地铁车站抗浮设计

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 文章编号 :100926825 (2010) 0820122202 地铁车站的抗浮设计 收稿日期 :2009211229 作者简介 :张景花 (19742 ) ,女 , 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师 ,中铁第一勘察设计院集团有限公司城建院 ,陕西 西安　710043 张 景 花 摘 　要 :通过分析地铁车站抗浮设计的原因 ,提出抗浮设计 ,系统地介绍了地铁车站的几种抗浮措施 ,并举例说明了抗浮 设计方法在实际工程中的具体应用 ,以便地铁设计工作者对地铁抗浮设计有比较系统的了解、认识。 关键词 :地铁车站 ,抗浮设计 ,配重法 ,抗浮梁 ,抗拔桩 中图分类号 :U231. 4 文献标识码 :A 　　近年来 ,随着城市地下轨道交通建设规模的不断扩大 ,大部 分地铁车站均以浅埋、明挖施工居多 ,而很多城市的地下水位又 较高 ,水位也不是稳定不变 ,且地铁设计均是百年工程 ,这使得地 铁车站的抗浮设计在地铁设计中占有重要的地位。 1 　抗浮设计的原因及处理方法 地铁车站上浮的原因是结构重量及车站侧壁摩擦力之和小 于水浮力所引起的。当车站自身重量 (包括顶板覆土重) 不能抵 抗地下水浮力时 ,地下车站将产生上浮 ,导致结构变形破坏 ,使地 下车站不能发挥正常功效 ,由此产生抗浮设计。 抗浮设计包括整体抗浮验算及局部抗浮验算 ,通过整体抗浮 验算可保证地下车站不会整体上浮 ,但不能保证底板不开裂变形 等现象。局部抗浮验算可保证底板局部不开裂变形等现象。 2 　抗浮措施 2. 1 　施工阶段抗浮措施 地下车站施工阶段抗浮措施一般采用基坑外或基坑内降水 , 使地下水位保持在开挖面下 1 m ,直至结构施工完毕 ,顶板覆土完 成后才停止降水。 2. 2 　使用阶段抗浮措施 2. 2. 1 　配重法 这是一种常规的抗浮措施 ,对于地下车站 ,配重法的优点 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现如下 :1) 可以在其顶板上加厚覆土 ;2) 可将车站底板延伸 ,利用 外伸的覆土增加压重 ;3) 增加底板厚度。地铁车站中 ,由于大部 分均设在道路下方 ,增加覆土厚度一般不可行 ,而将车站底板延 伸会使车站围护结构范围变大 ,围护结构与主体之间要回填压 实 ,由于地铁车站基坑较深 ,施工较困难且填土一般达不到设计 要求 ,对车站主体不利 ,且延伸部分使水浮力的受力面积增大 ,相 应部分压载的作用部分被抵消 ;底板加厚会使基坑埋深加大 ,水 浮力相应增加 ,这样压载的作用会部分被抵消。从经济角度来说 后两种方法也会使车站造价相应提高。但对于地下与地上结合 的地铁车站 ,由于车站基坑较浅 ,可考虑此方法与其他方法结合 达到抗浮的目的。 2. 2. 2 　抗拔桩下拉法 这种方法是利用桩体自重与桩侧摩阻力来提供抗拔力。它 不同于一般的基础桩 ,有其自身的独特性能 ,桩体承受拉力 ,桩体 受力大小随地下水位变化而变化。由于基坑深度较深 ,在地铁车 站设计中多采用机械钻孔灌注桩 ,抗拔桩一般根据浮力大小结合 车站框架柱及底纵梁设计。但由于地下车站抗拔桩与底板相交 处防水很难保证 ,本方法一般在抗浮梁无法施作且必须进行抗浮 设计时采用。 2. 2. 3 　抗浮梁压顶法 此方法是地铁车站设计中比较常用的方法 ,这种方法是利用 地铁车站的围护结构 (钻孔灌注桩或地下连续墙) 在车站顶板上 方沿围护结构设置一圈压顶梁 ,使车站在受水浮力上浮时 ,压顶 梁对车站顶产生向下压力 ,同时利用围护结构的自重及侧摩阻力 共同达到抗浮目的。由于车站的围护结构一般是永久性支护 ,利 用这种方法抗浮就目前来说在地铁抗浮设计中是一种比较经济 实用的方法。一般车站抗浮优先考虑此方法。 2. 2. 4 　抗浮锚桩法 此方法是在民建中近年来大量应用的抗浮技术 ,一般采用高 压注浆工艺 ,使浆液渗透到岩土体的孔隙或裂隙中 ,锚杆侧摩阻 力比抗拔桩大 ,更有利于抗浮 ,且造价低 ,施工方便。但是普通锚 杆受拉后杆体周围的灌浆体开裂 ,使钢筋或钢绞线极易受到地下 水的侵蚀 ,直接影响耐久性 ,抗浮锚杆与底板的结点是防水的薄 弱环节。国内对抗浮锚杆的设计还不够成熟 ,缺乏有关的规范标 准 ,尤其是锚杆的耐久性缺乏可靠的技术控制 ,又由于地铁是百 年工程 ,对耐久性及防水要求更为严格。目前在国内地铁车站的 抗浮设计中缺少设计经验。 3 　地铁车站抗浮设计实例 3. 1 　配重法及抗拔桩的综合应用 3. 1. 1 　工程概况 某工程位于天津市西外环线西侧 ,为地下 1 层站、地上 1 层 的地上地下结合站 ,周边基本为农田 ,地下 1 层总长 180. 2 m ,地 上 1 层为 149. 2 m ,车站宽为 22. 8 m ,地上室内 ±0. 00 相当于天 津市 1972 年大沽高程系 2002 年高程 3. 