地铁车站抗浮设计方法探讨

地铁车站抗浮设计是地铁设计的重要内容,对工程造价影响较大,但在设计参数、抗浮计算等方面一直存在争议.从工作经验出发,结合最新规范、专家意见,系统介绍了地铁车站抗浮设计涉及的抗浮水位选取、抗浮计算、抗浮措施等,阐述了个人对分歧的看法及原因,并根据地铁工程的特点,针对地铁车站抗浮设计时容易出现的问题提出了自己的方法和建议.     

挤扩支盘桩在某地铁车站抗浮工程中应用

详细地介绍了挤扩支盘桩在地铁车站抗浮工程中的应用和挤扩支盘桩的设计原理、施工方法和力学特性以及在抗浮工程中的优越性及经济性。为保证地铁车站的安全顺利通车打下了技术基础,为今后类似地下构筑物抗浮设计、施工积累了宝贵的经验。     

锚索抗浮桩试验及分析

当前,随着国民经济的快速发展,地下结构物如地下停车场、地下商场等的开发与利用越来越广泛,其抗浮问题亦日益受到关注。与压重法、摩擦抗浮法、基板延伸法、降排截水法以及大口径抗浮桩(如预应力管桩、钻孔桩、人工挖孔桩)等相比,抗浮锚杆(索)(一般直径小于300mm)由于采用高压注浆工艺,使浆液能渗透到岩土体的空隙与裂隙中,锚杆(索)的侧摩阻力较大,更有利于抗浮,具有受力合理、工期短、造价低、施工便捷、节省建材等诸多优点,已在各大中城市的工程建设中迅速推广使用。文章介绍了锚索抗浮桩在昆明某工程中进行抗拔试验概况,并对试验结果进行分析,得出相关结论并提出适用于下一阶段进行抗浮设计所需的土力学指标及有关施工工艺参数的建议。其锚索抗浮桩试验经验可供同类工程借鉴与参考。     

软土地下结构的地震土压力分析研究

在软土室内动力试验和有限元有效应力动力反应分析基础上,采用一种能够全面考虑软土振动孔压上升及消散、震陷、土-结构动力相互作用等因素的软土地下建筑物抗震稳定分析方法,对上海地铁一号线典型地铁车站结构进行地震土压力计算分析。据此对各类常用地震土压力简化计算方法进行评价,为今后改进地震土压力计算方法、提高软土地下建筑抗震设计水平提供了依据。     

沉井侧壁摩阻力室内试验研究

沉井侧壁摩阻力的大小和分布是沉井结构设计以及助沉方法选择的依据。目前,其计算方法带有较强的经验性,计算结果与实际情况往往存在较大差异。为了进一步认识和掌握其分布规律,研制了能够直接测量沉井侧壁阻力的微型摩阻力仪,并对其准确性、稳定性和可靠性进行了验证;然后,利用该仪器以及静态应变测试系统等电测设备开展沉井下沉阻力的模型试验。试验表明：随着入土深度的增加,沉井侧壁摩阻力的变化特征可分为3个阶段,在第1阶段,侧壁摩阻力随深度的增加接近线性增加;在第2阶段,随着深度的增加,侧壁摩阻力总体仍是上升的,但其上升速率则有所降低,在下沉一定深度后,摩阻力达到峰值;在第3阶段,侧壁摩阻力随入土深度的增加而逐渐减小。运用极限分析理论,对上述变化规律的原因进行了分析。上述试验及分析成果可作为现场原位测试数据的补充,两者共同为沉井下沉阶段的侧壁摩阻力计算研究提供基础数据支持。     

土-地下结构体系地震反应的简化分析方法

基于Penzien提出的土-结构动力相互作用分析的集中质量模型,考虑等价土体的层间剪切刚度与阻尼效应,提出了土-地下结构动力相互作用体系地震反应分析的简化分析方法,选取具有不同地震动特性的Taft波、汶川地震什邡八角波和松潘波作为基岩水平向输入地震动,采用该简化方法和二维有限元法对土-地铁地下车站结构体系的地震加速度反应特性进行了对比分析,结果表明：简化方法计算的地铁地下车站结构峰值加速度反应大于二维有限元法计算的地铁地下车站结构峰值加速度反应,两者的差异与输入地震动特性有关,但其随地铁地下车站结构高度变化的总体趋势较为一致;随着输入地震动强度的增大,其差异程度也有所加大。该简化方法可合理反映土-地下结构体系的动力相互作用效应,可作为地下结构抗震设计分析的一种辅助方法。     

