城市敏感区硬岩地层地铁车站抗拔桩兼立柱桩方案

（中交一公局厦门工程有限公司，福建厦门 361021）

1 工程概况

地铁车站建设于闹市区，周边现状建（构）筑物的总量较多，存在浅基础、间距小等问题，如车站外边线与既有建筑的距离未达到2 m。立柱桩施工为重点内容，兼顾工程主体质量及周边居民生产生活的正常开展是基础目标。在传统抗拔桩施工中，一般采用旋挖钻成孔工艺，相对双轮铣工艺，具有噪声大、一次成孔（槽）截面小、对周边环境影响大等特征。本工程施工场地空间狭小，围护结构采用双轮铣成槽施工，可减少设备投入，加大立柱桩的截面，减少桩体结构数量，噪声污染小，不会对周边环境造成过大干扰。

2 基坑开挖对立柱桩的影响

基坑开挖期间，随着土体逐步卸荷，易导致坑内土体出现不同程度的隆起变形现象，坑内立柱桩被迫上抬，严重时将直接断裂，同时支撑体系的变形幅度加剧，内支撑稳定性明显不足，围护结构的变形量增加，易诱发大规模的安全事故。应对立柱桩的受力特性形成准确认识，根据现场地质条件及基坑施工规模等方面的信息，合理设置施工立柱桩，充分发挥立柱桩的受力作用。

3 硬岩地层施工条件下的地铁车站立柱桩方案设计

3.1 立柱桩参数

考虑地面全水头的水浮力，在此条件下验算立柱桩的参数。根据地质勘察资料可知，覆土最小厚度3 m，而关于抗浮设计断面的具体指标以及取值。

车站抗浮计算断面值如表1所示。

表1 本车站抗浮计算断面值

由表1可知，结构自重、覆土重合计为3 488.07 kN/m，结构自重及覆土重抗浮安全系数均在1.05以内，需对其采取切实可行的抗浮措施，具体为增设抗拔桩和压顶梁的方法，两类结构每延米应当具备的抗浮力需达到3 463 kN。在抗拔桩的分布中，中间部分的桩体受力条件特殊，承受1/2车站宽度的浮力，确定每边压顶梁需承受的力，源于1/4车站宽度的浮力。由于立柱桩的受力条件良好，因此将其作为抗拔桩使用，截面尺寸为1 m×2.8 m，配筋为76根Φ28的钢筋，桩长为12 m。

抗拔桩侧摩阻力计算如表2所示。

表2 抗拔桩侧摩阻力计算

由表2可知，单根抗拔桩的抗拔力为10 416 kN，抗拔桩拔力标准值为6 584 kN，该值满足要求。

3.2 车站整体浮力分析

3.2.1 施工监测

基坑内的土体伴有持续的卸荷现象，导致坑周土体的应力状态随时间的推移而发生变化，支撑和立柱桩的受力状态有所改变，应加强施工监测，以便判断立柱桩的隆沉量，作为施工的参考依据。混凝土施工中，在立柱处埋设60 cm的钢筋，外露部分1 cm，采用水准测量的方法，根据测量结果对立柱桩、所处的支撑体系的稳定性进行判断。

3.2.2 时空分析

开挖深度的逐步增加将导致立柱桩的隆沉量发生变化，基坑开挖初期，立柱和立柱桩可相互配合，发挥抗隆的作用，在上部荷载的作用下，立柱桩存在小幅度的沉降现象。随着基坑开挖进程的持续推进，当其达到8 m时，立柱表现出隆起现象；开挖深度在8～14m 时，立柱的隆起速率大幅度增加[1]。

在该受力关系下，相邻立柱桩存在明显的差异沉降，支撑梁受力难以共处相同的平面，由于立柱与支撑节点间存在附加应力，可能会出现结构开裂的情况。应适当加大配筋量，通过此方式提高节点的强度和刚度。待开挖至基坑底部时，立柱经过前期的持续隆起，已达到最大值，后续逐步趋于稳定。在立柱桩隆起全过程中，最后一层土的开挖为最薄弱的环节，是重点控制对象。

3.3 车站立柱桩整体沉降规律

立柱桩的隆沉存在明显的时空效应，相邻立柱桩均存在隆沉现象，但其幅度存在差异，加大立柱桩的差异性沉降。通过钢系梁的应用，可以连接各立柱桩，使其构成整体结构，加之基坑围护结构的协同作用，营造安全的施工环境。若立柱桩间的差异沉降过大，会加剧钢系梁的受损程度，导致立柱桩围护系统难以完全发挥承载作用。结合地铁车站深基坑施工经验，差异沉降不宜超过20 mm，同时需满足不超过1/400柱距的要求。若差异沉降过大，会导致围护结构的附加应力大幅度增加，由此出现较明显的剪力和弯矩，在部分特殊的施工环境中，会干扰基坑开挖的稳定性。对此，需要准确探索立柱桩的沉降规律，制定合适的施工方案。

3.4 立柱桩位移分析

基坑开挖全流程中，土体位移的变化在各阶段均有其特定的表现，开挖初期虽然存在土体卸荷现象，但卸荷量相对较小，土体位移量微弱，开挖深度逐步加大，坑底的土体会发生较大幅度的变化。对于立柱桩的竖向隆沉效应，其主导因素在于基坑内土体回弹影响深度和桩长。因此，若可有效控制立柱桩的插入深度（满足桩长超过坑底土体回弹影响深度的要求），可发挥立柱桩下端摩阻力的应用优势，提供抗上浮力，减小立柱桩的隆沉量[2]。在设计中，应重点考虑立柱桩的插入比及土体加固深度。

（1）立柱桩插入比。硬岩地层施工条件下，以1∶1.5为宜，此时立柱桩的隆起量可以减少24.93%；若插入比超过1∶1.5，此时隆沉量虽存在变化但幅度较小，因此不宜超过该值，避免建筑材料投入量过大而实际应用效果甚微。

（2）土体加固深度。以3 m较为合适，此条件下立柱桩的隆起量可减少19.90%。若坑底土体加固达到3 m且立柱桩隆沉量可以满足要求，无须额外采取增加土体加固深度的方法。

4 结语

综上所述，基坑开挖期间，受土体卸荷的影响，立柱桩将产生隆沉效应，导致支撑的跨中挠度改变，支撑的附加弯矩较大。通过对立柱桩隆沉问题的分析，采取相应的方案，可营造安全的基坑开挖施工环境，减少围护钢筋配筋量，可保障建筑安全，提升施工质量、效益。