地下工程中主體與抗浮結構研究

許建寶，莫云子

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津300074）

1 引言

通常情況下，地下水對地下工程造成的影響可以分為部分破壞和整體破壞2 種類型，均會嚴重影響地下工程的質量，進而不僅為地下工程留下安全隱患，還可能威脅地下工程周圍區域的安全。因此，應結合工程項目的實際情況完善抗浮結構設計，并重視地下工程中主體施工的每一個環節，提高質量管理水平，避免因設計不合理和施工不到位而引發地下工程質量問題。

2 工程概況

某地下通道工程長890.05m，區間內設置有左右聯絡通道，通道寬6.8m。區間沿線經過人口密集區、地面交通路面，沿線建筑物較多，且部分建筑物設有地下工程。在對工程項目沿線進行全面的地質勘察后確定，區間沿線圍巖開挖范圍內的巖性以黏土和粉土為主，局部區域巖性為粉砂和淤泥質土，整體土體較為松散，圍巖分類為Ⅰ類圍巖；區間地下水類型多為孔隙潛水和微承壓水，潛水水位埋深0.80～2.65m，微承壓水穩定水位以潛水位進行考慮。區間高水位期為9 月份，低水位期為4～5 月，潛水位年變化幅度平均值為0.8m。區間內地下水不僅會對地下工程的主體鋼筋混凝土結構造成腐蝕侵蝕，其產生的應力也會對工程主體結構造成影響。

3 地下工程中主體結構的施工質量控制要求

3.1 施工質量管理

3.1.1 施工環節質量管理

在地下工程主體結構施工時，施工單位需要結合施工設計作為各項目環節的統籌管理，力圖做到各施工環節的有效協調，確保各施工環節的有序進行。

3.1.2 施工設計質量控制

項目施工前，項目管理人員需結合工程項目的實際情況，聯合施工方、設計方以及監理方組成施工設計質檢小組，共同對施工設計方案進行全方位的質量檢查，及時發現設計方案中的不合理之處，預防后期施工中因設計不合理而引發設計變更問題。

3.1.3 施工過程質量管理

施工單位應結合施工設計，明確施工步驟及內容，并以此為基礎合理界定工作人員的工作職責，進行現場旁站管理，制定獎罰機制，促使施工人員主動、嚴格地落實施工設計內容，提高施工效率，縮短施工周期，保障施工質量。

3.2 施工協調管理

通常情況下，地下工程主體結構施工均有施工周期長、工程量大等特點，不可避免地會出現協調管理問題。對此，項目管理人員需要對工程項目整體有一個較為明確的把握，并合理做好項目的協調管理工作[1]。在實際管理過程中，項目管理人員還要嚴格要求自己，并做好對項目施工的全面監督管理，結合項目設計及時發現施工中存在的問題，并快速對問題進行協調解決[1]。

3.3 施工技術管理

施工前，需要對施工人員進行技術交底和培訓，培訓內容和計劃應結合項目實際情況，在業內專家學者的幫助下制定，以確保培訓的有效性。對于施工中使用的材料，應做到從采購到存放全過程的質量檢查與嚴格監管，且在實際施工使用前再次進行質量檢查，最大限度地確保施工材料的質量。

4 地下工程抗浮結構設計

地下工程結構出現上浮問題后，地下工程的安全性會受到嚴重影響，因此，必須及時采取補救措施。為防止地下工程結構出現上浮問題，應在設計階段結合工程項目的實際地質情況、工程特點、周邊區域情況等多方面因素，科學合理地完成地下工程結構設計，避免地下工程結構出現上浮問題。

4.1 抗浮方案選擇

本工程項目具有地下埋深大，地下水位高等特點，僅依靠地下工程現有的覆土載荷和結構自重無法達成抵御地下水浮力的要求，易引發地下工程結構上浮問題，所以，需要合理采用抗浮結構，提高地下工程結構的抗浮能力。目前，常用的地下工程抗浮結構主要有抗浮錨桿和抗拔樁2 類，其中，抗拔錨桿的防水性能相對較差，該工程項目地下水位高，抗拔錨桿極易受到地下水的侵蝕，導致使用壽命下降，無法滿足工程項目的使用壽命要求。因此，綜合考慮分析后，工程采用抗拔樁作為工程抗浮結構。

4.2 布置抗拔樁

在地下工程項目中，為避免地下工程結構出現上浮問題，應在考慮地下主體結構自重以及側壁摩擦力的情況下，對抗拔樁的應力進行計算。根據行業標準及國家相關規定，可以確定地下工程的抗浮能力應滿足式（1）：

式中，W 為地下工程自重其上作用的永久載荷之和；F 為地下水對地下工程結構的浮力。

在對地下工程不對稱結構的摩擦力進行計算時，應確保能夠滿足式（2）：

式中，R 為抗浮結構設計中，抗拔樁對地下工程提供的抗拔力。

通常情況下，抗拔樁會布置在柱下，依據現有的行業標準和國家規定，可以確定抗拔樁單樁抗拔承載力[2]：

式中，RW為抗拔樁單樁抗拔承載力；up為抗拔樁周長；Qsia為樁側壁摩擦力；λi為抗拔樁摩擦力折減系數；li為抗拔樁的實際長度。

基于上述公式進行計算分析后，工程項目在進行抗浮結構設計時，最終選用在兩柱間中間梁和柱下布置抗拔樁以及在兩柱中間梁下均勻布置抗拔樁2 種設計方案。

4.3 工程抗浮結構模擬

通過仿真模擬技術對工程項目的抗浮結構進行模擬分析，為能夠有效提高抗拔樁的抗拔性能，將抗拔樁設計成圓臺形，即底面周長大于頂面周長，然后將地下水浮力分項系數設置為1.05，將地下工程結構自重分項系數設置為1.0，結合上述公式對工程項目抗拔樁設計進行仿真模擬分析。通過仿真分析結果可知，上文中提出的2 種抗拔樁布置方案均可滿足地下工程抗浮結構的實際要求[3]。

5 結語

綜上所述，本文以某地下通道工程項目為例，介紹了地下工程中主體施工質量控制與抗浮結構設計的相關內容，并結合工程項目的實際情況，合理設計抗拔樁布置方案，然后通過仿真分析對方案進行可行性分析，因此，本文的設計方法在實際應用中具有較強的現實意義，不僅可以有效保障地下工程的抗浮性能，還能為其他地下工程主體結構與抗浮結構的完善提供理論參考。