某城市轨道车站地下结构的抗浮分析研究

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[摘要]以某城市轨道工程的详细勘察设计依据，着重分析了地铁车站在高水位和软土并存条件下，主体结构的抗浮稳定性。通过研究该地区的岩土水文条件，选择了合理的抗浮设计，并进一步设计了抗浮桩的极限抗浮承载力。通过与原位试验对比得出其可靠性，为其他相似工程地质条件和水文地质条件下的工程提供了设计参考。

[关键词]抗浮桩 高水位 单桩极限竖向承载力

[中图分类号] U273.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-1-282-2

0引言

近年来，随着社会主义现代化建设的行进，人们对地下空间利用的要求也越来越高，城市地铁的数量也越来越多。地铁穿越城市的地下空间难免会遇到工程地质条件较为恶劣的区域。因此，在结构设计中不可避免地将涉及到地下室的抗浮问题，特别是南方地区雨水较多，地下水位比较高，地下结构的抗浮问题显得尤为重要。本文通过对宁波市轨道交通3号线一期工程KC301标段鄞州大道站的详细勘察和对其场地的天然地基进行了分析与评价。通过这个实例，介绍了地铁车站主体结构设计中需进行的抗浮问题的分析研究。

1工程简介

1.1工程概况

拟建宁波市轨道交通3号线鄞州大道站位于鄞州大道南侧，宁南南路东侧，呈东西方向布置，现状为双向六车道。根据设计提供资料，车站侧墙开洞范围内底板下设置抗拔桩，均为钻孔灌注桩，桩径800mm，有效桩长为坑底以下约30m，按本车站标准段基坑深度约16.71m，端头井处基深度为18.31m，桩长约为地面下47～50m。

1.2场地工程地质条件

1.2.1场区地层、地貌条件

根据本次勘察报告，该地貌类型属于滨海淤积和冲湖积平原，地势开阔较平坦，高程在1.84～4.01m之间。场地上地层分布如下表1所示：

1.2.2场区抗浮问题

场区地下水位埋深浅，勘察期间测得潜水位埋深一般在地面下勘察期间测的各勘探孔潜水位埋深为0.3～3.5m，由于地下工程埋深大，地下水位高，浮力较大，应考虑设抗浮桩。

2抗浮措施选比

当地下结构的自身重量不能抵抗地下水浮力时，地下结构物则会产生上浮，导致结构变形破坏，由此需进行抗浮设计。常用抗浮方法主要包括以下几种。

2.1增加自重法

增加自重法包括顶板压载、基板加载及边墙加载等方法增加地下结构物自身重量，使其自重始终大于地下水对结构物所产生的浮力。这种方法的优点是施工及设计简单，缺点是费用较大。

2.2摩擦抗浮法

土体与地下结构物间存在摩擦力也可以抵抗地下水的浮力。该力的大小依土体的侧压力及各土层的力学性质而定。但是土体侧压力的大小较难确定，所以它的可靠度较低。

2.3抗拔桩加固法

抗拔桩是指抵抗建筑物向上位移的各种桩型的总称。抗拔桩不同于一般的工程抗压桩，它有其自身的独特性能。抗浮桩桩体承受拉力，桩体受力大小随地下水位的变化而变化，二者在受载机理上不同。在实际工程中常用的桩型有预制桩和灌注桩。抗浮桩大多采用人工挖孔灌注桩或机械钻孔灌注桩。

2.4方案比选

拟建车站主体结构基坑埋深较大，车站全长211.7m，标准段基坑宽度19.7m，地下车站地面无构筑物。地铁车站一般靠顶板覆土、结构自重及周边围护结构侧壁摩阻力等来进行抗浮，当上述措施不足以与地下水浮力相抵时，一般考虑设置抗拔桩来进行抗浮。根据1、2号线工程经验，建议鄞州大道站地下2层主体结构基坑采用抗浮桩，桩型宜采用钻孔灌注桩。

3抗浮桩设计分析

抗拔桩是常用的抗浮设计方案，在合适的条件下，抗拔桩一般嵌入坚硬埋藏较浅的基岩中。抗拔桩需要对入岩桩段部分进行灌浆处理。如果上浮土层较厚，桩无法入岩，则只能靠桩侧土的表面摩阻力抗拔。若摩阻力较小，在桩端设置扩大头能较大提高桩的抗拔能力。

3.1抗浮计算方法

3.2抗拔极限承载力计算

根据地基土的岩性特征、埋藏条件及物理力学指标，参照《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）等，并结合本地区的建筑经验，综合确定各土层的预制桩、钻孔灌注桩的极限侧阻力标准值、抗拔系数、沉井井壁与土体间的摩阻力标准值详见表2。

根据表2中推荐的桩基承载力参数，按照式（1）进行单桩竖向承载力估算（未做尺寸效应系数修正），估算结果详见表3。假设钢筋混凝土重度为25kN/m3。

4结论

本文通过对宁波市轨道交通3号线一期工程KC301标段鄞州大道站的抗浮设计分析研究。得出如下观点。

（1）通过对抗浮设计的讨论分析选择了合理的设计参数，并进一步选出造价较为合理的的抗浮设计方案。（2）在计算抗拔极限承载力时采用最新的桩基设计规范，其结果满足该场区的抗浮需求。（3）在计算过程中由于抗浮研究理论的不成熟，通过经验公式的结果与原位载荷试验结果对比分析，虽然其满足要求但是偏安全。

参考文献

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