252 m ,室外地面标高为 Analysis on the questions existed in deep excavation works ZOU Xiao2ming 　YANG Ren2wen Abstract : In view of the importance of deep excavation work questions deserving attention in deep excavation works from design to construc2 tion are introduced. According to the unresolved theoretical problems analysis is made , in order to ensure safe excavation and allowable defor2 mation of foundation pit . Key words : deep excavation work , design , construction , safety ·221· 第 36 卷 第 8 期 2 0 1 0 年 3 月　　　　　　　　　　山 西 建 筑SHANXI 　ARCHITECTURE 　　　　　　　　　　　　　　　　 Vol. 36 No. 8 Mar. 　2010 　　 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net - 0. 45 m。基坑采用放坡开挖 ,深 8. 3 m。由于本工程是地上地 下结合站 ,没覆土重 ,且面积较大 ,没有足够的荷载重量 ,抗浮稳 定不满足要求 ,需要设置抗拔桩 ,又考虑本站基坑较浅且为放坡 开挖。经过分析采用 <800 钻孔灌注桩和结构主体底板外挑 1 m , 共同解决车站抗浮问题。 地下抗浮设防水位为地面下 0. 5 m。 3. 1. 2 　抗浮验算 水浮力 :7. 76 ×(182. 2 ×24. 8) ×10 = 350 640 kN。 抗浮重量 : 地下结构重量 : 覆土重 :20 ×0. 5 ×22. 8 ×31. 6 = 7 204. 8 kN。 顶板自重 :3 236. 8 ×0. 5 ×26 + 0. 7 ×26 ×(321. 8 + 334. 7) = 54 026. 7 kN。 底板自重 : 4 548. 3 ×0. 7 ×26 + 181. 4 ×26 ×(1. 32 ×2 + 2. 08) = 105 040. 5 kN。 侧墙自重 :5. 96 ×(22. 8 ×2 - 10. 1 - 9. 6 + 14. 9 ×2 + 15. 5 × 2) ×0. 6 ×25 + 149. 8 ×0. 6 ×25 ×6. 96 = 23 390. 1 kN。 站台板墙自重 : (6. 7 + 6. 8) ×180. 2 ×0. 2 ×25 + 123. 4 ×4 × 0. 2 ×1. 31 ×25 = 15 396. 6 kN。 纵梁自重 : (1. 2 ×1. 2 + 0. 9 ×1) ×180. 2 ×25 = 10 541. 7 kN。 柱自重 :0. 8 ×1. 0 ×4. 86 ×25 ×19 + 0. 8 ×1. 0 ×3. 86 ×25 × 6 = 2 310 kN。 地上结构重量 : 板重 :3 236. 8 ×0. 14 ×26 + 495. 9 ×0. 14 ×26 = 13 587 kN。 柱重 :0. 5 ×0. 5 ×26 ×5 ×25 ×3 = 2 437. 5 kN。 梁重 :21. 6 ×25 ×0. 3 ×0. 86 ×23 + 21. 6 ×25 ×0. 3 ×0. 36 × 20 + 180. 2 ×25 ×0. 3 ×0. 56 ×4 = 7 398. 1 kN。 合计 :241 333 kN < 350 640 kN ,不满足抗浮要求。 周边悬挑 1 m 土 : (181. 4 ×2 + 5. 3 ×2 + 5. 8 ×2) ×1 ×6. 6 ×10 = 25 410 kN。 底板梁下及侧墙下共布置 242 根 <800 钻孔灌注 13 m 长桩 ; 桩重 :242 ×3. 14 ×0. 4 ×0. 4 ×13 ×25 = 39 513 kN。 桩侧阻力 : 一根桩侧阻力 : Tuk = ∑λiqsik ui li = 3. 14 ×0. 8 ×(0. 7 × 3. 64 ×20 + 0. 7 ×0. 6 ×46 + 0. 7 ×1. 5 ×51 + 0. 7 ×1 ×55 + 0. 5 × 4. 3 ×68 + 0. 7 ×0. 8 ×62 + 0. 7 ×1. 16 ×64) = 992 kN。 242 ×992 = 240 064 kN。 总重 : [ (241 333 + 25 410 + 39 513) ×0. 9 + 240 064]/ 350 640 = 1. 4 > 1. 15 ,满足抗浮要求。 3. 2 　抗浮梁的应用 3. 2. 1 　工程概况 某工程位于哈尔滨市桦树街中段路下 ,本工程为地下 2 层 站 ,周边建筑物较多 ,车站总长 180. 