苗晉維MIAO Jin-wei

（中鐵上海設(shè)計院集團有限公司徐州設(shè)計院，徐州 221000）

0 引言

隨著城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展，越來越多的城市開始建設(shè)地下軌道交通工程，各個城市軌道交通線網(wǎng)的密度也越來越大，因此地鐵車站工程位于巖石地區(qū)的情況越來越普遍[1]。由于地下車站工程基本均需考慮抗浮措施，而抗浮措施的合理與否直接影響工程造價及工期等控制性因素。

城市軌道交通工程采取的抗浮措施多根據(jù)既有民建行業(yè)的抗浮措施發(fā)展而來。城市軌道交通工程采取的傳統(tǒng)抗浮措施主要包括借助圍護結(jié)構(gòu)參與抗浮、懸挑板抗浮及抗拔樁等?，F(xiàn)階段在巖石地區(qū)的地鐵車站工程由于多采用放坡開挖無圍護結(jié)構(gòu)參與抗浮，且懸挑板的抗浮作用及性價比有限，只能采用抗拔樁進行抗浮。另外巖石地區(qū)施工抗拔樁存在難度較大、對場地環(huán)境影響較大、工期較緊張等因素。民建行業(yè)中較常見的抗浮錨桿可以較好地處理以上問題，反而很少應(yīng)用到城市軌道交通工程中來。

本文基于徐州市城市軌道交通1 號線某車站工程為例，對地鐵車站工程采用抗拔樁與抗浮錨桿進行比較分析，利用SAP2000 等軟件分析抗拔樁與抗浮錨桿作用下結(jié)構(gòu)底板的受力情況，并結(jié)合工程造價、利弊及適用性等情況分析抗浮錨桿在地鐵工程中推廣的可行性。研究成果可對抗浮錨桿在地鐵工程中的應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

該車站位于津浦東路以東、淮海東路（規(guī)劃）以南地塊內(nèi)（為子房村拆遷區(qū)），車站垂直于津浦東路呈東西方向布置，西端靠近津浦東路，東端靠近子房山（子房山位于車站東北側(cè)），東西端起伏較大，地面標(biāo)高約為39.56～58.83m。

本站抗浮設(shè)計設(shè)防水位根據(jù)徐州地區(qū)防洪水位和場地設(shè)計室外地坪標(biāo)高以下0.5m 的最大值，即39.10m考慮。

根據(jù)勘察資料揭露，地鐵車站底板以下范圍內(nèi)均為中等風(fēng)化石灰?guī)r（12）1-3和中等風(fēng)化泥灰?guī)r（12）5-3。

2 方案對比

2.1 抗拔樁施工方案

施工設(shè)計過程中根據(jù)既往經(jīng)驗采用底板局部懸挑+抗拔樁的抗浮措施，在實際施工過程中由于人工挖孔樁施工時進度較慢，坑底以下水系發(fā)達時存在較大安全隱患，需做好降水或止水措施；采用沖擊成孔樁等施工時由于需要制備大量泥漿，對場地造成較大污染，不利于控制文明施工。

圖1 人工挖孔樁

圖2 沖擊成孔灌注樁

無論采用人工挖孔方式還是采用沖擊成孔方式，成樁質(zhì)量均嚴重受樁長的制約影響，且成樁過程中均對巖層造成較大程度的擾動，降低了巖層的完整程度，增加了巖層裂隙的產(chǎn)生。若形成廢樁且未被檢測出則對抗浮產(chǎn)生較大影響。

2.2 抗浮錨桿施工方案

抗浮錨桿相較于人工挖孔樁施工勞動強度較低，安全性更高，無需采用額外的降水或者止水措施；抗浮錨桿施工設(shè)備簡單，操作便捷，能夠很好地適用于受場地局限比較大的施工環(huán)境，能夠有效地減少機械設(shè)備的投入，在巖體中抗浮錨桿具有較高的施工效率，能夠根據(jù)工期需要加快施工進度[2]。（圖3、圖4）

圖3 抗浮錨桿大樣圖

圖4 抗浮錨桿防水大樣圖

2.3 不同抗浮措施對結(jié)構(gòu)底板的影響

根據(jù)勘察資料，灌注樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為270kPa，每根6m 長φ800 灌注樁可提供抗浮力約4115kN；巖石與錨固體極限粘結(jié)強度標(biāo)準(zhǔn)值為1120kPa，每根6m 長φ150mm 抗浮錨桿可提供抗浮力約3165kN，考慮到施工便捷性、受力均勻性以及施工質(zhì)量，抗浮錨桿采用3m 長，單根可提供抗浮力約1580kN，即采用4 根3m 長抗浮錨桿即可達到1 根6m 長灌注樁的抗浮效果。

