浆套筒连接；左右两跨上的叠合式中板分别与一个预制中板节点和一侧叠合式侧墙连接，左右两跨叠合式中板与预制中板节点处采用灌浆套筒连接，与叠合式侧墙连接部位绑扎钢筋，预埋套筒，搭建节点支架；整体浇筑叠合式侧墙的叠合侧墙现浇部分、叠合式侧墙与现浇杯口型底板的节点、预制中板节点与叠合连梁的连接部位、叠合连梁与叠合式中板的连接部位、叠合式中板与叠合连梁的现浇部分，使其形成刚度较大、抗震性能较好的整体底层结构；

步骤十：在叠合式侧墙、叠合式中板、预制中板节点的连接部位的混凝土强度达到标准时，拆除与第二道腰梁相连的内支撑；

步骤十一：将第二层自复位截断柱放置于预制的预制中板节点的上部杯口中，在自复位截断柱上方布置预制顶板节点；搭接自复位截断柱的预应力筋，自下而上穿过预制中板节点的四个上层预应力筋孔洞、自复位截断柱的四个预应力筋孔洞、预制顶板节点的四个预留孔洞，用高强螺栓将预应力筋端头锚固在预制中板节点和预制顶板节点上；在预制顶板节点的四个角点处安装耗能阻尼；

步骤十二：在左右两跨的叠合式中板上方布置叠合式侧墙，在叠合式侧墙与叠合式中板相交的节点处预埋套筒，搭建节点支架；自复位截断柱上方的预制顶板节点在平行于地下连续墙的方向上搭接叠合连梁，叠合的叠合连梁通过吊装手段放置在预制顶板节点的台阶上，预制顶板节点与叠合连梁连接部位用灌浆套筒连接；叠合连梁的叠合梁预制部分台阶上吊装叠合式顶板，叠合式顶板的叠合板预制部分和叠合连梁的叠合梁预制部分用灌浆套筒连接；叠合式顶板共布置三跨，中跨的叠合式顶板与两个预制顶板节点相连接，连接方式采用灌浆套筒连接；左右两跨的叠合式顶板分别与一个预制顶板节点和一侧的叠合式侧墙连接，左右两跨叠合式顶板与预制顶板节点处采用灌浆套筒连接，与叠合式侧墙连接部位绑扎钢筋，预埋套筒，搭建节点支架；整体浇筑叠合式侧墙的叠合侧墙现浇部分、预制顶板节点、预制顶板节点与叠合连梁的连接部位、叠合连梁与叠合式顶板的连接部位、叠合式顶板与叠合连梁的叠合板现浇部分，使其形成完整的标准层结构或顶部结构；

步骤十三：在叠合侧墙现浇部分、叠合板现浇部分、叠合板现浇部分及预制顶板节点连接部位的混凝土强度达到标准时，拆除与第一道腰梁相连的内支撑；

步骤十四：布置顶板柔性防水层，回填叠合式顶板上方土体。

与现有技术相比，本发明具有如下效益：

1.本结构体系简明，采用了叠合式构件和预制构件，包括叠合式侧墙、叠合式中板、叠合式顶板、叠合叠合连梁、预制中板节点、预制顶板节点、腰梁和冠梁等，符合装配式设计理念。

2.本抗震体系浇筑工序简化，吊装自复位截断柱完成后，搭接预制节点，吊装叠合结构，只需整体浇筑一次就能将侧墙、板、梁及节点连接部位浇筑完毕，极大缩短了施工周期，节约了施工中模板及钢材的用量，减少了施工占地面积，复合抗震韧性的经济性。同时叠合式中板、叠合式顶板，叠合叠合连梁、叠合式侧墙，节点连接部位整体现浇的施作方式，在结构上提高了整体刚度，提升了整体抗震性能。

3.本发明中节点与叠合连梁的连接方式采用现浇方式，克服了地下结构在采用预制构件时，面临节点受力较差的问题。外墙使用防渗排桩式地下连续墙，顶板和底板均采用柔性防水层，整体防水能力良好。

