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摘要：随着经济的发展，城市地下轨道交通建设也步伐加快的建设，地铁车站深埋地下，车站箱体位于地下水位以下，对车站进行承载力和正常使用极限状态设计时，必须知晓浮力概况，特别是在地下水位较高的地区，抗浮问题处理得当与否直接关系着地铁车站正常使用期间的可靠度。
关键词：地下车站；抗浮；设计；计算
引言
近年来，随着城市地下轨道交通建设规模的不断扩大，大部分地铁车站均以潜卖、明挖施工居多，而很多城市的地下水位又较高，水位也不是稳定不变，且地铁设计均是百年工程，这使得地铁车站的抗浮设计在地铁设计中占据着重要的地位。
1.项目概况
某地下二层车站，车站总长度121.1m，总高度13.49m，标准段宽度18.7m，车站轨面平均埋深15.01m，顶板面覆土厚度3m。本站地下水位较高，设计按满水位计算，自重抗浮能力不足，围护结构为土钉墙的部分考虑底板向外悬挑1.5m，利用外挑部分的土体重量抗浮，围护结构为钻孔桩的部分采用设置压顶梁；车站中柱底需设抗拔桩抗浮。
2 地质条件
本场地土（岩）自上而下分别为：人工填土层、冲（洪）积粉细砂层、冲（洪）积中粗砂层、冲（洪）积粘性土层、可塑粉质粘土层、硬塑～坚硬粉质粘土层以及全风化、强、中、微风化层。
地下水主要为第四系松散岩类孔隙水和层状基岩裂隙水，稳定水位埋深1.7～5.3m，平均2.9m。地下水位变化与地下水的赋存、补给及排泄等密切相关，每年5～10 月为雨季，大气降雨充沛，水位会明显上升，最高水位15.5m。场地内地下水对混凝土结构无腐蚀性，但对其中的钢筋有弱腐蚀性。
3 抗浮设计
3.1 抗浮方式
车站底板持力层为微风化岩层，对于地下水位高、底板埋深大且覆土少的地下车站，仅靠结构自重及覆土荷载难以满足抗浮要求，故需采取相应抗浮措施，主要有抗拔桩及抗浮锚杆两种。由于目前抗浮锚杆耐久性缺乏有效的技术控制，且锚杆与底板接头部位是防水的薄弱环节，地下车站是按使用年限100 年进行设计，根据地铁五号线技术要求，抗浮不宜采用抗浮锚杆，故本站采用抗拔桩来解决抗浮问题。同时本站的围护结构采用f 1350 人工挖孔桩，一期工程在围护桩上设压顶梁与主体结构结合，即将支护结构作为结构抗浮的一部分。
根据地质勘察报告，取抗浮设计水位为地面以下1m（城建标高15.6m）。本站顶板覆土近期1m，远期规划2m，取最不利工况为主体结构封顶后基坑已回填，顶板覆土1m，地下水位为抗浮设计水位进行抗浮驗算。
3.2 抗拔桩的设置
车站主体结构按底板支承在弹性地基上的平面框架进行内力分析，地层作用采用弹簧模拟。车站为双跨设计，抗拔桩沿纵向设置在底板跨中。抗浮计算时，主体结构承受全部水压力，为反算抗拔桩承受的抗拔力，沿车站纵向取1m 长度范围分析。
广东省标准DBJ 15-31-2003《建筑地基基础设计规范》第5.2.1 条规定，地下室抗浮稳定性验算应满足下式要求：
W F≥1.05
式中：W 为地下室自重及其上作用的永久荷载标准值的总和；F 为地下水浮力。根据地铁五号线技术要求，在不考虑主体结构侧摩阻力时，（W+R） F≥1.05（R 为抗拔桩需提供的抗拔力特征值）。标准段上部荷载总重W=结构自重（各层楼板＋侧墙+柱＋装修层）+围护桩自重+覆土重=4343.6kN m，水浮力F＝258×1×19.4+p×1.3524×15×101.35×2=5323.2kN m，R≥1.05F-G=1.05×5323.2-4343.6=1245kN m。
对于其他浅埋车站，抗拔桩基本上都设在柱下，受力模式相同，故计算时可近似简化为：单根抗拔桩抗拔力=每延米所需抗拔力×柱跨长度。但对于本站，柱跨9～10m，考虑单根抗拔桩承受的抗拔力不过大，故抗拔桩桩距取柱跨的12。
根据DBJ 15-31-2003 第5.2.1 条规定，单桩抗拔承载力特征值为：
Rta＝upΣliqsia li+0.9G0
式中：up为桩周长，up=pd，对于扩底桩（扩底直径为D），当桩长桩径≤5 时，取up=p D;；li为抗拔摩阻力折减系数，微风化岩li=0.7；qsia为桩侧土摩阻力特征值，微风化岩qsia=400kPa；li为抗拔桩长；G0为桩自重，地下水位取有效重度。本站抗拔桩直径取1.3m，扩底直径取1.8m，桩长取5.5m，Rta＝p ×1.8×0.7×400×5＋0.9×119＝8020kN。