抗拔桩设计方法

当地下水位较高时,地下车库等附属建筑物不得不对抗浮问题进行考虑,抗拔桩被越来越多的应用于工程中。依据工程实例对抗拔桩设计荷载条件、抗浮桩单桩承载力设计、抗浮桩桩身结构设计、群桩地基整体稳定性、单位面积抗浮力、抗拔桩抗裂分别进行了阐述,以及抗拔桩设计中应考虑的问题进行了论述。     

临江地下结构主被动联合抗浮方法及应用

临江场地的地下水位受外江水位影响,具有长期水位较低、短期汛期水位极高的特点。临江场地内的地下结构,若仅采用抗拔桩或抗拔锚杆等常规被动抗浮措施进行抗浮,将抗浮设防水位取为地表高程显然是偏危险的,但按50年一遇和100年一遇水位采用常规被动抗浮措施进行抗浮设计又显然是不经济的,成本极高。基于此,提出抗浮范畴临江结构的定义及其“排水廊道+常规抗浮措施”的主被动联合抗浮的方法。根据临江承压圆湖公式,考虑越流效应,给出了临江排水廊道简化计算分析方法并进行了有限元验证。临江地下结构利用排水廊道进行防洪渡汛,保证汛期地下结构水荷载稳定,消除汛期高水压对结构产生的极端水荷载,而对于平时非汛期水位的作用则利用常规抗浮措施进行考虑。廊道只在汛期高水位时起防洪渡汛作用,排水减压不会引起环境影响问题,同时其耐久性也容易保证。最后介绍利用此方法进行抗浮的实际工程。     

抗拔桩承载特性研究与三维数值仿真分析

随着城市建设的发展,地铁、地下停车场、地下商场等地下建筑更加普遍,且呈现多样化、复杂化、深入化的发展趋势,使得地下结构物的抗浮稳定性逐渐突显,其中设置抗拔桩是结构抗浮的主要工程措施之一。本文分析了抗拔单桩与群桩的地基破坏模式并揭示抗拔桩的工作机理,应用ABAQUS大型有限元软件对抗拔单桩模型以及群桩模型分别进行了数值模拟,从桩身应力、桩周土体、桩侧阻力等多个角度分析抗拔承载力的影响因素以及群桩效应,结合工程实例分析抗拔群桩距径比()对抗拔承载力及地基变形的影响。结果表明: 在上拔力作用下,单桩中的应力集中于轴心,沿半径及深度递减,桩侧摩阻力自上而下逐渐减小,但随着向上位移的增大而增大; 当基桩的距径比减小时,承载力折减系数增大,群桩效应显著,桩间土与桩有整体被拔起的趋势,不利于结构的抗浮稳定性; =3和=6可以作为划分群桩效应程度的界限。     

稳定流抽水试验渗透系数的对比分析

渗透系数是工程降水设计重要的水文地质参数之一,由于水文地质本身的复杂性和计算的多样性,致使渗透系数计算值往往存在着较大的差异。以西安地铁某车站地下车站段抽水试验为例,采用完整井稳定流数学计算模型,运用了单井法、观测井法、考虑井损的单井法、水位恢复法4种方法综合确定黄土的渗透系数。     