4.中柱采用新型自复位截断柱。自复位截断柱包含两个重要组成部分：预应力筋和耗能阻尼。预应力筋能提供柱的自复位能力：在面对地震荷载时，无黏结预应力筋、柱的自重和上覆土体的压力能产生恢复力矩，抵消水平地震力产生的倾覆力矩。耗能阻尼器可采用金属屈服阻尼/摩擦阻尼/磁流变液阻尼，耗能阻尼能参与竖向承载，依靠柱的小弯曲变形产生耗能，当地震导致地下结构的水平向变形大于临界值时，柱绕底部旋转并部分抬升，耗能阻尼通过变形耗能，减少了柱的塑性损伤。地震结束后，预应力筋将柱牵拉回原来的位置，能快速恢复其功能。因此采用自复位截断柱能提高地下结构的抗震性能，符合地下结构韧性抗震理念。

附图说明

图1为地下结构抗震体系示意图；

图2-图7为基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系施工方法具体步骤；

图8为柱-底板节点示意图；

图9为叠合梁预制部分与节点台阶搭接俯视图；

图10为叠合梁预制部分、叠合板预制部分与节点台阶搭接俯视图；

图11为图10的A-A剖面图；

图12为图10的B-B剖面图；

图13为图10的C-C剖面图；

图14为图10的D-D剖面图；

图15为叠合式中板及顶板示意图；

图16为地下结构中层断面俯视图。

具体实施方式

为了使本发明的工作原理更加清晰明了，结合图片来描述本发明，但是本发明并不限于这一种实施例。

如图1，8-16所示，本发明实施例的一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系，叠合式地下结构抗震体系为由四周的地下连续墙3、底部的现浇杯口型底板8围合而成的两层结构，地下连续墙3由上至下依次设置有冠梁6以及两道腰梁4、5。两道腰梁4、5之间限定出标准层结构。最下一道腰梁5与现浇杯口型底板8之间限定出底层结构。底层结构由叠合式侧墙10、自复位截断柱9、现浇杯口型底板8上的杯口型节点27、预制中板节点12、叠合连梁26以及叠合式中板11、13构成。自复位截断柱9、14设置在杯口型节点27、预制中板节点12之间，预制中板节点12之间设置有叠合式中板11、13、叠合连梁26。预制中板节点12的中部设置有预留空间31，用于安装与更换自复位截断柱9、14内伸出的预应力筋22。标准层结构由叠合式侧墙15、自复位截断柱14、预制顶板节点17、叠合连梁26以及叠合式顶板16、18构成。自复位截断柱14设置在预制顶板节点17以及底层结构的预制中板节点12之间，预制顶板节点17之间设置有叠合式顶板16、18、叠合连梁26。叠合式顶板16、18上方至冠梁6之间设置有回填土体。

具体的，底层结构中，现浇杯口型底板8两侧地下连续墙3上设置有叠合侧墙10，现浇杯口型底板8中部设有杯口型节点27。现浇杯口型底板8中部设置有底梁，底梁设置在平行于地下连续墙3的杯口型节点27之间。杯口型节点27上方设置有自复位截断柱9，二者之间通过预应力筋22以及耗能阻尼20连接在一起。现浇杯口节点27外边框呈方形，内部为圆形杯口，圆形杯口下凹呈球面凹槽，圆形杯口与外框之间存在一个“回”型区域，“回”型区域的四个脚点处预留有耗能阻尼20的孔洞，在圆形杯口内布置有用于预应力筋22穿过的孔洞。自复位截断柱9底部内凹并突出设置有半圆形柱头，柱头与球面凹槽相对设置，预应力筋22穿过柱头内的预应力筋孔洞与现浇杯口型底板8连接，耗能阻尼20设置在第一层自复位截断柱9底部内凹于“回”型区域的四个脚点之间，且柱头顶部与圆形杯口之间还设置有安全销23。自复位截断柱9的下方通过现浇杯口节点27与底梁连接，上方通过预制中板节点12与叠合连梁26连接。预制中板节点12的中部设置有预留空间31，用于安装与更换预应力筋22，预制中板节点12内部竖向预留有预应力筋穿过的孔洞。预制中板节点12侧边设置有节点台阶35，其上部和下部均设置有球面凹槽，用于与自复位截断柱两端的半圆形柱头连接。其中，预制中板节点12上部球面凹槽与上部的自复位截断柱14底端通过预应力筋22以及耗能阻尼20连接在一起，其连接方式同自复位截断柱9与杯口型节点27连接方式，而预制中板节点12下部的球面凹槽则与下部的自复位截断柱14顶端通过预应力筋22连接在一起。在平行于地下连续墙3方向的预制中板节点12之间以及预制顶板节点17之间均设置有叠合连梁26。叠合连梁26采用叠合式台阶状构造，下部为叠合梁预制部分36，上部为叠合梁现浇部分37。叠合梁预制部分36搭接在节点台阶35上，并通过灌浆套筒34连接。叠合式中板11、13以及叠合式顶板16、18均包括底部的叠合板预制部分30以及顶部的叠合板现浇部分28。中段叠合连梁的叠合梁预制部分36底部两侧伸出，其上方也搭接叠合板预制部分30，也采用灌浆套筒34现浇连接。叠合式侧墙10、15包括叠合侧墙现浇部分24以及叠合侧墙预制部分25，叠合侧墙现浇部分24置于叠合侧墙预制部分25与地下连续墙3之间。叠合式顶板16、18上方布设有柔性防水层19。叠合式中板11、13以及叠合式顶板16、18分别布置于叠合连梁26的上方，共布置三跨。中跨的叠合式中板11布置在两个预制中板节点12之间，左右两跨的叠合式中板13布置在预制中板节点12与最下一道腰梁5之间。中跨的叠合式顶板16、18布置在两个预制顶板节点17之间，左右两跨的叠合式顶板16布置在预制顶板节点17与第一道腰梁4之间。

