【摘  要】同一个地下车站，因结构形式、覆土厚度、地质条件、水位埋深等不同，可以分段采用不同的抗浮措施，包括底板下设拉锚、底板设泄水盲管、围护结构上设压顶梁、增加自重、增加压重等，以达到最佳的效果。 文中就深圳地铁 5 号线太安站采用的分段抗浮措施进行了探讨。

【关键词】深圳地铁；分段抗浮；嵌岩抗拔桩

 

      地下车站在施工阶段和使用阶段，车站在水浮力作用下的抗浮稳定是一个不容忽视的问题。南方降水丰富，地下水位埋深较浅，如果车站覆土较薄或车站规模较大，仅凭车站结构的自重和覆土压力，一般很难满足抗浮稳定的要求，此时就要采取必要的措施。

      地下车站纵向长度一般为 200m 左右，个别车站含折返线或停车线长度达到600m，在进行抗浮计算时，需要根据结构形式、覆土厚度、地质条件、水位埋深等的不同，而分段采用不同的抗浮措施，从而在技术、经济、工期等方面达到平衡。

      本文以深圳地铁5号线太安站为例，对同一车站分段抗浮的情况进行分析与探讨，并提出一些改进措施，希望为其他车站的分段抗浮措施提供借鉴。

 

      深圳地铁 5 号线太安站沿东晓路布置，横跨太白路、布心路、太安路等城市主干道路（见图 1）。

      该站为地下3 层岛式站台车站，是深圳地铁 5 号、7 号线垂直换乘车站。车站总长为621.14m，宽度约为20.4m，结构高度 21.09m，平均覆土厚度约 3.5m，是目前深圳最大最复杂的地下车站之一。车站围护结构采用地下连续墙加内支撑体系。主体结构除30轴 ~ 35轴因为交通疏解和次高压燃气管原位保护采用盖挖顺做外, 其余均采用明挖顺作法施工。

      根据《深圳地铁 5 号线工程详细勘察阶段太安站岩土工程勘察报告》（以下简称《岩土工程勘察报告》），勘察期间稳定地下水位埋深1.70m~7.50m。车站结构处于素填土、粉质黏土、粉砂、淤泥、砂质黏土、全风化～微风化混合岩层中，除轴 ~ 轴、轴 ~ 轴底板位于强风化混合岩层，底板均位于中风化、微风化混合岩层。

 

      按照《深圳地铁 5 号线工程施工图设计技术要求》（以下简称《技术要求》），结构设计应按最不利地下水位情况进行抗浮稳定验算，在不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于 1.05，当计及侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15。抗浮稳定验算不仅要满足整体抗浮稳定，还要满足每个断面抗浮稳定。

      从深圳地区以往多项工程的计算分析结果来看，抗浮安全系数按不考虑侧壁摩阻力取 1.05 控制进行设计更为经济。因此，本文设计按此计算方法，计算过程未考虑地连墙侧壁摩阻力。抗浮设防水位取满水位，即取至地面。

      根据公式：

      k=G/F≥[k]=1.05

      式中，k 为抗浮系数；G 为车站顶板覆土重量、结构自重、抗浮措施产生的等效荷载的总和；F为车站箱体受到的水浮力；[k] 为抗浮安全系数。

      其次，考虑设置抗拔桩。因本站基坑较深，部分底板已经位于微风化岩层上，抗拔桩全部或部分进入微风化岩。根据《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》（JTJ 285-2000）^【1】，计算得出单根直径1.5m 嵌岩抗拔桩 （嵌入中风化岩层不小于3D 且嵌入微风化岩层不小于 1D）的承载力设计值为R=4000kN。按照《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）^【2】桩间距不小于 3D 以及其他一些的布置原则，全站共设置抗拔桩 118 根，抗浮系数 k=1.132，大于安全系数 1.05，满足抗浮要求。

      本站轴 ~ 轴底板位于强风化混合岩层，钻孔底部仅揭露到强风化混合岩，按地层线延长后进行抗拔桩的计算，由于抗拔桩需嵌入中风化岩层不小于 3D 且嵌入微风化岩层不小于 1D，此范围桩长较长，有的达到 20.2m（从地面算桩长近 50m）（见图 2），施工难度极大，考虑到此范围车站宽度只有 12.75m，浮力较小，经各方研究讨论并详细计算后决定，轴 ~ 轴采取其他抗浮措施确保车站主体抗浮安全，①轴 ~轴仍采用设置压顶梁和抗拔桩的方式抗浮（见图3）。