雄安至北京大兴国际机场快线起步区地下段结构抗浮设防水位取值研究

抗浮设防水位直接影响到地下结构的安全与建设费用,在地下结构建设中至关重要,因此,科学合理地确定地下结构的抗浮设防水位具有巨大的社会意义和经济价值。本文以“雄安新区至北京大大兴国际机场快线地下工程段”为研究对象,系统分析了研究区水文地质条件以及地下水位年内年际动态变化规律,利用数值模拟法和类比预测法确定了地下结构抗浮设防水位标高建议值。结果表明,该场地区域浅层地下水水位埋深一般为5.0～20.0m,地下水水位标高一般为–10.0～1.0m。近五年场地浅层地下水水位标高一般为–5～–10 m,埋深一般为3.0～15.0 m,地下水位逐年升高,回升速率约1.0 m/a。地下结构抗浮设防水位标高取值建议取使用期抗浮设防水位采用数值模拟法预测结果。该成果服务了“雄安新区至北京大兴国际机场快线(R1线)”项目场地抗浮设计,为雄安新区重大工程建设项目的抗浮安全设计提供了示范。     

地下室抗浮设防水位标高取值的讨论以及抗浮措施

地下水勘察是岩土工程勘察的一项重要任务。近年来,带有深基坑的高层建筑和地下广场式建筑大量兴建,一旦地下水可能高于地下室基础底板时,必须提供合理的抗浮设计水位,并对地下室抗浮有关问题提出建议。因此,抗浮水位的合理确定问题,它直接涉及到工程的安全性和成本问题,而实际中抗浮水位情况是比较复杂的,抗浮水位的标高取值尤其对一些水位变化大的地方,一直纠结于业内人士。抗浮水位取高了则造成浪费,估算低了则容易出事故,危险性很大。本文结合了不同的地貌地质和水文地质等条件探讨并总结了如何合理的确定地下室的抗浮水位以及相应抗浮措施,运用工程实例区别于传统的“拉压抗浮”设计方法,倡导节能绿色技术以“疏”代“抗”的疏水降压方法及时的降低地下水位,满足地下室抗浮要求。为相应的勘察与设计、施工单位确定抗浮水位或抗浮措施提供参考依据。     

考虑开挖卸荷影响的桩侧摩阻力等效计算方法

基坑开挖后的卸荷回弹会导致桩侧摩阻力减小,但这一影响仅局限于基坑底部一定深度范围内。在计算开挖后的桩侧摩阻力时,可将卸荷视为作用在坑底的均布上拔荷载。当荷载作用在地表以下,土体附加应力应采用Mindlin应力解。定义基于Mindlin解计算开挖后桩侧摩阻力与开挖前变化为5%时的深度为开挖影响计算深度Hc,开挖深度和宽度对Hc的影响明显,土体内摩擦角的影响较小,而泊松比的影响可以忽略。据此推导出Hc的计算公式。开挖卸荷导致的竖向附加应力,Boussinesq解求得的结果大于Mindlin解,但随着深度增加,二者差异逐渐减小。分别针对开挖深度、宽度和内摩擦角不同取值的216种组合进行计算,结果表明,Hc范围内基于Mindlin解求得的桩侧摩阻力与基于Boussinesq解结果的比值? 最大为1.124,最小为1.001。工程实践中为偏于安全,可直接采用Boussinesq解进行桩侧摩阻力计算。     

考虑土参数自相关距离影响的单桩可靠性设计方法

在岩土工程设计中,准确地衡量土层参数的空间变异性决定了设计结构的可靠性和经济性,土参数的自相关距离是反映其空间变异性的一个重要指标。目前对于自相关距离与结构可靠性之间的关系的研究还很不完善。本文以单桩可靠性设计为例,选取工程场地的静力触探试验数据,引入随机场理论描述侧摩阻力和锥尖阻力的分布特征,利用递推平均法计算各地基土层侧摩阻力和锥尖阻力的自相关距离,在描述土层侧摩阻力和锥尖阻力的分布特征时考虑了自相关距离的影响,进一步结合蒙特卡洛法计算单桩的可靠指标。结果表明土参数取值考虑自相关距离的影响后,降低了土参数分布的离散程度,计算的单桩可靠指标更高。在保证桩基安全度的前提下,设计结果能够降低工程成本。     