具体的，本实施例中，现浇杯口型底板8下方布设有柔性防水层7，杯口型节点27高于现浇杯口型底板8，并与底梁等高。现浇杯口型底板8中部且平行于地下连续墙3的方向上现浇有两道底梁，底梁通过杯口型节点27连接。杯口型节点27中心预留有四个预应力筋孔洞，两行两列、均匀分布。自复位截断柱9嵌入杯口型节点27的球面凹槽中，并通过四根预应力筋22、四个耗能阻尼器20、两个安全销23与现浇杯口型底板8连接在一起。

如图11-14所示，预制中板节点12内部共预留有八个预应力筋22孔洞，四个上层预应力筋孔洞32以及四个下层预应力筋孔洞33，四个上层预应力筋孔洞32用于连接标准层结构的自复位截断柱14的四根预应力筋22，四个下层预应力筋孔洞33用于连接来自于底层结构自复位截断柱9的四根预应力筋22。底层结构自复位截断柱9的预应力筋22自下而上穿过现浇杯口型底板8预留的四个孔洞、自复位截断柱9的四个预应力筋孔洞、预制中板节点12的四个下层预应力筋孔洞33，端部通过高强螺栓21固定在预留空间31内。标准层结构的自复位截断柱14布置在预制中板节点12与预制顶板节点17之间，预制顶板节点17预留四个预应力筋孔洞，孔洞位置与自复位截断柱14预应力筋孔洞位置相对应。标准层结构的自复位截断柱14的四根预应力筋22自下而上穿过预制中板节点12的四个上层预应力筋孔洞32、自复位截断柱14预应力筋孔洞、预制顶板节点17的四个预留孔洞，通过高强螺栓21连接在一起。

上述基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系的施工方法，施工具体步骤如下：

步骤一：叠合式构件与预制构件的加工与制作：

1.1：叠合式中板11、13以及叠合式顶板16、18的加工制作：

根据设计要求，叠合式中板11、13以及叠合式顶板16、18采用规范要求的配筋和混凝土等级，分为预制部分和现浇部分，预留吊装孔洞，方便在地下结构施工中起吊与安装。

1.2：叠合侧墙10、15的加工制作：叠合侧墙的钢筋与混凝土等级根据设计要求确定，叠合侧墙也分为两部分，预制部分和现浇部分，叠合式侧墙10、15采用竖向起吊方式，孔洞的预留应当满足起吊平衡条件。

1.3：自复位截断柱9、14的加工与制作：自复位截断柱采用普通混凝土、高强混凝土或纤维增强混凝土浇筑，以满足其承受高轴压的要求，在自复位截断柱中预留四个孔洞，内部用于布设无黏结的预应力筋22。

1.4：叠合连梁26的制作：叠合连梁26的钢筋与混凝土等级根据设计要求确定，叠合连梁26的接头处预留钢筋29，梁身采用竖向起吊方式，孔洞的预留应当满足起吊平衡条件。

