基础工程
分享施工新工法、新技术、新设备、新趋势、新政策
随着我国地铁建设的逐步兴起，地铁车站的功能不再单一，而是呈现出多元化发展的趋势。为了满足地铁车站功能（如地下高大空间）的要求，这可能会导致车站的屋顶更薄。进而导致地铁站的抗浮问题。地铁站是“十”个换乘站。由于其功能对公交接驳部分的影响，换乘部分屋顶0.7m~1.0m为地下三层：经抗浮计算，车站不能满足抗浮要求，以及设计时需考虑防浮措施。
本文通过对地下地铁车站抗浮措施的探讨，以及采用大直径人工挖桩作为抗拔桩的设计过程，探讨了抗拔桩设计中应考虑的各种因素：
一、项目概况
某地铁站南侧毗邻深圳著名旅游景点，附近高楼林立。北侧主要为住宅区和商业区，东边的地面紧靠一条横跨深南大道的观光步道。该站位于深南大道正下方，是一号线的临时终点站，与规划中的二号线“十”字交叉换乘。
1、2号线连接线及站后之字形线（明挖）设于该站，明挖站后之字形线之上设公交接驳站。车站净长334m，公交接驳部分地下层净宽48.0m，地铁站部分地下层净宽45.0m。车站二层典型截面为倒“凸”形，换乘节点为地下三层。车站主体结构采用多跨全现浇钢筋混凝土框架结构。
车站地下室层围护结构根据地质条件，考虑深南大道交通分布及两侧管线分布情况。南侧为人工开挖桩防护，北侧为土钉墙防护。地下二、三层四周为人工开挖桩。
二、地质概况
站址区地貌北侧为台地，南侧为海冲积平原。经过人工改造，原有的地貌特征发生了很大的变化。现在地势东高西低，北高南低，地势起伏较大。车站东端地下设有人行通道（位于车站范围内）和车行通道。站场区地下各种管线、管线纵横交错。场区地质条件复杂，土层多。按其成因，从上到下依次为： 1）人工堆积层；2）边坡洪积层；3）海洋冲积层；4）第四纪残留沉积层；5）燕山期花岗岩。
在上述每一土层中，都有若干性质各异的土层。与本文所讨论的抗拔桩设计密切相关的主要是第四纪残余层： (1)砂质粘土：主要为紫色、紫红色、棕紫色、棕黄色、棕红色、硬～流塑性。层厚0m～21.8m，呈透镜状分布。(2)重粘性土：以棕黄色、棕红色为主，间有灰白色，不易塑性。该层为野外主要地层，分布广泛且稳定，出露厚度0～21.0m，局部分布有花岗岩风化残留物。本站桩围土层（第四系残土层）摩擦力设计值如表1所示：
笔记：
① 本表适用于预制桩和内打桩；
② 冲击式沉桩、冲桩、挖桩、钻孔桩应取表中范围值的下限值；
③IL为花岗岩残土细粒土的流动性指标，根据物理力学统计表和岩土试验报告确定。
三、地铁车站防浮措施比较
目前，地铁地下车站的抗浮措施有两种：一种是在结构底部设置抗浮措施，如本文提到的抗浮桩，此外还有拉拔锚索、砂浆锚等。 .; 板底设置反滤层、盲沟等措施。
表2比较了这两种措施的特点：
通过以上综合对比，不难得出结论：对于本站而言，抗拔桩方案更优。
四、抗浮桩设计过程简介
1.反浮动计算
限于篇幅机械挖孔桩，仅对该站公交接驳部分的抗拔验算及抗拔桩的设计过程进行简要说明。
拔出力计算。取8.1m宽的柱距计算拔拔力。地下室地面采用全包式防水设计，未考虑挡土桩和侧墙的摩擦阻力。当暂时不包括抗拔桩时，抗拔力由以下部分提供：
(1)屋面以上覆土(厚度按0.7m计算)：4896.8 kN；
(2)主体结构自重：27075.3kN；
(3)车站其他部位自重，如地下一层公交接驳部分表面装饰层(按最薄处250mm砂浆厚度计算)、道碴自重地下二层床台板：1239.3kN；
(4) 二层围护桩(含桩间喷射混凝土)自重6875.0 kN，摩阻力7301.7 kN；以上合计为：47388.1 kN
(5)地下水浮力：44724.0kN
(6) 抗浮安全系数：47388.1/44724.0=1.06
2、抗浮桩设计
(1) 单桩抗拔桩自重。桩径设计为1.4m。根据地质条件和类似情况类比，假设桩长15.5m（含桩端胀头长度3.2m），桩端胀头直径3.0m，挡墙厚度是0.15m。见图3。单桩自重为688.5 kN。
(2) 单桩抗拔桩侧摩阻力。在地铁车站正常使用（拔桩工作）过程中，由于桩周土体的运动趋势始终与拔桩相反，因此拔桩周围摩擦阻力的分布没有中性点，即，摩擦阻力按桩全长计的分布。这就是抗拔桩与普通建筑桩基负摩擦阻力的区别。'按《建筑桩基技术规范》JGJ9 4-94第5.2.18.2条，当抗拔桩长径比为l/d=15.5/1.4=11.1>5时，极限承载力抗拔桩的设计值为：
