城市敏感區(qū)硬巖地層地鐵車站抗拔樁兼立柱樁方案

（中交一公局廈門工程有限公司，福建廈門 361021）

1 工程概況

地鐵車站建設(shè)于鬧市區(qū)，周邊現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物的總量較多，存在淺基礎(chǔ)、間距小等問題，如車站外邊線與既有建筑的距離未達(dá)到2 m。立柱樁施工為重點(diǎn)內(nèi)容，兼顧工程主體質(zhì)量及周邊居民生產(chǎn)生活的正常開展是基礎(chǔ)目標(biāo)。在傳統(tǒng)抗拔樁施工中，一般采用旋挖鉆成孔工藝，相對(duì)雙輪銑工藝，具有噪聲大、一次成孔（槽）截面小、對(duì)周邊環(huán)境影響大等特征。本工程施工場(chǎng)地空間狹小，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用雙輪銑成槽施工，可減少設(shè)備投入，加大立柱樁的截面，減少樁體結(jié)構(gòu)數(shù)量，噪聲污染小，不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成過大干擾。

2 基坑開挖對(duì)立柱樁的影響

基坑開挖期間，隨著土體逐步卸荷，易導(dǎo)致坑內(nèi)土體出現(xiàn)不同程度的隆起變形現(xiàn)象，坑內(nèi)立柱樁被迫上抬，嚴(yán)重時(shí)將直接斷裂，同時(shí)支撐體系的變形幅度加劇，內(nèi)支撐穩(wěn)定性明顯不足，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量增加，易誘發(fā)大規(guī)模的安全事故。應(yīng)對(duì)立柱樁的受力特性形成準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及基坑施工規(guī)模等方面的信息，合理設(shè)置施工立柱樁，充分發(fā)揮立柱樁的受力作用。

3 硬巖地層施工條件下的地鐵車站立柱樁方案設(shè)計(jì)

3.1 立柱樁參數(shù)

考慮地面全水頭的水浮力，在此條件下驗(yàn)算立柱樁的參數(shù)。根據(jù)地質(zhì)勘察資料可知，覆土最小厚度3 m，而關(guān)于抗浮設(shè)計(jì)斷面的具體指標(biāo)以及取值。

車站抗浮計(jì)算斷面值如表1所示。

表1 本車站抗浮計(jì)算斷面值

由表1可知，結(jié)構(gòu)自重、覆土重合計(jì)為3 488.07 kN/m，結(jié)構(gòu)自重及覆土重抗浮安全系數(shù)均在1.05以內(nèi)，需對(duì)其采取切實(shí)可行的抗浮措施，具體為增設(shè)抗拔樁和壓頂梁的方法，兩類結(jié)構(gòu)每延米應(yīng)當(dāng)具備的抗浮力需達(dá)到3 463 kN。在抗拔樁的分布中，中間部分的樁體受力條件特殊，承受1/2車站寬度的浮力，確定每邊壓頂梁需承受的力，源于1/4車站寬度的浮力。由于立柱樁的受力條件良好，因此將其作為抗拔樁使用，截面尺寸為1 m×2.8 m，配筋為76根Φ28的鋼筋，樁長為12 m。

抗拔樁側(cè)摩阻力計(jì)算如表2所示。

表2 抗拔樁側(cè)摩阻力計(jì)算

由表2可知，單根抗拔樁的抗拔力為10 416 kN，抗拔樁拔力標(biāo)準(zhǔn)值為6 584 kN，該值滿足要求。

3.2 車站整體浮力分析

3.2.1 施工監(jiān)測(cè)

基坑內(nèi)的土體伴有持續(xù)的卸荷現(xiàn)象，導(dǎo)致坑周土體的應(yīng)力狀態(tài)隨時(shí)間的推移而發(fā)生變化，支撐和立柱樁的受力狀態(tài)有所改變，應(yīng)加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，以便判斷立柱樁的隆沉量，作為施工的參考依據(jù)。混凝土施工中，在立柱處埋設(shè)60 cm的鋼筋，外露部分1 cm，采用水準(zhǔn)測(cè)量的方法，根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)立柱樁、所處的支撐體系的穩(wěn)定性進(jìn)行判斷。