1.5：预制中板节点12和预制顶板节点17的加工与制作：预制中板节点12和预制顶板节点17呈台阶状，预制中板节点12内部有预留空间31，预留空间31不影响节点的整体强度和稳定性，满足设计要求。预制中板节点12和预制顶板节点17的预留孔洞位置均与自复位截断柱预应力筋孔洞位置相对应，节点的强度及稳定性满足规范的设计要求。

步骤二：在地铁车站指定地点处使用成槽机施作地下连续墙3，地下连续墙在冠梁6和腰梁4、5位置处要预留主筋对应的锚固孔，地下连续墙应当控制好成槽垂直精度，预埋件精度，变形缝偏差，保证成槽质量，地下连续墙3采用排桩式地下防渗墙。

步骤三：地下连续墙3施工完毕后，采用分段分层开挖方式开挖土体，开挖进度计划依据地铁车站施工进度计划开展。采用人工和机械的组合方式将土体开挖土体至冠梁6标高，在预定位置处吊装预制的冠梁6，冠梁6通过预留锚固孔与地下连续墙3连接。

步骤四：开挖土体至第一道腰梁4标高处，采用预制腰梁，采用吊车起吊方式，在预留锚固孔位置安装第一道腰梁4。根据车站支护设计计算结果，选用混凝土支撑或钢管混凝土支撑或钢支撑作为内支撑1，采用激光仪对内支撑标高进行严格控制，对腰梁4和内支撑1的连接部位打孔处理，腰梁4与第一道内支撑1采用现浇、螺栓连接方式。

步骤五：开挖土体至第二道腰梁5标高处，采用步骤三至四吊装预制的腰梁5，安装腰梁5间的第二道内支撑2。如图2所示。

步骤六：开挖土体至地下结构底板标高时，在结构底部布置柔性防水层7，同时进行防潮、防腐蚀和防渗透处理。

步骤七：在底部的柔性防水层7上方浇筑现浇杯口型底板8，浇筑杯口型节点27且预留杯口，底板杯口面积大于自复位截断柱柱端面积，以保证自复位截断柱柱端在地震过程中能有较大的转动空间。

步骤八：如图3所示，在现浇杯口型底板8中部且平行于地下连续墙3的方向上现浇两列底梁，底梁与杯口型节点27一同浇筑，现浇杯口型节点27要先绑扎底梁处的钢筋29，再浇筑成型。底梁通过杯口型节点27连接，形成完整的受力体系，承受来自现浇杯口型底板8的基底反力。当杯口型节点27处混凝土强度达到规范要求时，吊装预制的自复位截断柱9于杯口型节点27中，在自复位截断柱9上方布置预制中板节点12。从现浇杯口型底板8预留的四个孔洞抽拉预应力筋22，自下而上穿过自复位截断柱9与预制中板节点12的下层预应力筋孔洞33，用高强螺栓21在现浇杯口型底板8和上方预制中板节点12锚固预应力筋22。在杯口型节点27安装耗能阻尼20，加装自复位截断柱9与现浇杯口型底板8之间的安全销23。

步骤九：如图4所示，在现浇杯口型底板8两侧上方布置叠合式侧墙10，叠合式侧墙10的叠合侧墙预制部分25与地下连续墙3之间为叠合侧墙现浇部分24，在叠合式侧墙10与现浇杯口型底板8相交的节点处预埋套筒34，搭建节点支架。自复位截断柱9上方的预制中板节点12在平行于底梁的方向上搭接叠合连梁26，叠合的叠合连梁26通过吊装手段放置在预制中板节点12的节点台阶35上，预制中板节点12与叠合连梁26连接部位用灌浆套筒34连接。叠合连梁26的叠合梁预制部分36台阶上吊装叠合式中板11、13，叠合式中板11、13的叠合板预制部分30和叠合连梁的叠合梁预制部分36用灌浆套筒34连接。叠合式中板11、13共布置三跨，中跨的叠合式中板13与两个预制中板节点12相连接，连接方式采用灌浆套筒34连接。左右两跨上的叠合式中板11分别与一个预制中板节点12和一侧叠合式侧墙10连接，左右两跨叠合式中板11与预制中板节点12处采用灌浆套筒34连接，与叠合式侧墙10连接部位绑扎钢筋29，预埋套筒34，搭建节点支架。整体浇筑叠合式侧墙10的叠合侧墙现浇部分24、叠合式侧墙10与现浇杯口型底板8的节点、预制中板节点12与叠合连梁26的连接部位、叠合连梁26与叠合式中板11、13的连接部位、叠合式中板11、13与叠合连梁26的现浇部分，使其形成刚度较大、抗震性能较好的整体底层结构。

