大型综合地下交通枢纽结构抗浮设计

马登堂

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102627）

0 前言

随着我国高铁建设的蓬勃发展，高铁站前交通枢纽作为城市与高铁换乘的纽带，变得尤为重要。枢纽作为地下结构的一种，具有以下独特之处：①体量更大，满足高铁人流及车流需求；②埋深更深，满足高铁、地铁换乘功能；③为保证站前广场的开阔性及景观效果，地上无建筑物或仅为两三层的服务用房；④作为换乘空间，周边存在既有地铁线路或常伴随着地铁建筑的同步建设。

鉴于此，此类工程设计的核心所在就是抗浮设计。本文结合武进综合交通枢纽工程抗浮设计实践，对此类地下建筑设计要点进行详细阐述。

1 工程概况

本工程为武进站综合交通枢纽工程，是以武进站为中心的综合客运枢纽。地处常州市武进高新区北部，建筑总面积84945m2：其中地下建筑面积共计73385m2，包含北侧的地下停车库和南侧的地铁用房，地下停车库范围315m×130m，代表轴网8.4m×9.0m，两层层高分别为4.8m、4.2m；地铁用房，范围243m×21.3m，三层层高分别为4.8m、9.3m、9.0m；地上建筑面积共计11560m2，功能为枢纽服务楼和综合服务中心，分别为两层和三层的框架结构。

2 抗浮水位

抗浮设计水位是指基础深度内起主导作用的地下水层在建筑运营期的最高水位，其数值的确定，需综合各方面因素综合考虑，国内学者对此也做了大量研究，虽有区别，但总体原则为：以区域水文地质条件为基础，结合当地地形地貌、地下水补给等因素综合确定[1]。

本项目所处江苏省常州市，地表水系极为发育，主要河流有长江、京杭大运河等，湖泊主要有太湖、滆湖。根据大运河常州站统计资料分析，本地区属常州市城市防洪二类地区，抗洪水位为3.90m（黄海高程）。

本场地地下水按其埋藏条件主要为上层滞水和浅层承压水。上层滞水分布于填土层中，水位为自然地面以下0.50～1.20m；承压水有两层，Ⅰ层承压水为自然地面下，Ⅱ层承压水为地面下2.10～2.90m、8.50～9.30m，主要补给源为滆湖水的侧向补给和越流补给，水位年变化幅度范围在1.0～1.50m之间。

根据江苏省当地相关政策，抗浮水位宜取建成后的设计室外地坪下0.5m（无专门排水措施时）；根据规范相关条文，对地势平坦、岩土透水性等级为弱透水及以上且疏排水不畅的场地，抗浮水位为设计室外地坪高程。综合当地经验并结合本工程特点，抗浮水位取二者不利值，即室外地坪高程。

3 抗浮措施

抗浮从原理上来说可从两方面入手：①降低水压力，即主动抗浮；②采取措施抵抗水压力，即传统的被动抗浮。

主动抗浮的原理是从控制基底土体水压力入手，通过排水、隔水或泄水等方式降低基础底板压力，从而达到建筑自重本身即可抵抗住水浮力的目的，可以从源头上上解决抗浮问题。但这种方法尚不成熟，工作机制、计算方法、适用条件等均有待深入研究[2]，工程实践经验较少，因此本工程扔采用被动抗浮设计。

被动抗浮又可细分为两种：①增加建筑自重，即“压住”水浮力；②采用抗拔锚杆、抗拔桩，即“拉住”建筑物。本工程抗浮水位较高，抵抗水浮力所需配重较大，为满足配重回填，地下室埋深势必会变得更深，进一步加大了水浮力的同时也增加了地下层高，经济性较差。根据地质条件，综合比较经济性、施工周期等因素后，采用抗拔桩法作为抗浮措施。

桩型选择上，可采用预应力管桩和钻孔灌注桩。对本工程而言，预应力混凝土管桩质量较其他桩型更为可靠，且施工速度快，但施工时会产生强烈的挤土效应，会对本工程的深基坑支护结构产生不利影响，尤其本工程区域东侧为正在运行的既有地铁1号线，为降低施工带来的影响，本工程抗拔桩桩型仍采用钻孔灌注桩。

4 抗拔桩设计

4.1 地质概况

本场地土层分布较稳定，地层层序较完整，典型图层剖面如图1所示。

图1 典型土层剖面

4.2 抗浮设计计算

根据《建筑工程抗浮技术标准（JGJ476—2019）》（以下简称《抗浮标准》），本工程抗浮工程等级为甲级[3]，施工期间、使用期间稳定安全系数KW分别为1.05、1.10。

根据整体计算结果，本工程浮力共计3594203.43kN，结构自重为994815.38kN（组合系数1.0），覆土取平均值2m，压重为1145055.96kN（组合系数0.9）。因此需桩提供的抗拔力共计：

1.1 ×3594203.43-994815.38-0.9×1145055.96=1928258.03kN

根据地勘建议，采用直径为800mm的钻孔灌注桩，持力层为⑨2层，根据土层指标，钻孔灌注桩抗拔承载力特征值计算后取为1200kN，计算所需抗拔桩共计1607根（桩身自重作为安全储备），根据柱底荷载，区分桩底布桩，如图2所示，最终布桩1648根，抗浮稳定安全系数计算值为1.14，满足规范要求。

根据道路规划，本工程汽车坡道需下穿北侧龙跃路，长度约360m。汽车坡道与地下车库设缝处理，因此汽车坡道抗浮单独考虑。坡道与车库近端为最大净高处，约3.5m，上覆土高度2.2m；远端为净高最小处，约2.4m，上覆土高度为0，且出地面路段顶盖敞空，上设置轻钢玻璃雨棚。因汽车坡道仅一层，且上覆土厚度随坡度变化，因此汽车坡道的抗浮验算分区段进行：①坡道与车库近端，建筑自重及覆土压力即可满足抗浮要求，无须布桩；②坡道与车库远端：虽无覆土自重，但埋深较浅，所需抗拔桩提供支撑较小，故根据浮力大小通过调整桩间距满足抗拔要求；③坡道与车库中部：为坡道下穿市政道路区段，仅靠自重及覆土无法满足抗浮要求，间距12m布置抗拔桩。

图2 柱下布桩

5 抗拔计算结果

根据抗浮标准，地下结构底板抗浮构件变形，应满足：

式中：Sd-作用组合的变形设计值；C-设计对变形规定的限值。根据计算结果，本工程在浮力和恒载作用下最大位移为20.1mm，满足规范200mm的限值要求。

6 结论

近年来因强降雨导致的地下室整体隆起、结构构件破损问题日益突出，综合交通枢纽作为地下功能性建筑的一种，因其独特的特点，导致抗浮是此类建筑设计时的重中之重，就本工程设计经验，总结如下：

（1）科学确定抗浮设计水位是抗浮设计的前提，尤其当当地长期水文观测资料匮乏时，需综合考虑当地地质及地下渗流，进行专项论证确定。

（2）因地制宜的选取合适的抗浮措施：本工程结合当地施工经验、综合考虑经济性指标，采用抗拔桩法，通过计算分析，是合理的。

（3）地下交通枢纽常伴随着地铁工程的同步建设或建设过程中存在既有地铁线路的正常运行，选择抗浮措施时应充分考虑周边环境的影响。本工程选取钻孔灌注桩而非预应力管桩，就是基于此考虑。