張加春 謝軍

摘 要：地鐵線路起點或者終點一般為地下一層車站，因其覆土少，通常需要設置大量抗拔樁以滿足車站抗浮要求。本文結合蘇州某地下一層車站實際設計案例，通過不同的樁徑、樁長對比分析其抗拔指標，以此確定最合理的抗拔樁樁徑與樁長，同時，提出采用樁側后注漿技術，提高抗拔樁的單樁承載力，進一步降低抗拔樁造價，為后續(xù)地鐵項目抗拔樁的設計提供參考。

關鍵詞：抗拔樁;單樁承載力;后注漿;抗拔指標

中圖分類號：TU473.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）18-0078-04

Abstract： The starting point or the end point of a subway line is generally an underground station. Because of its less soil cover， a lot of uplift piles are usually required to meet the anti-floating requirements of the station. This paper combined the actual design case of an underground station in Suzhou and passes through different piles diameter and pile length were compared to analyze the uplift index to determine the most reasonable uplift pile diameter and pile length. At the same time， it was proposed to adopt post-pile grouting technology to increase the single pile bearing capacity of the uplift pile and further reduce the cost of uplift piles and provides a reference for the design of uplift piles in subsequent subway projects.

Keywords： uplift pile;single pile bearing capacity;post-grouting;uplift index

地鐵車站按照線路布線情況，可分為高架站、地下一層站、地下兩層站、地下三層站等。其中，地下一層車站站臺層位于地下一層，站廳層位于地面一層，往往設置于線路起點或終點處。

因地下一層車站線路埋深淺，車站頂板覆土較少，甚至無覆土，為了滿足車站整體抗浮要求，往往需要設置大量抗拔樁?？拱螛兜脑O置無疑會增大車站投資，而且考慮到樁機的施工空間要求，樁機只能在地面施工，造成大量空樁的浪費。有研究表明[1]，車站土建工程投資占整個地鐵項目的投資比重最高，約20%。而車站土建投資中，抗拔樁的施工成本占比較大，所以，合理選取抗拔樁的樁徑、樁長等設計參數(shù)尤為重要。本文以蘇州某地下一層車站為例，從經濟性等角度對車站抗拔樁方案進行研究分析。

1 車站設計概況

該站為蘇州某地鐵線路起點站，站臺層位于地下一層，站廳層位于地面一層，出入口與地面廳合設。車站標準段埋深約10.45 m，寬度為19.9 m，標準段橫斷面見圖1。車站基坑采用SMW工法（Soil Mixing Wall，新型水泥土攪拌樁墻）樁圍護體系，明挖法施工。土層自上至下分別為：①-2雜填土層、①-3素填土層、③-1黏土層、③-2粉質黏土層、③-3粉土層、④-2砂質粉土夾粉砂層、⑤-1粉質黏土層、⑥-1黏土層、⑥-2粉質黏土層、⑦-2砂質粉土層、⑦-3粉質黏土層，地質參數(shù)見表1。根據(jù)區(qū)域資料，蘇州歷史最高潛水位為2.63 m（1985國家高程基準），最低潛水位為-0.21 m（1985國家高程基準），年變化幅度一般為1～2 m。本站抗浮設防水位可取設計室外地坪標高（或自然地面標高）下0.50 m或蘇州歷史最高潛水位2.63 m之間的高值。

2 抗拔樁設計優(yōu)化思路

2.1 抗拔樁樁徑、樁長選型

根據(jù)《地鐵設計規(guī)范》（GB 50157—2013）[2]11.6.1中第6條，結構設計應按最不利情況進行抗浮穩(wěn)定性驗算?？垢“踩禂?shù)不計入地層側摩阻力時不應小于1.05。在考慮結構自重的情況下，以車站縱向每米進行抗浮計算，本工程結構自重為1 327 kN/m，水浮力為2 159 kN/m?？垢“踩禂?shù)為1 327/2 159=0.61<1.05，需要設置抗拔樁。

以樁徑700 mm、樁長30 m為例，根據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ 94—2008）[3]5.4.5條公式計算單樁抗拔承載力標準值[NK]。

式中：[NK]為單樁抗拔承載力標準值;[Tuk]為基樁抗拔極限承載力標準值;[ui]為樁身周長;[qsik]為樁側表面第[i]層土的抗壓極限側阻力標準值;[λi]為抗拔系數(shù);[li]為樁周第[i]層土的厚度;[Gp]為基樁自重，地下水位以下取浮重度。

計算得到單樁抗拔承載力標準值為1 448 kN，需要配鋼筋21E25，按照概算單價計算得出單樁造價約6.39萬元，引入“抗拔指標”概念，即每萬元所能提供的單樁抗拔承載力標準值，可得樁徑700 mm、樁長30 m的抗拔指標為227 kN/萬元，其他不同樁徑、不同樁長下抗拔指標見表2。

相同樁徑、不同樁長的抗拔指標趨勢見圖2，相同樁長、不同樁徑的抗拔指標趨勢見圖3。

從圖2可知，當樁徑相同時，樁長增加，單樁抗拔承載力雖有所提高，但配筋也進一步加大，導致抗拔指標降低，造價提高。從圖3可知，當樁長相同時，樁徑為800 mm的樁[，]其抗拔指標最高，因此，一般地鐵工程中常選用樁徑為800 mm的抗拔樁。在本項目中，若采用樁徑為800 mm、樁長為30 m的抗拔樁，共需要抗拔樁88根，抗拔樁投資達623萬元，費用占比較大，故進一步研究優(yōu)化抗拔樁布置方案十分必要。