步骤十：在叠合式侧墙10、叠合式中板11、13、预制中板节点12的连接部位的混凝土强度达到标准时，拆除与第二道腰梁5相连的内支撑2。

步骤十一：如图5所示，将第二层自复位截断柱9放置于预制的预制中板节点12的上部杯口中，在自复位截断柱9上方布置预制顶板节点17。搭接自复位截断柱9的预应力筋22，自下而上穿过预制中板节点12的四个上层预应力筋孔洞32、自复位截断柱9的四个预应力筋孔洞、预制顶板节点17的四个预留孔洞，用高强螺栓21将预应力筋22端头锚固在预制中板节点12和预制顶板节点17上。在预制顶板节点17的四个角点处安装耗能阻尼20。

步骤十二：如图6所示，在左右两跨的叠合式中板11、13上方布置叠合式侧墙15，在叠合式侧墙15与叠合式中板11相交的节点处预埋套筒，搭建节点支架。自复位截断柱14上方的预制顶板节点17在平行于地下连续墙3的方向上搭接叠合连梁26，叠合的叠合连梁26通过吊装手段放置在预制顶板节点17的台阶上，预制顶板节点17与叠合连梁26连接部位用灌浆套筒34连接。叠合连梁26的叠合梁预制部分36台阶上吊装叠合式顶板16、18，叠合式顶板16、18的叠合板预制部分30和叠合连梁26的叠合梁预制部分36用灌浆套筒34连接。叠合式顶板16、18共布置三跨，中跨的叠合式顶板18与两个预制顶板节点17相连接，连接方式采用灌浆套筒34连接。左右两跨的叠合式顶板16分别与一个预制顶板节点17和一侧的叠合式侧墙15连接，左右两跨叠合式顶板16与预制顶板节点17处采用灌浆套筒34连接，与叠合式侧墙15连接部位绑扎钢筋29，预埋套筒34，搭建节点支架。整体浇筑叠合式侧墙15的叠合侧墙现浇部分24、预制顶板节点17、预制顶板节点17与叠合连梁26的连接部位、叠合连梁26与叠合式顶板16、18的连接部位、叠合式顶板16、18与叠合连梁26的叠合板现浇部分28，使其形成完整的标准层结构或顶部结构。同时，上述标准层结构也可以为多个，不限于一个。

步骤十三：在叠合侧墙现浇部分24、叠合板现浇部分28、叠合板现浇部分28及预制顶板节点17连接部位的混凝土强度达到标准时，拆除与第一道腰梁4相连的内支撑1。

步骤十四：如图7所示，布置顶板柔性防水层19，回填叠合式顶板16、18上方土体。

以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系，所述叠合式地下结构抗震体系为由四周的地下连续墙、底部的现浇杯口型底板围合而成的两层结构，其特征在于：所述地下连续墙由上至下依次设置有冠梁以及两道腰梁；两道腰梁之间限定出标准层结构；最下一道腰梁与现浇杯口型底板之间限定出底层结构；

所述底层结构由叠合式侧墙、自复位截断柱、现浇杯口型底板上的杯口型节点、预制中板节点、叠合连梁以及叠合式中板构成；自复位截断柱设置在杯口型节点、预制中板节点之间，预制中板节点之间设置有叠合式中板、叠合连梁；预制中板节点的中部设置有预留空间，用于安装与更换自复位截断柱内伸出的预应力筋；

所述标准层结构由叠合式侧墙、自复位截断柱、预制顶板节点、叠合连梁以及叠合式顶板构成；自复位截断柱设置在预制顶板节点以及底层结构的预制中板节点之间，预制顶板节点之间设置有叠合式顶板、叠合连梁；

