地鐵車站抗拔樁設計

《工程與建立雜志》2023年其次期

1抗拔樁受力變形特點及模擬彈簧分析

（１）抗拔樁受力變形分析?？拱螛妒且揽繕秱韧恋哪ψ枇Ψ纯股习魏奢d，當上部荷載較小時，受樁體彈性變形的影響，樁身上部位移較大，在樁－土荷載傳遞過程中，樁側摩阻力的分布規(guī)律為首先在樁上部發(fā)揮。隨著荷載的增加，樁身整體位移加大，樁側摩阻力的分布漸漸向樁底方向延長最終樁身全長范圍內得以發(fā)揮。如連續(xù)加大荷載，樁－土變形超過土體的屈服變形數值，樁周土則會消失圓柱體剪切破壞導致抗拔樁失效。由此可得出，隨著地下水位的變化，抗拔樁的受力狀態(tài)是不斷變化的，在樁周土體到達塑性狀態(tài)之前，抗拔樁供應的抗拔力是隨著樁－土變形的增加而增大的。這就打算了在地鐵車站的整體構造內力計算時，應采納彈簧模擬抗拔樁作為邊界條件。而從整體計算模型的彈簧節(jié)點反力則可驗算抗拔樁的設計是否滿意受力及變形的要求。

（２）抗拔樁彈簧模擬分析。由上述抗拔樁的變形受力分析可知，在上拔荷載作用下，抗拔樁變形分為兩局部：樁體自身彈性變形和樁－土變形，所以抗拔樁模擬彈簧包含樁體彈簧和樁－土彈簧兩局部。其中，樁體彈簧只與樁身混凝土彈性模量和抗拔樁截面有關，在詳細模型計算時可代入抗拔樁的截面而得出結果，在此不再贅述。樁－土彈簧模型：本模型將樁側土體簡化為眾多獨立的彈簧，如圖２所示，土的參數只需要樁側土的彈簧剛度即可。從樁身脫離取一樁單元，考慮該單元垂直力的平衡可以得出其中，ｋｓ為土的剪切彈簧剛度；ｗ（ｚ）為單樁位移量。目前國內標準對土的剪切彈簧剛度未有理論依據，文獻［７］中對單樁中的現場灌注樁（機械成孔）的剪切地基反力系數的計算分別規(guī)定為其中，Ｄ為樁端直徑（ｍ）；Ｅｏ為地基變形系數（ｋＮ／ｍ２），當通過標準貫入試驗求得時，Ｅｏ＝２５００Ｎ，但Ｎ值很小時，應用其他試驗方法推算；α為對Ｅｏ確定方法的修正系數，見表２所列。其中，ｋ為抗拔樁模擬彈簧剛度；ｋｓｉ為ｉ層土的剪切基床系數；ｌｉ為抗拔樁在ｉ層土中的長度。

2計算過程及計算結果分析

（１）計算過程分析?？垢∮嬎愎r中僅考慮車站構造自重和上覆路面荷載，頂板上覆汽車輪壓荷載、中板上設備荷載等活荷載均不組合入抗浮計算工況。依據計算，車站主體構造抗浮遠不滿意１．０５系數的要求。經與下穿路設計單位協調，可結合下穿路的人行檢修平臺于連續(xù)墻上設置壓頂梁，考慮連續(xù)墻側土體摩阻力的作用，主體構造滿意１．１５抗浮系數的要求。鑒于地下連續(xù)墻作為車站主體構造唯一的抗浮構件，所以構造整體計算時將地下連續(xù)墻底設置豎直方向的位移約束，僅采納地連墻作為抗浮措施的主體構造位移圖和彎矩圖如圖２所示。由圖２ａ可以看出，依靠地下連續(xù)墻的側摩阻力可以掌握車站構造整體的向上位移。但由于車站構造寬度較大，構造中部未實行掌握構造變形的措施而產生較大的向上位移，車站底板位移值到達２８ｍｍ，頂板位移值２５ｍｍ。依據圖２ｂ中顯示，車站底板呈整體單跨受力，底板中部未消失正值彎矩，底板與側墻相接處產生較大的彎矩值。車站在使用階段時，底板變形過大會影響行車安全，頂板過大的位移會造成上部下穿路路面的變形開裂，影響市政道路的正常使用。經與軌道專業(yè)和市政設計單位的爭論，軌道專業(yè)和市政設計單位要求車站頂板、底板向上變形均不得大于１５ｍｍ?；谧冃蜗拗?，首先考慮加大車站構造頂、中、底板尺寸，提高車站構造自重和自身剛度減小車站變形；但過小的頂板覆土造成構造柱無法起到減小底板跨度的作用，車站頂板、底板需加厚至１．８ｍ方可滿意變形和內力要求。經方案優(yōu)缺點比選和造價分析，最終采納設置抗拔樁掌握車站變形，并相應減小主體構造尺寸。

（２）計算結果分析。抗拔樁設計可分為兩個步驟進展設計：首先基于滿意構造位移和受力要求的條件，通過試算初步確定抗拔樁的參數，計算抗拔樁模擬彈簧剛度并帶入車站構造模型進展整體計算得出彈簧節(jié)點力；然后通過樁基標準中對于抗拔樁抗拔力的計算公式得出單樁豎向承載力特征值，與之前試算的彈簧節(jié)點力進展比擬，若抗拔樁豎向承載力特征值大于抗拔樁模擬彈簧的計算節(jié)點力，抗拔樁滿意變形及受力要求，反之則需調整抗拔樁的參數。因抗拔樁下部處于中風化泥質砂巖⑤２層中，機械成孔較為困難，為減小施工難度，加快工程進度，采納１．４ｍ等直徑鉆孔灌注樁，設計樁長１５ｍ?？拱螛对O置于構造柱下及縱向柱跨的跨中位置。依據表１和（５）式計算得將地基剪切彈簧代入浮力掌握工況模型（只組合恒載，不考慮頂板上汽車輪壓荷載和中板、底板荷載），得出的內力及變形圖如圖３所示。依據圖３ａ顯示，構造最大位移為８．３ｍｍ，消失在構造中跨的跨中位置，可滿意容許位移限制。圖３ｂ中顯示抗拔樁處底板消失正值彎矩，但由于抗拔樁與地連墻的剛度差異，柱下彎矩遠小于邊支座彎矩，但構造配筋可滿意內力要求。依據模型計算結果顯示，抗拔樁下的彈簧拉力值為４５２ｋＮ。依據標準中抗拔力公式，結合抗拔樁所處土層進展計算，１５ｍ抗拔樁的抗拔力標準值。

3完畢語

依據抗拔樁的實際受力機理，借鑒日本的標準公式，得出抗拔樁的剪切彈簧值，代入主體構