(3) 设置的抗拔桩数量为：
实际上设置2。
施工措施：①桩孔较深，施工时应做好通风和安全防护工作；② 除开始施工的前几根桩外，后续桩的施工可采用桩孔沉淀法。桩孔内降水桩长加长2.5m，桩端未加长。
五、设计施工注意事项
六、抗浮桩设计注意事项
与竖向承重桩基相比，抗拔桩的设计考虑较多，主要有以下几个方面（t）在浮力和抗浮力计算中，应注意以下几点：
(1) 地下水位。抗浮水位的高低对建筑物的抗浮设计影响很大。一般应取建筑物使用年限内的历史最高水位，由地勘单位提供。
(2)抗浮载。抗浮荷载应仅计入恒荷载，计算覆盖土自重时应扣除站顶开口范围，站台板、道碴床、车站隔墙不应省略。
(3)围护结构侧摩阻力。计算围护结构侧摩阻力时，应注意地质调查资料中提供的围护结构侧摩阻力是标准值还是特征值，围护结构的侧土层是否结构为残层（液体指标应根据细粒土值确定）。
(4)拔桩。应注意抗拔桩的长径比L/d。对于L/d≤5和L/d>5的抗拔桩，破坏机理不同，拔拔力的计算也不同。
(5)抗拔桩的侧摩阻力分布与竖向承压桩不同。竖向承压桩侧摩阻力分布有中性点，而抗拔桩侧摩阻力分布无中性点。抗拔桩主要依靠桩侧摩擦阻力提供拔拔力，桩侧土体中的应力分布使土体处于受拉状态。因此机械挖孔桩，不能简单地根据承重桩的侧摩力计算其侧摩力的大小来计算其承载力，必须进行修正。修正系数可参照桩基规范。
(6)由于钻孔桩需要泥浆护壁，泥浆对桩侧摩阻力影响较大；另一方面，抗拔桩通常直径较大，很少使用。
预制桩（且预制桩需要打入或压入，其不利影响有两个方面：①挤土作用会极大地破坏桩侧土体结构；②桩体入土方向与桩体入土方向相反。拔桩时移动方向 土体承受反复荷载以减小桩侧摩），因此抗拔桩多设计为人工挖孔填孔灌注桩或爆扩桩，夯实-膨胀桩等
(7) 由于抗拔桩主要依靠桩侧摩阻力提供抗拔力，因此在设计抗拔桩时应避免群桩效应，充分利用桩侧摩阻，因此中心距净距离应严格遵守规范的有关规定。在抗拔桩设计中，除考虑有利力外，还应考虑施工条件、施工安全等因素。例如桩底扩大头和侧墙的倾角设计应有利于施工的方便和安全。
(8)拔桩一般宜布置在立柱和楼板梁附近，使楼板能更好地受力。当拔桩位于梁底而不位于柱底时，应考虑拔桩对楼板梁受力的影响；当抗拔桩位于楼板底部时，除计算楼板的抗弯能力外，还应验算楼板的冲剪能力。
(9) 如果抗浮桩出现群桩效应，则抗浮桩与土体之间形成一个抗浮整体，应检查群桩效应问题，确保抗浮桩的整体抗浮性。桩群大于总浮力荷载。另外，对底板单位面积的浮力荷载和抗拔桩提供的底板单位面积抗浮力进行了必要的验算，以保证基础的整体稳定性；
(10) 由于浅层含水层地下水位普遍波动较大，拔桩在施工过程中所受的拔拔力随地下水位的波动而变化。在长期的波浪力作用下，桩身容易出现裂缝。从而造成拉杆腐蚀，导致拉杆拉力不足，在建筑物的使用寿命内失效。因此，对于桩身的加固，除按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）验算桩身强度外，还应按《混凝土设计规范》进行验算。结构”
(11) 嵌岩抗拔桩在桩基规范中没有提及，目前国内研究不多，其受力机理、破坏模式和设计方法有待进一步研究。
七、抗浮桩施工注意事项
(1)抗浮桩多为人工挖制现浇桩。因此，普通手挖灌注桩的施工注意事项同样适用于抗拔桩。
(2)抗浮桩多用于深基坑工程，桩底一般比围护结构深，施工安全尤为重要。人工开挖施工时：①应采取降水、通风等安全防护措施；②详细了解桩在不同标高处穿越的不同土层，以及穿越不利土层的施工对策。穿越沙层时，应防止流沙和涌沙。穿越上为透水层、下为隔水层的土层时，降水效果不理想，可改用机械钻孔。
(3)如果桩底大头进入基岩，需要爆破时，应注意将桩身扩大头完全置于基岩中，并注意爆破强度和方向避免直桩孔一侧土体塌方，注意爆破施工安全。
(4)当开挖达到设计标高时，应及时通知现场监理及有关设计方验孔。检查完孔后，应及时浇筑背封混凝土，避免雨水和地下水位上升进入桩孔。如果桩孔内有水，应在浇筑混凝土前将其排干。
（5）根据设计要求，做好抗浮桩与楼板、楼板梁的结构连接和防水结构，避免结构受力和防水薄弱环节。
结尾