抗浮錨桿在巖石地區(qū)地鐵中的應(yīng)用研究

苗晉維MIAO Jin-wei

（中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)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(hù)結(jié)構(gòu)參與抗浮、懸挑板抗浮及抗拔樁等。現(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(hù)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(jìn)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(jìn)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(jìn)度較慢，坑底以下水系發(fā)達(dá)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(yán)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(jìn)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(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行分析，采用抗浮錨桿進(jìn)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(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)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(jìn)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(hù)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(jìn)行防腐，進(jìn)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(jìn)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(jìn)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。