大型綜合地下交通樞紐結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)

馬登堂

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102627）

0 前言

隨著我國(guó)高鐵建設(shè)的蓬勃發(fā)展，高鐵站前交通樞紐作為城市與高鐵換乘的紐帶，變得尤為重要。樞紐作為地下結(jié)構(gòu)的一種，具有以下獨(dú)特之處：①體量更大，滿足高鐵人流及車(chē)流需求；②埋深更深，滿足高鐵、地鐵換乘功能；③為保證站前廣場(chǎng)的開(kāi)闊性及景觀效果，地上無(wú)建筑物或僅為兩三層的服務(wù)用房；④作為換乘空間，周邊存在既有地鐵線路或常伴隨著地鐵建筑的同步建設(shè)。

鑒于此，此類(lèi)工程設(shè)計(jì)的核心所在就是抗浮設(shè)計(jì)。本文結(jié)合武進(jìn)綜合交通樞紐工程抗浮設(shè)計(jì)實(shí)踐，對(duì)此類(lèi)地下建筑設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 工程概況

本工程為武進(jìn)站綜合交通樞紐工程，是以武進(jìn)站為中心的綜合客運(yùn)樞紐。地處常州市武進(jìn)高新區(qū)北部，建筑總面積84945m2：其中地下建筑面積共計(jì)73385m2，包含北側(cè)的地下停車(chē)庫(kù)和南側(cè)的地鐵用房，地下停車(chē)庫(kù)范圍315m×130m，代表軸網(wǎng)8.4m×9.0m，兩層層高分別為4.8m、4.2m；地鐵用房，范圍243m×21.3m，三層層高分別為4.8m、9.3m、9.0m；地上建筑面積共計(jì)11560m2，功能為樞紐服務(wù)樓和綜合服務(wù)中心，分別為兩層和三層的框架結(jié)構(gòu)。

2 抗浮水位

抗浮設(shè)計(jì)水位是指基礎(chǔ)深度內(nèi)起主導(dǎo)作用的地下水層在建筑運(yùn)營(yíng)期的最高水位，其數(shù)值的確定，需綜合各方面因素綜合考慮，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此也做了大量研究，雖有區(qū)別，但總體原則為：以區(qū)域水文地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚孛病⒌叵滤a(bǔ)給等因素綜合確定[1]。

本項(xiàng)目所處江蘇省常州市，地表水系極為發(fā)育，主要河流有長(zhǎng)江、京杭大運(yùn)河等，湖泊主要有太湖、滆湖。根據(jù)大運(yùn)河常州站統(tǒng)計(jì)資料分析，本地區(qū)屬常州市城市防洪二類(lèi)地區(qū)，抗洪水位為3.90m（黃海高程）。

本場(chǎng)地地下水按其埋藏條件主要為上層滯水和淺層承壓水。上層滯水分布于填土層中，水位為自然地面以下0.50～1.20m；承壓水有兩層，Ⅰ層承壓水為自然地面下，Ⅱ?qū)映袎核疄榈孛嫦?.10～2.90m、8.50～9.30m，主要補(bǔ)給源為滆湖水的側(cè)向補(bǔ)給和越流補(bǔ)給，水位年變化幅度范圍在1.0～1.50m之間。

根據(jù)江蘇省當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)政策，抗浮水位宜取建成后的設(shè)計(jì)室外地坪下0.5m（無(wú)專(zhuān)門(mén)排水措施時(shí)）；根據(jù)規(guī)范相關(guān)條文，對(duì)地勢(shì)平坦、巖土透水性等級(jí)為弱透水及以上且疏排水不暢的場(chǎng)地，抗浮水位為設(shè)計(jì)室外地坪高程。綜合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)并結(jié)合本工程特點(diǎn)，抗浮水位取二者不利值，即室外地坪高程。

3 抗浮措施

抗浮從原理上來(lái)說(shuō)可從兩方面入手：①降低水壓力，即主動(dòng)抗??；②采取措施抵抗水壓力，即傳統(tǒng)的被動(dòng)抗浮。

主動(dòng)抗浮的原理是從控制基底土體水壓力入手，通過(guò)排水、隔水或泄水等方式降低基礎(chǔ)底板壓力，從而達(dá)到建筑自重本身即可抵抗住水浮力的目的，可以從源頭上上解決抗浮問(wèn)題。但這種方法尚不成熟，工作機(jī)制、計(jì)算方法、適用條件等均有待深入研究[2]，工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較少，因此本工程扔采用被動(dòng)抗浮設(shè)計(jì)。

被動(dòng)抗浮又可細(xì)分為兩種：①增加建筑自重，即“壓住”水浮力；②采用抗拔錨桿、抗拔樁，即“拉住”建筑物。本工程抗浮水位較高，抵抗水浮力所需配重較大，為滿足配重回填，地下室埋深勢(shì)必會(huì)變得更深，進(jìn)一步加大了水浮力的同時(shí)也增加了地下層高，經(jīng)濟(jì)性較差。根據(jù)地質(zhì)條件，綜合比較經(jīng)濟(jì)性、施工周期等因素后，采用抗拔樁法作為抗浮措施。