0 m ,车站宽为 19. 2 m ,地面 高程相当于哈尔滨大连高程 119. 280。基坑围护采用 <800 钻孔 灌注桩间距 1. 0 m ,基坑深 15. 3 m。由于本工程距离松花江较 近 ,地下水比较丰富 ,水位较高 ,且面积较大 ,没有足够的荷载重 量 ,抗浮稳定不满足要求 ,需要解决抗浮问题 ,又考虑本站基坑较 深且围护用钻孔灌注桩。采用在顶板处 <800 钻孔灌注桩上设置 800 mm ×800 mm 的抗浮梁解决车站抗浮问题。 3. 2. 2 　地质概况和地下抗浮设防水位 场地地质条件和计算参数见表 1。 表 1 　场地地质条件和计算参数 土层名称 土层厚度 m 天然重度 kN/ m3 c φ 桩侧摩阻 力特征值 qsia/ kPa 抗拔承 载力系 数λ ①1 杂填土 2. 20 18. 0 8 10. 0 A1 粉土黏土 6. 30 18. 6 18. 2 13. 2 19 0. 70 A1T2淤泥质粉质黏土 2. 70 17. 9 20. 8 10. 5 11 0. 60 A3 中砂 3. 80 20 7 32 30 0. 60 A3T1粉质黏土 0. 60 16. 9 17 10 18 0. 70 A3 中砂 3. 90 20 7 32 30 0. 60 ⑨粉质黏土 5 19. 2 18 23 30 0. 70 　　抗浮设防水位为大连高程系 118. 10 m。 3. 2. 3 　抗浮验算 计算取 1 m 宽结构单元 ,取最不利处覆土。 水浮力 :12. 53 ×19. 2 ×10 = 2 405 kN。 抗浮重量 : 覆土重 :20 ×2. 6 ×19. 2 = 998 kN ; 顶中底板自重 : (0. 9 + 0. 4 + 0. 8) ×25 ×17. 8 = 934 kN ; 侧墙自重 : (0. 7 + 0. 7) ×25 ×12. 53 = 438 kN ; 站台板自重 : (0. 2 ×25 + 0. 1 ×20) ×10. 5 = 73 kN ; 纵梁自重 : (1 ×1 + 0. 9 ×0. 6 + 1. 2 ×1. 34) ×25 = 78 kN ; 柱自重 :0. 7 ×1. 1 ×(12. 53 - 0. 8 - 0. 4 - 0. 9) ×2 ×25/ 8 = 50 kN ; 合计 :2 571 kN。 2 571 ×0. 9 = 2 314 kN < 2 405 kN ,不满足抗浮要求。 抗浮梁自重 :0. 8 ×0. 8 ×1 ×25 = 16 kN ; 围护桩重 :0. 502 ×21. 88 ×25 = 274 kN ; 桩侧阻力(以 C172ZX01) :2. 5 ×(0. 75 ×6. 3 ×19 + 0. 75 ×2. 7 × 11 + 0. 6 ×3. 8 ×30 + 0. 75 ×0. 6 ×18 + 0. 6 ×3. 9 ×30 + 0. 75 ×4. 6 ×30) ×1 000 = 905 kN ; 则[ (2 571 + 16 + 274) ×0. 9 + 905 ]/ 2 405 = 1. 45 > 1. 15。 满足抗浮要求。 4 　结语 1) 地铁车站的抗浮设计是普遍存在的问题 ,各地应结合各项 工程的实际情况选择经济适用的抗浮措施。 2)局部抗浮验算应与整体抗浮验算能更好地综合应用。 参考文献 : [1 ] 　叶健宁. 浅谈地铁深基坑施工中的地质风险 [J ] . 山西建筑 , 2008 ,34 (18) :3002301. On anti2floating design for metro station ZHANG Jing2hua Abstract : According to the analysis of reasons for anti2floating design for metro station , the paper points out the anti2floating design , intro2 duces some anti2floating measures for metro stations , indicates the factual application of anti2floating design methods in the projects , so as to make sure the designers of metro station have systemic understanding and recognition on the anti2floating design in metro stations. Key words : metro station , anti2floating design , adding2weight method , anti2floating girder , uplift pile ·321·　　 第 36 卷 第 8 期 2 0 1 0 年 3 月　　　　　　　　　　　　　　　张景花 :地铁车站的抗浮设计