抗拔桩有2种布置方式：①柱下及两柱中间梁下；②均匀布置在两柱间梁下。为准确模拟抗拔桩的受力工况，采用SAP2000 软件对车站进行三维整体有限元分析计算。
3.3 整体抗浮计算
各层楼板采用壳单元模拟，柱、底板、梁及抗拔桩采用杆单元模拟，由于抗拔桩底做扩大头，边界条件采用抗拔桩底部固定约束，并在结构周边设置土弹簧模拟土体对主体结构的约束。结构自重分项系数取1.0，水浮力分项系数取1.05，围护桩自重作为线荷载加在顶板侧墙上。采用该方式模拟，程序中考虑了抗拔桩混凝土的弹性模量，即考虑了抗拔桩与底纵梁共同受力的变形协调，避免了传统计算方法将抗拔桩作为底纵梁的不动支座， 因此计算所得抗拔桩的拉力与底纵梁的内力更符合实际工况。
3.4 根据计算分析由计算结果可知，采用柱下及两柱中间梁下的布置方式，桩间和桩下的抗拔桩抗拔力分别约7000kN 和4400kN，前者约为后者的1.6 倍，造成两种桩型配筋差别较大。底纵梁柱下负弯矩约4600kN•m；若采用均匀布置在两柱间梁下的布置方式，则抗拔力约5700kN，抗拔桩受力较均匀，底纵梁柱下负弯矩约3100kN•m，受力更合理。
3.5 抗拔桩的配筋首先需满足其承受抗拔力的强度要求，同时由于桩身长期位于地下水位以下，地下水对钢筋有弱腐蚀性，为防止桩身钢筋锈蚀，应满足桩身裂缝宽度限值，按缝宽不大于0.2mm 设计，计算表明桩身配筋量主要由裂缝控制且配筋量较大。桩距一般按3倍桩径控制，故桩截面受到限制，特别是抗拔桩位于底纵梁下，桩截面确定后考虑钢筋笼实际施工情况，配筋率不能过大，避免抗拔桩与底纵梁钢筋发生冲突。
4.结语
在地下车站设计时，由于地下水位变化大，通常将抗浮桩布置在柱下、纵横墙交叉处、沿外墙均匀布置，抗拔桩也起到承压桩的作用。根据本站的受力模型可知在地下车站抗浮设计时，当抗拔力较大且柱距较大时，抗拔桩在结构底板下宜对称分布在柱两边，力求使桩受荷均匀，结构受力更趋合理。抗拔桩的受力是裂缝控制，而裂缝控制对配筋率影响较大。在抗拔力较大的情况下，必须控制单根桩的抗拔力，以免配筋过密。
参考文献
[1] DBJ 15-31-2003 建筑地基基础设计规范［S］
[2] JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范［S］
关键词：地下车站；抗浮；设计；计算
引言
近年来，随着城市地下轨道交通建设规模的不断扩大，大部分地铁车站均以潜卖、明挖施工居多，而很多城市的地下水位又较高，水位也不是稳定不变，且地铁设计均是百年工程，这使得地铁车站的抗浮设计在地铁设计中占据着重要的地位。
1.项目概况
某地下二层车站，车站总长度121.1m，总高度13.49m，标准段宽度18.7m，车站轨面平均埋深15.01m，顶板面覆土厚度3m。本站地下水位较高，设计按满水位计算，自重抗浮能力不足，围护结构为土钉墙的部分考虑底板向外悬挑1.5m，利用外挑部分的土体重量抗浮，围护结构为钻孔桩的部分采用设置压顶梁；车站中柱底需设抗拔桩抗浮。
2 地质条件
本场地土（岩）自上而下分别为：人工填土层、冲（洪）积粉细砂层、冲（洪）积中粗砂层、冲（洪）积粘性土层、可塑粉质粘土层、硬塑～坚硬粉质粘土层以及全风化、强、中、微风化层。
地下水主要为第四系松散岩类孔隙水和层状基岩裂隙水，稳定水位埋深1.7～5.3m，平均2.9m。地下水位变化与地下水的赋存、补给及排泄等密切相关，每年5～10 月为雨季，大气降雨充沛，水位会明显上升，最高水位15.5m。场地内地下水对混凝土结构无腐蚀性，但对其中的钢筋有弱腐蚀性。
3 抗浮设计
3.1 抗浮方式
车站底板持力层为微风化岩层，对于地下水位高、底板埋深大且覆土少的地下车站，仅靠结构自重及覆土荷载难以满足抗浮要求，故需采取相应抗浮措施，主要有抗拔桩及抗浮锚杆两种。由于目前抗浮锚杆耐久性缺乏有效的技术控制，且锚杆与底板接头部位是防水的薄弱环节，地下车站是按使用年限100 年进行设计，根据地铁五号线技术要求，抗浮不宜采用抗浮锚杆，故本站采用抗拔桩来解决抗浮问题。同时本站的围护结构采用f 1350 人工挖孔桩，一期工程在围护桩上设压顶梁与主体结构结合，即将支护结构作为结构抗浮的一部分。