樁型選擇上，可采用預(yù)應(yīng)力管樁和鉆孔灌注樁。對(duì)本工程而言，預(yù)應(yīng)力混凝土管樁質(zhì)量較其他樁型更為可靠，且施工速度快，但施工時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的擠土效應(yīng)，會(huì)對(duì)本工程的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，尤其本工程區(qū)域東側(cè)為正在運(yùn)行的既有地鐵1號(hào)線，為降低施工帶來(lái)的影響，本工程抗拔樁樁型仍采用鉆孔灌注樁。

4 抗拔樁設(shè)計(jì)

4.1 地質(zhì)概況

本場(chǎng)地土層分布較穩(wěn)定，地層層序較完整，典型圖層剖面如圖1所示。

圖1 典型土層剖面

4.2 抗浮設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JGJ476—2019）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《抗浮標(biāo)準(zhǔn)》），本工程抗浮工程等級(jí)為甲級(jí)[3]，施工期間、使用期間穩(wěn)定安全系數(shù)KW分別為1.05、1.10。

根據(jù)整體計(jì)算結(jié)果，本工程浮力共計(jì)3594203.43kN，結(jié)構(gòu)自重為994815.38kN（組合系數(shù)1.0），覆土取平均值2m，壓重為1145055.96kN（組合系數(shù)0.9）。因此需樁提供的抗拔力共計(jì)：

1.1 ×3594203.43-994815.38-0.9×1145055.96=1928258.03kN

根據(jù)地勘建議，采用直徑為800mm的鉆孔灌注樁，持力層為⑨2層，根據(jù)土層指標(biāo)，鉆孔灌注樁抗拔承載力特征值計(jì)算后取為1200kN，計(jì)算所需抗拔樁共計(jì)1607根（樁身自重作為安全儲(chǔ)備），根據(jù)柱底荷載，區(qū)分樁底布樁，如圖2所示，最終布樁1648根，抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算值為1.14，滿足規(guī)范要求。

根據(jù)道路規(guī)劃，本工程汽車(chē)坡道需下穿北側(cè)龍躍路，長(zhǎng)度約360m。汽車(chē)坡道與地下車(chē)庫(kù)設(shè)縫處理，因此汽車(chē)坡道抗浮單獨(dú)考慮。坡道與車(chē)庫(kù)近端為最大凈高處，約3.5m，上覆土高度2.2m；遠(yuǎn)端為凈高最小處，約2.4m，上覆土高度為0，且出地面路段頂蓋敞空，上設(shè)置輕鋼玻璃雨棚。因汽車(chē)坡道僅一層，且上覆土厚度隨坡度變化，因此汽車(chē)坡道的抗浮驗(yàn)算分區(qū)段進(jìn)行：①坡道與車(chē)庫(kù)近端，建筑自重及覆土壓力即可滿足抗浮要求，無(wú)須布樁；②坡道與車(chē)庫(kù)遠(yuǎn)端：雖無(wú)覆土自重，但埋深較淺，所需抗拔樁提供支撐較小，故根據(jù)浮力大小通過(guò)調(diào)整樁間距滿足抗拔要求；③坡道與車(chē)庫(kù)中部：為坡道下穿市政道路區(qū)段，僅靠自重及覆土無(wú)法滿足抗浮要求，間距12m布置抗拔樁。

圖2 柱下布樁

5 抗拔計(jì)算結(jié)果

根據(jù)抗浮標(biāo)準(zhǔn)，地下結(jié)構(gòu)底板抗浮構(gòu)件變形，應(yīng)滿足：

式中：Sd-作用組合的變形設(shè)計(jì)值；C-設(shè)計(jì)對(duì)變形規(guī)定的限值。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本工程在浮力和恒載作用下最大位移為20.1mm，滿足規(guī)范200mm的限值要求。

6 結(jié)論

近年來(lái)因強(qiáng)降雨導(dǎo)致的地下室整體隆起、結(jié)構(gòu)構(gòu)件破損問(wèn)題日益突出，綜合交通樞紐作為地下功能性建筑的一種，因其獨(dú)特的特點(diǎn)，導(dǎo)致抗浮是此類(lèi)建筑設(shè)計(jì)時(shí)的重中之重，就本工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)如下：

（1）科學(xué)確定抗浮設(shè)計(jì)水位是抗浮設(shè)計(jì)的前提，尤其當(dāng)當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)期水文觀測(cè)資料匱乏時(shí)，需綜合考慮當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)及地下滲流，進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)論證確定。

（2）因地制宜的選取合適的抗浮措施：本工程結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗(yàn)、綜合考慮經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，采用抗拔樁法，通過(guò)計(jì)算分析，是合理的。

（3）地下交通樞紐常伴隨著地鐵工程的同步建設(shè)或建設(shè)過(guò)程中存在既有地鐵線路的正常運(yùn)行，選擇抗浮措施時(shí)應(yīng)充分考慮周邊環(huán)境的影響。本工程選取鉆孔灌注樁而非預(yù)應(yīng)力管樁，就是基于此考慮。