2.2 樁側后注漿技術

鉆孔灌注樁后注漿技術是在樁身強度達到一定要求后，通過樁身內部預埋的注漿管道向樁體內灌注水泥漿液，以提高基樁的樁端或樁側摩阻力[4]。該技術首次應用于1958年設計的委內瑞拉馬拉開波湖大橋樁基礎[5]，隨后陸續(xù)在國內外樁基工程中應用。

樁側后注漿常用的注漿方式為環(huán)向點式注漿，即將注漿器沿樁周環(huán)向布置，通過不同深度多個環(huán)形注漿斷面實現(xiàn)整個樁身注漿。樁側后注漿裝置由縱向注漿導管、環(huán)形管及注漿器組成，注漿器通過環(huán)形管連接并沿環(huán)向對稱布置。縱向注漿導管是連接地面注漿系統(tǒng)與環(huán)形管的過渡管材，與鋼筋籠主筋綁扎固定并一起下放至孔內，見圖4。環(huán)形管同時與縱向注漿導管連通，每個環(huán)形管沿周對稱設置4個注漿器，注漿器為單向閥式構造。注漿時，漿液由縱向注漿導管經環(huán)形管通過注漿器的單向閥直接注入土層。

2.3 抗拔樁優(yōu)化設計

后注漿灌注樁的單樁抗拔極限承載力標準值[Quk]可按《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ 94—2008）中5.3.10的公式計算：

式中：[u]為樁身周長;[lj]為后注漿非豎向增強段第[j]層土厚度;[lgi]為后注漿豎向增強段第[i]層土厚度;[qsik]和[qsjk]分別為后注漿豎向增強段第[i]層土初始極限側阻力標準值、非豎向增強段第[j]層土初始極限側阻力標準值;[βsi]為后注漿側阻力增強系數(shù)。

《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ 94—2008）中明確提出，當[βsi][無]當?shù)亟涷灂r，可按表5.3.10取值。表中黏性土、粉土[βsi]的取值范圍為1.4～1.8，本工程取值1.6;粉砂、細砂[βsi]的取值范圍為1.6～2.0，本工程取值1.8。對樁徑分別為700 mm、800 mm、900 mm，樁長分別為30 m、35 m、40 m的抗拔樁計算抗拔指標，結果見表3。慮樁側后注漿的抗拔指標趨勢見圖5。

由圖5可知，考慮樁側后注漿的抗拔指標變化趨勢與不注漿的抗拔樁一致，也是樁徑為800 mm、樁長為30 m的抗拔樁經濟性最高。

結合表2、表3可知，采用樁側后注漿，抗拔樁單樁承載力標準值可提高約60%，抗拔指標提高約30%。本工程中，采用樁側后注漿技術，樁徑為800 mm、樁長為30 m的抗拔樁僅需設置54根，可減少34根，總造價約478萬元，較623萬元優(yōu)化約23%，具有一定的經濟性。

2.4 試樁結果

為了驗證各土層的極限側摩阻力和后注漿側摩阻力增強系數(shù)選取的合理性，本工程共對3組試樁進行了靜荷試驗，試樁結果見表4。試驗結果表明，考慮樁側后注漿的抗拔樁承載力，在5 500 kN試驗荷載下未達到極限，樁頂變形與回彈率表明其仍有承載潛能，說明設計選用的參數(shù)是合理的，抗拔樁的承載能力是有保證的。

3 結論

本工程引入抗拔指標的概念，即每萬元所能提供的單樁抗拔承載力標準值，通過對不同樁徑、不同樁長下抗拔指標進行對比分析得出，相同樁徑下，樁長越長，抗拔指標越低;相同樁長下，樁徑為800 mm的抗拔樁的抗拔指標最高。

采用樁側后注漿技術，抗拔樁的抗拔承載力標準值能顯著提高，提高約60%，抗拔指標增加約30%。結合試樁結果，對于本工程中樁側注漿側摩阻力增強系數(shù)，黏性土、粉土取值1.6，粉砂、細砂取值1.8是合理的。

綜上所述，樁側后注漿技術在地鐵工程項目中是可以推廣應用的，并且具有良好的經濟效益，為后續(xù)地鐵工程抗拔樁設計提供參考。

參考文獻：

[1]馬靖華，程亞平.地鐵車站不同施工工法對工程造價的影響研究[J].建筑經濟，2019（5）：64-68.

[2]中華人民共和國建設部.地鐵設計規(guī)范：GB 50157—2003[S].北京：中國計劃出版社，2003.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.建筑樁基技術規(guī)范：JGJ 94—2008[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[4]阮文祿.后注漿鉆孔灌注樁的承載力研究[D/OL].長春：吉林大學，2014[2014-05-01]. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2018&filename=HBJC201806132&v=o4Y%25mmd2FB5ksINmihUzFmlKEUM2F5il%25mmd2BdkMIU19DRraHpzTZrmnGwQdZDNC8C%25mmd2FW825yE.

[5]武學文，王玉梅，郭曉品.灌注樁后注漿技術應用及經濟性分析[J].玻璃，2021（6）：43-46.