浅议地铁车站抗浮设计

摘要：本文分析了地铁车站抗浮问题产生的原因，并对地铁常用的抗浮措施进行论述，通过工程实例着重介绍抗拔桩在实际工程中的具体应用及设计，便于地铁工作者对地铁车站抗浮问题有比较系统的认识以及对地铁抗浮问题的重视。

关键字：地铁车站；抗浮；抗拔桩；

中图分类号：U231 文献标识码： A

近年来，由于我国城市化建设的加快，综合国力的不断增强，城市轨道轨道在缓解城市交通压力、保护环境等方便的优势更显突出。加之国家政策的扶持，使得城市轨道交通建设的规模逐年扩大。地铁车站多为浅埋，暗挖或明挖，综合造价、工期、工筹等因素，地铁车站多采用明挖法施工。城市当中地下水位一般较高且波动较大，使得做为百年工程的地铁车站的抗浮设计在地铁设计中占据重要位置。

地铁车站抗浮设计的原因及抗浮水位的确定

当浮力超过车站自重、覆土重和土层的摩阻力时，车站就会失稳上浮，并且产生对结构底板应力增大等对车站结构不利的情况，给车站安全带来极大威胁，因此需要进行车站的抗浮设计。

抗浮设防水位需要各地动态长期观测，再针对特定工程场地的水文地质条件，结合地区经验确定，国家标准及规范均无法制定出全国通用的普适标准。国家标准对此仅做了一般性地要求，规定以是否有长期水位观测资料并结合地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定。目前，地铁结构设计多采用地勘报告中的抗浮水位数值。

抗浮措施

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1m，直至结构施工完毕，顶板覆土完成后再停止降水。

使用阶段抗浮措施

配重法

这是最常规的一种配重方法，配重法在地下车站中的应用方式主要有：1）利用顶板上覆土配重；2）车站底板外挑，通过外挑增加的覆土配重；3）增加结构尺寸，一般采取增加底板厚度的方式配重。地铁结构一般设计在市政道路下方，地下车站结构顶板顶面至路面的距离为定值，利用其配重潜力有限；若采用车站底板外挑的方式配重，会增加基坑开挖的规模，一般在站址场地条件较好时采用，且其配重能力有限；若采用增加底板厚度的方式配重，会造成基坑开挖深度的加深，且底板厚度不宜增加太多，增加太多不经济、增加过少抗浮效果不明显。

抗拔桩法

这种方法主要是利用桩身自重和桩身的侧摩阻力来提供抗拔力。抗拔桩一般根据地下车站结构布置，设置在柱底及纵梁处，同时还要受到桩间距的限制，一般情况下抗拔桩的数量不会太多，桩长较长，造价较高，在地层条件较好时，可根据现场场地情况采用扩大端头形式。此方法同时存在抗拔桩与地下车站底板的交接处的防水质量难以保证，因此仅在抗浮压顶梁无法施做且必须进行抗浮设计时采用。

压顶梁法

此种方法是在结构顶板上方沿围护结构（钻孔灌注桩或地下连续墙）后浇设置一圈压顶梁，利用围护结构的自重及其与土层侧摩阻力来达到抗浮目的，该方法是地铁车站抗浮设计中经济适用且最常用的抗浮方法。

当车站采用在围护结构预埋钢筋，并与主体顶板后浇的压顶梁时，压顶梁对车站抗浮的贡献作用不能按围护结构的自重及侧摩阻力计算，而应取压顶梁的抗剪承载力，因为压顶梁的抗剪承载力一般要比围护结构的自重及侧摩阻力要小。

抗浮锚杆法

此种方法是利用锚杆与砂浆组成的锚固体与岩土层的结合力作为抗浮力。抗浮锚杆一般为全长粘结型锚杆，相对抗拔桩其单根锚杆的抗浮能力较小。在锚杆布置时，一般沿柱或其周边，或在底板平面内均匀布置。如沿底板均匀布置，因在地板上附加应力较小且均匀，可以减少底板厚度，降低工程造价。但是锚杆的耐久性问题较难解决，抗浮锚杆法在民建中应用较多，在地铁车站的抗浮设计中缺少设计经验。

地铁车站抗浮设计

车站概况

本车站长172m，标准段宽25.1m，主体结构高度20.4m，车站底板埋深约22.6m，顶板覆土约2.2m，车站为地下三层站。本工程的基坑支护方案采用钢管桩+预应力锚索（杆）的支护形式。

地质概况

地层由上至下依次为：人工填土、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩。车站主体结构底板持力层主要位于微风化花岗岩层。

根据场地岩土工程地质勘察报告，抗浮设防水位：7.0m（地面下2.0m）。

各地层主要屋里力学参数见表1。

标1各地层主要物理力学参数

抗浮验算

本站采用抗拔桩、车站底板外挑等抗浮措施来抗浮。

抗浮设防水位位于车站顶板之上，经计算车站水浮力为F浮=5127.60kN/m，

顶板覆土配重、底板外挑配重、结构自重合计F自=3885.7 kN/m

F自/F浮=0.76

设直径1.4m，桩长6.5m的抗拔桩抗浮，采用沿线路方向桩距为8.0m的抗拔桩，根据结构柱的布设，8.0m桩间距范围内设置两根抗拔桩。

根据建筑桩基技术规范5.4.5条计算：

Nk

Tuk =∑λiqsikuili

上式中：

Tuk群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力准永久值；

GP基桩自重；

ui桩身周长，根据建筑桩基技术规范按表5.4.6-1取值，u=πD，D为扩底直径；

λi抗拔系数，根据建筑桩基技术规范按表5.4.6-2取值， λi=0.7；

第18层土的抗压极限侧阻力标准值，取qsik=800Kpa。

微风化花岗岩单根抗拔桩极限承载力标准值：

Tuk =∑λiqsikuili =0.7×800×π×1.4×6.5=16001.44.64kN

微风化花岗岩每延米抗拔桩极限承载力标准值：Tuk=16001.44/8.0=2000.18kN/m

抗拔桩自重GP=18.75 kN/m

Nk

抗浮验算：（3885.7 +1019.35×2）/5127.60=1.156≥1.15，满足抗浮要求。

结语

地铁抗浮设计及验算是地铁结构设计的重要组成部分，需要给予足够的重视，并应结合各地实际工程的情况选择经济适用的抗浮措施。

参考文献：

[1]冷晓宇.地铁车站抗浮设计研究 [J]. 广东建材, 2012,7.

[2]张景花.地铁车站的抗浮设计[J]. 山西建筑,2010,3.