深基坑开挖卸荷对下卧既有地铁隧道的影响分析

长沙田汉大剧院地下空间商业项目一期基坑工程位于地铁1号线某区段正上方,坑底距隧道顶的最小距离约为6.2m。基坑坑底位于圆砾层中,地下水较丰富,考虑到降水对周边环境的影响,基坑工程采用封闭式止水帷幕并设置抗浮锚索。基坑开挖、降水引起的土体卸荷、地下水渗流,以及施工的抗浮锚索,共同影响坑底土体回弹,从而对下卧地铁隧道产生影响,如何分析与计算其影响成为该项工程的重点和难点。为此先通过两种常用的回弹变形估算方法计算坑底回弹量和隧道隆起位移;然后利用MIDAS GTS有限元软件建立三维数值分析模型,分别进行3种工况的模拟,包括不考虑地下水渗流影响并不采用抗浮锚索工况,考虑应力渗流耦合但不采用抗浮锚索工况,考虑应力渗流耦合并采用抗浮锚索工况。对比分析表明:帷幕渗透率较低时,考虑应力渗流耦合与不考虑渗流影响的坑底回弹和隧道隆起位移模拟结果基本一致;规范推荐估算方法在合理修正其卸荷应力,并确定合理的卸荷影响深度后,其计算结果与数值模拟结果相近。所得成果可为优化设计和施工提供有益的参考,并为类似工程提供借鉴。     

秦巴山区软岩地基桥桩承载性状试验研究

为了研究软岩地基桥桩的荷载传递性状、破坏机理,并获取在该地质条件下更为可靠的桩基计算参数,对秦巴山区软岩地基3根钻孔灌注试桩进行竖向静载试验。结果表明：秦巴山区软岩地基桥桩试桩荷载沉降曲线呈陡降型,实测竖向极限承载力为20 500kN,桩的破坏方式为桩身材料强度破坏;淤泥质亚黏土地层中的碎石起到一定的骨架作用,增强了此地层桩极限侧阻力,发挥极限侧阻力所需的桩土（岩）相对位移为4～8mm;强风化砾岩表现为加工软化型,发挥极限侧阻力所需的桩土（岩）相对位移为3～8mm;中风化砂砾岩表现为明显的加工硬化型,所需的桩岩相对位移大,且桩极限侧阻力的特征点不明显;淤泥质亚黏土地层桩侧阻力占总荷载的60%～70%,随着桩顶荷载的逐步加大,该地层桩侧阻力所占比例不断下降,而嵌岩段桩侧阻力所占比例逐渐上升,达到55%～65%,嵌岩段桩侧阻力沿桩深的分布曲线表现出非线性的特征;试桩为端承摩擦桩,桩端阻力约占桩顶荷载的20%左右,且未充分发挥,在上部结构允许的沉降范围内,适当增加桩端的沉降有利于端阻力的发挥;桩侧阻力先于端阻力发挥,建议单桩承载力设计时分别采用不同的端阻力和侧阻力安全系数。     

大断面矩形顶管上跨施工对既有地铁隧道变形影响研究

大断面矩形顶管上跨既有地铁隧道施工过程中,由于近距离开挖出土卸荷,导致既有地铁隧道产生上浮变形,危及地铁运营安全。本文以北京市通州区畅和西路(兆善大街—潞阳大街)综合管廊矩形顶管工程为背景,采用FLAC3D有限差分软件建立了大断面矩形顶管上跨既有地铁隧道的三维数值模型,研究了双线矩形顶管上跨施工引起地铁隧道上浮的变形规律以及采用不同抗浮配重对既有地铁隧道的变形影响,并将模拟结果与现场监测数据进行对比,验证了数值模型的准确性。研究结果表明:双线顶管上跨施工引起地铁隧道的上浮变形大于单线顶管引起的上浮变形,且最大上浮变形均位于顶管隧道轴线处;施加与开挖损失土体近似重量的配重,可改变地铁隧道原有水平变形规律,导致先穿越的地铁隧道整体向始发井方向移动,后穿越的地铁隧道整体向接收井方向移动。随抗浮配重的增加,地铁隧道上浮位移减小,所受拉应力减小,且施加开挖损失土体重量50%的抗浮配重,可以将地铁上浮变形控制在1.4 mm以内;研究成果为该工程地铁隧道抗浮设计提供了参考依据。