3.2.2 時(shí)空分析

開挖深度的逐步增加將導(dǎo)致立柱樁的隆沉量發(fā)生變化，基坑開挖初期，立柱和立柱樁可相互配合，發(fā)揮抗隆的作用，在上部荷載的作用下，立柱樁存在小幅度的沉降現(xiàn)象。隨著基坑開挖進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，當(dāng)其達(dá)到8 m時(shí)，立柱表現(xiàn)出隆起現(xiàn)象；開挖深度在8～14m 時(shí)，立柱的隆起速率大幅度增加[1]。

在該受力關(guān)系下，相鄰立柱樁存在明顯的差異沉降，支撐梁受力難以共處相同的平面，由于立柱與支撐節(jié)點(diǎn)間存在附加應(yīng)力，可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂的情況。應(yīng)適當(dāng)加大配筋量，通過此方式提高節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和剛度。待開挖至基坑底部時(shí)，立柱經(jīng)過前期的持續(xù)隆起，已達(dá)到最大值，后續(xù)逐步趨于穩(wěn)定。在立柱樁隆起全過程中，最后一層土的開挖為最薄弱的環(huán)節(jié)，是重點(diǎn)控制對(duì)象。

3.3 車站立柱樁整體沉降規(guī)律

立柱樁的隆沉存在明顯的時(shí)空效應(yīng)，相鄰立柱樁均存在隆沉現(xiàn)象，但其幅度存在差異，加大立柱樁的差異性沉降。通過鋼系梁的應(yīng)用，可以連接各立柱樁，使其構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)，加之基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用，營造安全的施工環(huán)境。若立柱樁間的差異沉降過大，會(huì)加劇鋼系梁的受損程度，導(dǎo)致立柱樁圍護(hù)系統(tǒng)難以完全發(fā)揮承載作用。結(jié)合地鐵車站深基坑施工經(jīng)驗(yàn)，差異沉降不宜超過20 mm，同時(shí)需滿足不超過1/400柱距的要求。若差異沉降過大，會(huì)導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)的附加應(yīng)力大幅度增加，由此出現(xiàn)較明顯的剪力和彎矩，在部分特殊的施工環(huán)境中，會(huì)干擾基坑開挖的穩(wěn)定性。對(duì)此，需要準(zhǔn)確探索立柱樁的沉降規(guī)律，制定合適的施工方案。

3.4 立柱樁位移分析

基坑開挖全流程中，土體位移的變化在各階段均有其特定的表現(xiàn)，開挖初期雖然存在土體卸荷現(xiàn)象，但卸荷量相對(duì)較小，土體位移量微弱，開挖深度逐步加大，坑底的土體會(huì)發(fā)生較大幅度的變化。對(duì)于立柱樁的豎向隆沉效應(yīng)，其主導(dǎo)因素在于基坑內(nèi)土體回彈影響深度和樁長。因此，若可有效控制立柱樁的插入深度（滿足樁長超過坑底土體回彈影響深度的要求），可發(fā)揮立柱樁下端摩阻力的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提供抗上浮力，減小立柱樁的隆沉量[2]。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)重點(diǎn)考慮立柱樁的插入比及土體加固深度。

（1）立柱樁插入比。硬巖地層施工條件下，以1∶1.5為宜，此時(shí)立柱樁的隆起量可以減少24.93%；若插入比超過1∶1.5，此時(shí)隆沉量雖存在變化但幅度較小，因此不宜超過該值，避免建筑材料投入量過大而實(shí)際應(yīng)用效果甚微。

（2）土體加固深度。以3 m較為合適，此條件下立柱樁的隆起量可減少19.90%。若坑底土體加固達(dá)到3 m且立柱樁隆沉量可以滿足要求，無須額外采取增加土體加固深度的方法。

4 結(jié)語

綜上所述，基坑開挖期間，受土體卸荷的影響，立柱樁將產(chǎn)生隆沉效應(yīng)，導(dǎo)致支撐的跨中撓度改變，支撐的附加彎矩較大。通過對(duì)立柱樁隆沉問題的分析，采取相應(yīng)的方案，可營造安全的基坑開挖施工環(huán)境，減少圍護(hù)鋼筋配筋量，可保障建筑安全，提升施工質(zhì)量、效益。