根据地质勘察报告，取抗浮设计水位为地面以下1m（城建标高15.6m）。本站顶板覆土近期1m，远期规划2m，取最不利工况为主体结构封顶后基坑已回填，顶板覆土1m，地下水位为抗浮设计水位进行抗浮驗算。
3.2 抗拔桩的设置
车站主体结构按底板支承在弹性地基上的平面框架进行内力分析，地层作用采用弹簧模拟。车站为双跨设计，抗拔桩沿纵向设置在底板跨中。抗浮计算时，主体结构承受全部水压力，为反算抗拔桩承受的抗拔力，沿车站纵向取1m 长度范围分析。
广东省标准DBJ 15-31-2003《建筑地基基础设计规范》第5.2.1 条规定，地下室抗浮稳定性验算应满足下式要求：
W F≥1.05
式中：W 为地下室自重及其上作用的永久荷载标准值的总和；F 为地下水浮力。根据地铁五号线技术要求，在不考虑主体结构侧摩阻力时，（W+R） F≥1.05（R 为抗拔桩需提供的抗拔力特征值）。标准段上部荷载总重W=结构自重（各层楼板＋侧墙+柱＋装修层）+围护桩自重+覆土重=4343.6kN m，水浮力F＝258×1×19.4+p×1.3524×15×101.35×2=5323.2kN m，R≥1.05F-G=1.05×5323.2-4343.6=1245kN m。
对于其他浅埋车站，抗拔桩基本上都设在柱下，受力模式相同，故计算时可近似简化为：单根抗拔桩抗拔力=每延米所需抗拔力×柱跨长度。但对于本站，柱跨9～10m，考虑单根抗拔桩承受的抗拔力不过大，故抗拔桩桩距取柱跨的12。
根据DBJ 15-31-2003 第5.2.1 条规定，单桩抗拔承载力特征值为：
Rta＝upΣliqsia li+0.9G0
式中：up为桩周长，up=pd，对于扩底桩（扩底直径为D），当桩长桩径≤5 时，取up=p D;；li为抗拔摩阻力折减系数，微风化岩li=0.7；qsia为桩侧土摩阻力特征值，微风化岩qsia=400kPa；li为抗拔桩长；G0为桩自重，地下水位取有效重度。本站抗拔桩直径取1.3m，扩底直径取1.8m，桩长取5.5m，Rta＝p ×1.8×0.7×400×5＋0.9×119＝8020kN。
抗拔桩有2种布置方式：①柱下及两柱中间梁下；②均匀布置在两柱间梁下。为准确模拟抗拔桩的受力工况，采用SAP2000 软件对车站进行三维整体有限元分析计算。
3.3 整体抗浮计算
各层楼板采用壳单元模拟，柱、底板、梁及抗拔桩采用杆单元模拟，由于抗拔桩底做扩大头，边界条件采用抗拔桩底部固定约束，并在结构周边设置土弹簧模拟土体对主体结构的约束。结构自重分项系数取1.0，水浮力分项系数取1.05，围护桩自重作为线荷载加在顶板侧墙上。采用该方式模拟，程序中考虑了抗拔桩混凝土的弹性模量，即考虑了抗拔桩与底纵梁共同受力的变形协调，避免了传统计算方法将抗拔桩作为底纵梁的不动支座， 因此计算所得抗拔桩的拉力与底纵梁的内力更符合实际工况。
3.4 根据计算分析由计算结果可知，采用柱下及两柱中间梁下的布置方式，桩间和桩下的抗拔桩抗拔力分别约7000kN 和4400kN，前者约为后者的1.6 倍，造成两种桩型配筋差别较大。底纵梁柱下负弯矩约4600kN•m；若采用均匀布置在两柱间梁下的布置方式，则抗拔力约5700kN，抗拔桩受力较均匀，底纵梁柱下负弯矩约3100kN•m，受力更合理。
3.5 抗拔桩的配筋首先需满足其承受抗拔力的强度要求，同时由于桩身长期位于地下水位以下，地下水对钢筋有弱腐蚀性，为防止桩身钢筋锈蚀，应满足桩身裂缝宽度限值，按缝宽不大于0.2mm 设计，计算表明桩身配筋量主要由裂缝控制且配筋量较大。桩距一般按3倍桩径控制，故桩截面受到限制，特别是抗拔桩位于底纵梁下，桩截面确定后考虑钢筋笼实际施工情况，配筋率不能过大，避免抗拔桩与底纵梁钢筋发生冲突。
4.结语
在地下车站设计时，由于地下水位变化大，通常将抗浮桩布置在柱下、纵横墙交叉处、沿外墙均匀布置，抗拔桩也起到承压桩的作用。根据本站的受力模型可知在地下车站抗浮设计时，当抗拔力较大且柱距较大时，抗拔桩在结构底板下宜对称分布在柱两边，力求使桩受荷均匀，结构受力更趋合理。抗拔桩的受力是裂缝控制，而裂缝控制对配筋率影响较大。在抗拔力较大的情况下，必须控制单根桩的抗拔力，以免配筋过密。
参考文献
[1] DBJ 15-31-2003 建筑地基基础设计规范［S］
[2] JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范［S］