叠合式顶板上方至冠梁之间设置有回填土体。

2.根据权利要求1所述的一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系，其特征在于：底层结构中，所述现浇杯口型底板两侧地下连续墙上设置有叠合侧墙，现浇杯口型底板中部设有杯口型节点；现浇杯口型底板中部设置有底梁，底梁设置在平行于地下连续墙的杯口型节点之间；杯口型节点上方设置有自复位截断柱，二者之间通过预应力筋以及耗能阻尼连接在一起。

3.根据权利要求2所述的一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系，其特征在于：所述现浇杯口节点外边框呈方形，内部为圆形杯口，圆形杯口下凹呈球面凹槽，圆形杯口与外框之间存在一个“回”型区域，“回”型区域的四个脚点处预留有耗能阻尼的孔洞，在圆形杯口内布置有用于预应力筋穿过的孔洞；所述自复位截断柱底部内凹并突出设置有半圆形柱头，柱头与球面凹槽相对设置，预应力筋穿过柱头内的预应力筋孔洞与现浇杯口型底板连接，耗能阻尼设置在第一层自复位截断柱底部内凹于“回”型区域的四个脚点之间，且所述柱头顶部与圆形杯口之间还设置有安全销。

4.根据权利要求3所述的一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系，其特征在于：自复位截断柱的下方通过现浇杯口节点与底梁连接，上方通过预制中板节点与叠合连梁连接；预制中板节点的中部设置有预留空间，用于安装与更换预应力筋，预制中板节点内部竖向预留有预应力筋穿过的孔洞；所述预制中板节点侧边设置有节点台阶，其上部和下部均设置有球面凹槽，用于与自复位截断柱两端的半圆形柱头连接；其中，所述预制中板节点上部球面凹槽与上部的自复位截断柱底端通过预应力筋以及耗能阻尼连接在一起，其连接方式同自复位截断柱与杯口型节点连接方式，而预制中板节点下部的球面凹槽则与下部的自复位截断柱顶端通过预应力筋连接在一起。

5.根据权利要求4所述的一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系，其特征在于：在平行于地下连续墙方向的预制中板节点之间以及预制顶板节点之间均设置有叠合连梁；叠合连梁采用叠合式台阶状构造，下部为叠合梁预制部分，上部为叠合梁现浇部分；叠合梁预制部分搭接在所述节点台阶上，并通过灌浆套筒连接；所述叠合式中板以及叠合式顶板均包括底部的叠合板预制部分以及顶部的叠合板现浇部分；中段叠合连梁的叠合梁预制部分底部两侧伸出，其上方也搭接叠合板预制部分，也采用灌浆套筒现浇连接；叠合式侧墙包括叠合侧墙现浇部分以及叠合侧墙预制部分，叠合侧墙现浇部分置于叠合侧墙预制部分与地下连续墙之间；叠合式顶板上方布设有柔性防水层。

6.根据权利要求5所述的一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系，其特征在于：所述叠合式中板、叠合式顶板布置于叠合连梁的上方，共布置三跨，中跨的叠合式中板布置在两个预制中板节点之间，左右两跨的叠合式中板布置在预制中板节点与最下一道腰梁之间；中跨的叠合式顶板布置在两个预制顶板节点之间，左右两跨的叠合式顶板布置在预制顶板节点与第一道腰梁之间。

7.根据权利要求6所述的一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系，其特征在于：所述现浇杯口型底板下方布设有柔性防水层，杯口型节点高于现浇杯口型底板，并与底梁等高；现浇杯口型底板中部且平行于地下连续墙的方向上现浇有两道底梁，底梁通过杯口型节点连接；杯口型节点中心预留有四个预应力筋孔洞，两行两列、均匀分布；所述自复位截断柱嵌入杯口型节点的球面凹槽中，并通过四根预应力筋、四个耗能阻尼器、两个安全销与现浇杯口型底板连接在一起。

8.根据权利要求7所述的一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系，其特征在于：预制中板节点内部共预留有八个预应力筋孔洞，四个上层预应力筋孔洞以及四个下层预应力筋孔洞，四个上层预应力筋孔洞用于连接标准层结构的自复位截断柱的四根预应力筋，四个下层预应力筋孔洞用于连接来自于底层结构自复位截断柱的四根预应力筋；底层结构自复位截断柱的预应力筋自下而上穿过现浇杯口型底板预留的四个孔洞、自复位截断柱的四个预应力筋孔洞、预制中板节点的四个下层预应力筋孔洞，端部通过高强螺栓固定在预留空间内。

