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地铁车站抗浮设计中抗拔桩的结构计算研究

作者:来源:日期:2019-12-27 9:47:52人气:342
      0引言

      地铁车站的施工建设质量关乎人们的出行安全,因而,工程建设人员应对车站所处的水文地质环境进行勘查,以使最具效用的抗拔桩结构计算方法作用于实践. ,提高抗浮设计的科学有效性。但在实践过程中,地铁车站工程所处的地质水文环境复杂性与结构计算方法的多样性,增加了可靠获取抗拔桩结构计算结果的难度。此背景下,工程建设者应对最常使用的结构计算方法进行分析,即在掌握其设计控制要点与重点的情况下,使其有效作用于水文裂隙与地处断层带的地铁车站工程环境。所以,相关建设者应将其作为重点研究对象,以为地.铁车站所处的地铁线路运行稳定性得到保障,进而促进城市化建设的健康稳定发展。


      1研究地铁车站抗浮设计中抗拔桩结构计算的现实意义

      对已建地铁车站的施工使用过程进行分析,发现部分地铁车站所处的水文地质环境复杂。而地铁车站存在的埋深较大和顶板覆土搅拌等问题,均对.抗浮控制提出了结构设计要求。作为保障地铁车站抗浮设计安全与车站运行使用效果的关键,抗浮设计虽有既定的规范标准,但针对地下结构物的抗浮验算却没有规定具体方法。此工程结构设计背景下,相关建设者需对现有的地铁车站抗浮设计中抗拔桩结构计算方法进行分析,并将其作用于实际工程项目的计算,以提高方法运用的科学有效性"。2地铁车站抗浮设计中抗拔桩的结构计算方法

      2.1车站结构单元有限元模型

      以广州地铁暹岗站进行的抗浮设计过程为例,其利用SAP2000软件计算车站结构的有限元。具体的计算就是将各个层板与侧墙假设为单位长度的梁单元,并把框架柱结构按照刚度进行换算,作为单位长度厚度,而车站结构的底板与地基之间,应弹性假定,即将底板单元长度与竖向机床系数的乘积作为地基弹簧刚度。此外,在利用桩体弹簧模型进行抗拔桩的假定时,应采用有限元法进行荷载-结构模型的内力计算。如图1所示,为车站结构的有限元模型。


      2.2荷载计算与荷载组合

      地铁车站抗浮设计过程中,应考虑的荷载包括五种,即测土压力、结构自重、底板下水浮力、顶板以上覆土与各个层面楼层的恒载、作用于侧墙结构的超载问题,应采用4钟荷载组合的计算方法。如.表1所示,为抗拔桩设计荷载组合。


      2.3抗拔桩等效刚度模拟

      利用设计计算软件进行车站地下结构的抗浮设计时,应在得到整体结构内力图的情况下,进行计算效率的控制,以实现简化抗拔桩模拟的目标。就当前设计计算的技术环境来看,大刚度弹簧,是抗拔桩结构计算中最常使用的模拟方法。当桩体的弹簧模型得到了简化,就可经软件.公式以及基床系数得到弹簧刚度的大小。如此,就可输入计算模型,并对计算结果进行修正,以满足地铁车站工程实际抗浮设计的计算要求凹。

      3地铁车站抗浮设计中抗拔桩结构计算的实例分析

      广州地铁暹岗站的建设型式为地下三层,设计为双柱三跨铜筋混凝土箱型结构。车站总长约为148 m,底板埋深在24.3~32.4m,覆土厚度在3.5 m左右,标准段宽为21.4m。此工程建设背景下,抗浮设计的水平应取整平地面以下1 m,应采用明挖顺作法进行施工建设。对结构作用效果进行初步估算发现,车站四层区域底板水的浮力要高于顶板覆土重量加上结构恒载自重,因此,无法满足当前既定规范标准提出的抗浮安全控制要求。为此,抗浮设.计人员应在掌握地铁车站水文地质基本情况的基础上,进行深化设计控制。经勘察,本车站所处的地下水类型为微承压水、潜水以及基岩裂隙水。其中微承压水主要存在于残积土与混合土环境中;潜水主要存在于浅部填土层,但会受到季节性降雨的影响发生变化;基岩裂隙水主要存在于基岩凤化帝.节理裂陈与断层破碎带环境中。从总体角度来看,地铁车站所处的水文环境具有富水程度差异大且连通性不高特点,将大幅增加车站工程抗浮设计的难度。

      此建设环境背景下,针对抗拔桩的平面布置,设计人员采用了以下原则:首先,布置抗拔桩时,应尽可能地避免群桩效应,即将桩侧摩阻力利用起来,并把中心距与净距控制在既定的规范标准要求以内。其次,将抗拔桩设置在柱下与底板梁下,相关人员应充分考虑到其对底板梁的受力影响,来控制抗拔桩作用带来的不稳定性问题。最后,作用于底板底的抗拔桩,设计人员应通过对其抗剪、抗冲切以及抗弯承载力的性能进行验算,以确保结构作用的安全可靠性。值得注意的是,对于抗拔桩根数与单根长度的设计,相关人员应根据结构的防水要求与结.构受力情况来进行各项施工因素的综合考量。配筋设计时,地铁车站抗浮设计中抗拔桩作用稳定性控制人员应根据荷载运用组合设计方法,通过内力计算来确定抗拔桩的长度与数量设置。此外,在另外两组荷载组合的作用下,还可求出抗拔桩的标注值与轴力设计值。值得注意的是,配筋面积的有效设计控制,应在强度与裂缝控制的计算条件下,将较大值作为设计计算结果。而承载力的计算,以本地铁车站抗浮设计中抗拔桩的竖向抗拔承载力为例,其在实践作用过程主要集中在两个部分,即抗拔桩与中风化闪长岩的自重和破裂面岩石强度抗力。实际设计计算过程中,抗浮验算荷载组合为1时,承载力的计算应充分考虑到破裂面岩石强度所带来的抗力问题。当抗浮验算的荷载为2时,考虑安装的竖向承载力控制,仅考虑到破裂面内中凤化闪长岩自重与抗拔桩,即可对结构作用的承载力计算进行精准控制。此过程中,设计人员还应考虑到破裂面岩石强度所产生的抗力影响。这里的中凤化闪长岩所带来破坏模式为圆锥形剪切破坏、圆柱形剪切破坏与圆锥形冲切破坏。由此得出的三种计算结果,应取最小值为地铁车站抗拔桩的抗拔承载力。这里的圆锥形破坏承载力计算分为两种,即剪切破坏与冲切间。


      4结语

      综上所述,地铁车站的建设使用,是提升所在区城城市化发展水平的关键。工程建设者除了要提高抗浮设计的质量效果,还应结合工程所处的水文地质环境,以采用最有效的结构设计方案。例如,对于抗拔桩结构的配筋设计,相关人员应根据荷载组合方法,来确定抗拔桩的长度与数量。此外,还应根据防水与结构受力情况,来对抗拔桩的布置因素进行分析控制,以提高作用于抗浮设计的有效性。为此,地铁车站工程的建设者应综合多方面因素来为抗浮设计的抗拔桩提供设计依据,满足工程建设使用的安全可靠要求。

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