不同抗浮措施布置圖如圖5、圖6。

圖5 底板抗拔樁方案布置圖

圖6 底板抗拔錨桿方案布置圖

采用SAP2000 對五跨底板結(jié)構(gòu)進行模擬分析，考慮到第一跨及第五跨約束條件對計算結(jié)果的影響，只采用中間跨計算結(jié)果進行對比分析。

采用抗拔樁的情況下底板受力情況如圖7。

圖7 內(nèi)力M22 圖

采用抗浮錨桿的情況下底板受力情況如圖8。

圖8 內(nèi)力M22 圖

通過在不同抗浮措施布置圖中的位置設(shè)置抗拔樁及抗浮錨桿所能提供的最大抗浮力，分析底板結(jié)構(gòu)的受力情況，從而判斷其他條件相同的情況下，抗拔樁及抗浮錨桿對結(jié)構(gòu)底板受力情況的影響。

通過計算結(jié)果進行分析，采用抗浮錨桿進行抗浮時，能夠有效降低底板結(jié)構(gòu)支座及跨中彎矩最大值，使得底板不同位置受力更加均衡，能夠有效避免應(yīng)力集中等情況的出現(xiàn)，從而能夠?qū)Φ装褰Y(jié)構(gòu)配筋情況進行優(yōu)化，進一步降低工程造價。

2.4 綜合分析

6m 長φ800 灌注樁，所需數(shù)量較少，單施工難度較大，成樁困難。若采用鉆孔樁，每臺大型設(shè)備24h 成樁量為2根，由于場地施工空間受限，場地僅可供一臺設(shè)備進行施工，則24h 成樁量為2 根，若采用人工挖孔等其他方式成孔，所需人工數(shù)量更多，成孔速度更慢。

若采用3m 長φ150 抗浮錨桿，所需數(shù)量相對較多，施工難度較小，成樁相對容易。施工設(shè)備體型較小，場地可容納多臺設(shè)備同時施工，每臺設(shè)備24h 成樁量為10 根。

結(jié)構(gòu)防水方面，由于抗浮錨桿數(shù)量較多且直徑較小，防水質(zhì)量風(fēng)險較灌注樁略高。由于抗浮錨桿及灌注樁均可采用耳筋或者定位器確保保護層厚度滿足要求，因此耐久性方面兩種措施基本無差別。且抗浮錨桿可采用GFRP 筋進行防腐，進一步提高耐久性，而灌注樁采用GFRP 筋整體造價較高，不具備實用性。

抗拔樁應(yīng)進行樁身完整性檢測及單樁豎向抗拔檢測：樁身完整性檢測采用低應(yīng)變法，抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的30%，且不得少于20 根，對于直徑大于800mm 的鉆孔灌注樁還應(yīng)增加聲波透測法檢測，抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的10%，且不少于10 根；單樁豎向抗拔抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的1%，且不應(yīng)少于3 根；當(dāng)工程樁總數(shù)少于50 根時，檢測數(shù)量不小于2 根[3]。

抗浮錨桿應(yīng)進行豎向抗拔檢測，抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總數(shù)的5%，且不應(yīng)少于6 根。

通過以上綜合分析，抗浮錨桿在工期及經(jīng)濟性方面明顯優(yōu)于抗拔樁。

3 結(jié)論及建議

①由于抗拔樁直徑較大，單樁提供抗浮力較大，因此抗拔樁多與框架柱相連，從而使得抗拔樁的間距較大，因此需要設(shè)置尺寸較大的底縱梁才能抵抗浮力產(chǎn)生的附加彎矩和剪力，因此在巖石地區(qū)單純作為抗拔樁造價往往較高。②抗浮錨桿利用筋材與砂漿組成錨固體與巖層的結(jié)合力作為抗浮力。施工難度小，適用于受場地局限比較大的施工環(huán)境，在巖體中錨桿的施工效率較高，而且可以根據(jù)不同的巖體情況，選擇不同的鉆機及相配套的空壓機、鉆桿、鉆具等設(shè)備[4]。③抗浮錨桿造價較低、施工快捷方便、布置靈活不受限，便于通過調(diào)整位置以優(yōu)化結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形。④對于既有建構(gòu)筑物卸載，或者抗浮水位調(diào)整時，若需增加抗浮力，則抗浮錨桿的適用性更強。