9.根据权利要求8所述的一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系，其特征在于：所述标准层结构的自复位截断柱布置在预制中板节点与预制顶板节点之间，预制顶板节点预留四个预应力筋孔洞，孔洞位置与自复位截断柱预应力筋孔洞位置相对应；标准层结构的自复位截断柱的四根预应力筋自下而上穿过预制中板节点的四个上层预应力筋孔洞、自复位截断柱预应力筋孔洞、预制顶板节点的四个预留孔洞，通过高强螺栓连接在一起。

10.一种根据权利要求9所述的一种基于自复位截断柱的叠合式地下结构抗震体系的施工方法，其特征在于，所述施工具体步骤如下：

步骤一：叠合式构件与预制构件的加工与制作：

1.1：叠合式中板以及叠合式顶板的加工制作：

根据设计要求，叠合式中板以及叠合式顶板采用规范要求的配筋和混凝土等级，分为预制部分和现浇部分，预留吊装孔洞，方便在地下结构施工中起吊与安装；

1.2：叠合侧墙的加工制作：叠合侧墙的钢筋与混凝土等级根据设计要求确定，叠合侧墙也分为两部分，预制部分和现浇部分，叠合式侧墙采用竖向起吊方式，孔洞的预留应当满足起吊平衡条件；

1.3：自复位截断柱的加工与制作：自复位截断柱采用普通混凝土、高强混凝土或纤维增强混凝土浇筑，以满足其承受高轴压的要求，在自复位截断柱中预留四个孔洞，内部用于布设无黏结的预应力筋；

1.4：叠合连梁的制作：叠合连梁的钢筋与混凝土等级根据设计要求确定，叠合连梁的接头处预留钢筋，梁身采用竖向起吊方式，孔洞的预留应当满足起吊平衡条件；

1.5：预制中板节点和预制顶板节点的加工与制作：预制中板节点和预制顶板节点呈台阶状，预制中板节点内部有预留空间，预留空间不影响节点的整体强度和稳定性，满足设计要求；预制中板节点和预制顶板节点的预留孔洞位置均与自复位截断柱预应力筋孔洞位置相对应，节点的强度及稳定性满足规范的设计要求；

步骤二：在地铁车站指定地点处使用成槽机施作地下连续墙，地下连续墙在冠梁和腰梁位置处要预留主筋对应的锚固孔，地下连续墙应当控制好成槽垂直精度，预埋件精度，变形缝偏差，保证成槽质量，地下连续墙采用排桩式地下防渗墙；

步骤三：地下连续墙施工完毕后，采用分段分层开挖方式开挖土体，开挖进度计划依据地铁车站施工进度计划开展；采用人工和机械的组合方式将土体开挖土体至冠梁标高，在预定位置处吊装预制的冠梁，冠梁通过预留锚固孔与地下连续墙连接；

步骤四：开挖土体至第一道腰梁标高处，采用预制腰梁，采用吊车起吊方式，在预留锚固孔位置安装第一道腰梁；根据车站支护设计计算结果，选用混凝土支撑或钢管混凝土支撑或钢支撑作为内支撑，采用激光仪对内支撑标高进行严格控制，对腰梁和内支撑的连接部位打孔处理，腰梁与第一道内支撑采用现浇、螺栓连接方式；

步骤五：开挖土体至第二道腰梁标高处，采用步骤三至四吊装预制的腰梁，安装腰梁间的第二道内支撑；

步骤六：开挖土体至地下结构底板标高时，在结构底部布置柔性防水层，同时进行防潮、防腐蚀和防渗透处理；

步骤七：在底部的柔性防水层上方浇筑现浇杯口型底板，浇筑杯口型节点且预留杯口，底板杯口面积大于自复位截断柱柱端面积，以保证自复位截断柱柱端在地震过程中能有较大的转动空间；