      轴 ~ 轴为了抵抗车站水浮力，在排除了设置抗拔桩的情况下，综合比较了以下几种抗浮措施：

      1）根据地质纵剖面，考虑到两端有 2 根桩较短，仍按嵌岩桩考虑，其余 7 根较长，取 10m 长按摩擦桩考虑，桩侧摩阻力设计值取 80kPa，安全系数 1.135。

      2）按全底板加厚 0.8m 考虑，安全系数为 1.053。

      3） 按全底板配重素混凝土 1.0m 考虑，安全系数为1.053。

      4）按全底板配重钢渣 0.5m 考虑，安全系数为 1.055。

      5）在主体及风亭与围护结构连接处设置连接措施如榫槽（见图 4 中 A、C）、压梁（见图 4 中 B），让围护结构参与抗浮，安全系数为 1.058。要求风亭地连墙厚度不小于800mm，且嵌入基底不小于 6.0m。

     方案a由于缺少必要的桩侧摩阻力 值 作 为 设 计 依据，若按广东省标准 《建筑地基基础设 计 规 范》（BDJ15 -31 -2003）^{【3 】}表10.2.3 -1 或深圳地区规范 《地基基础勘察设计规范》（SJG 01-2010）^【4】表10.4.3-1，桩侧摩阻力取值范围较大，下限值低于计算采用的80 kPa，故未采用此方案。

      方案b 需底板加深，加大基坑开挖危险，并且车站规模增大同时导致水浮力增大，故也未采用。

      方案 c、方案 d 由于受地铁限界控制，无配重空间。

      方案 e 相比其他方案，不影响工期，基本不增加工程造价，实施风险小，有较为明显的优势，最终采用此方案。

      为了保证方案 e 中，主体及风亭与围护结构连接处的连接措施能将两者真正有效的连接成一个整体，共同抗浮，需要采取一定的工程措施。

      因为深圳地铁 5 号线全线统一采用全包防水，因此，采取将围护的钢筋锚入主体增加整体性的措施必然会破坏防水层。

      对于图 4 中 A 节点，需要在地连墙凿出榫槽。此处靠近地面，地连墙的内力较小，纵向采用分段凿除分段浇筑的方法，车站顶板往外悬挑出200mm，通过抗剪及局压计算，可满足受力要求。

      对于图 4 中 B 节点，在施做车站主体时，侧墙外侧预留 1 000mm（高）×200mm（宽）的榫槽，待施做风亭，破除主体地连墙时，将压梁与地连墙浇筑在一起，然后施做风亭底板，从而确保地连墙能参与车站主体抗浮（见图5）。

      对于图4中C节点，在施做风亭地下连续墙时，预留900mm（高）×250mm（宽）的榫槽，待施做风亭侧墙时将榫槽与风亭侧墙浇筑在一起，确保地下地连墙能参与车站主体抗浮（见图6）。

      方案 e 将主体结构与围护结构“捆绑”成一体，固然能有效的保证围护结构参与抗浮，但同时也会造成主体结构受力发生一定的变化，需要检算此变化是否影响配筋。

      利用 SAP2000 分析软件，我们可以建立两个模型进行对比分析，一个模型模拟方案 e 所示的情况，顶板两端嵌入围护结构榫槽，模型中A、B、C 节点均采用释放杆件一端弯矩和扭矩的方法来模拟榫槽处的连接；另一个模型模拟设置抗拔桩而不设榫槽的情况。分析得出承载能力极限状态弯矩值分别如图 7 和图 8 所示。

      从图 7 和图 8 可以看出，两种情况弯矩值有较为显著的差别，影响部分杆件的配筋，方案e 取消抗拔桩，断面总配筋量略有降低。

 

      地下车站的抗浮是结构设计的重要组成部分，由于地下水浮力引起地下结构整体漂移、变形缝两侧错轨等工程破坏事故时有发生，因此在设计中要因地制宜，根据各车站的不同情况和现场实际可分段采用不同的抗浮措施，同时充分考虑不同的抗浮措施对主体结构产生的影响，达到工程安全、经济的目的。

 

【1】JTJ 285-2000 港口工程嵌岩桩设计与施工规程［S］.

【2】JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范［S］.

【3】BDJ 15-31-2003 建筑地基基础设计规范［S］.

【4】SJG 01-2010 地基基础勘察设计规范［S］.