步骤八：在现浇杯口型底板中部且平行于地下连续墙的方向上现浇两列底梁，底梁与杯口型节点一同浇筑，现浇杯口型节点要先绑扎底梁处的钢筋，再浇筑成型；底梁通过杯口型节点连接，形成完整的受力体系，承受来自现浇杯口型底板的基底反力；当杯口型节点处混凝土强度达到规范要求时，吊装预制的自复位截断柱于杯口型节点中，在自复位截断柱上方布置预制中板节点；从现浇杯口型底板预留的四个孔洞抽拉预应力筋，自下而上穿过自复位截断柱与预制中板节点的下层预应力筋孔洞，用高强螺栓在现浇杯口型底板和上方预制中板节点锚固预应力筋；在杯口型节点安装耗能阻尼，加装自复位截断柱与现浇杯口型底板之间的安全销；

步骤九：在现浇杯口型底板两侧上方布置叠合式侧墙，叠合式侧墙的叠合侧墙预制部分与地下连续墙之间为叠合侧墙现浇部分，在叠合式侧墙与现浇杯口型底板相交的节点处预埋套筒，搭建节点支架；自复位截断柱上方的预制中板节点在平行于底梁的方向上搭接叠合连梁，叠合的叠合连梁通过吊装手段放置在预制中板节点的节点台阶上，预制中板节点与叠合连梁连接部位用灌浆套筒连接；叠合连梁的叠合梁预制部分台阶上吊装叠合式中板，叠合式中板的叠合板预制部分和叠合连梁的叠合梁预制部分用灌浆套筒连接；叠合式中板共布置三跨，中跨的叠合式中板与两个预制中板节点相连接，连接方式采用灌浆套筒连接；左右两跨上的叠合式中板分别与一个预制中板节点和一侧叠合式侧墙连接，左右两跨叠合式中板与预制中板节点处采用灌浆套筒连接，与叠合式侧墙连接部位绑扎钢筋，预埋套筒，搭建节点支架；整体浇筑叠合式侧墙的叠合侧墙现浇部分、叠合式侧墙与现浇杯口型底板的节点、预制中板节点与叠合连梁的连接部位、叠合连梁与叠合式中板的连接部位、叠合式中板与叠合连梁的现浇部分，使其形成刚度较大、抗震性能较好的整体底层结构；

步骤十：在叠合式侧墙、叠合式中板、预制中板节点的连接部位的混凝土强度达到标准时，拆除与第二道腰梁相连的内支撑；

步骤十一：将第二层自复位截断柱放置于预制的预制中板节点的上部杯口中，在自复位截断柱上方布置预制顶板节点；搭接自复位截断柱的预应力筋，自下而上穿过预制中板节点的四个上层预应力筋孔洞、自复位截断柱的四个预应力筋孔洞、预制顶板节点的四个预留孔洞，用高强螺栓将预应力筋端头锚固在预制中板节点和预制顶板节点上；在预制顶板节点的四个角点处安装耗能阻尼；

步骤十二：在左右两跨的叠合式中板上方布置叠合式侧墙，在叠合式侧墙与叠合式中板相交的节点处预埋套筒，搭建节点支架；自复位截断柱上方的预制顶板节点在平行于地下连续墙的方向上搭接叠合连梁，叠合的叠合连梁通过吊装手段放置在预制顶板节点的台阶上，预制顶板节点与叠合连梁连接部位用灌浆套筒连接；叠合连梁的叠合梁预制部分台阶上吊装叠合式顶板，叠合式顶板的叠合板预制部分和叠合连梁的叠合梁预制部分用灌浆套筒连接；叠合式顶板共布置三跨，中跨的叠合式顶板与两个预制顶板节点相连接，连接方式采用灌浆套筒连接；左右两跨的叠合式顶板分别与一个预制顶板节点和一侧的叠合式侧墙连接，左右两跨叠合式顶板与预制顶板节点处采用灌浆套筒连接，与叠合式侧墙连接部位绑扎钢筋，预埋套筒，搭建节点支架；整体浇筑叠合式侧墙的叠合侧墙现浇部分、预制顶板节点、预制顶板节点与叠合连梁的连接部位、叠合连梁与叠合式顶板的连接部位、叠合式顶板与叠合连梁的叠合板现浇部分，使其形成完整的标准层结构或顶部结构；

步骤十三：在叠合侧墙现浇部分、叠合板现浇部分、叠合板现浇部分及预制顶板节点连接部位的混凝土强度达到标准时，拆除与第一道腰梁相连的内支撑；

步骤十四：布置顶板柔性防水层，回填叠合式顶板上方土体。

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