大型地下綜合體抗浮設(shè)計方法研究

張思源

(中國中鐵隧道集團(tuán)有限公司,河南洛陽 230000)

某地下綜合體是集下沉廣場、地鐵車站、地下停車場、地下商場于一體的大型綜合性多功能建筑物,共有四層組成。工程場區(qū)內(nèi)地形平坦,地下水豐富。

本文擬根據(jù)該綜合體各層結(jié)構(gòu)的抗浮特點,對抗拔樁的布置和設(shè)計進(jìn)行研究,使該地下綜合體滿足整體抗浮要求。

1 模型及計算參數(shù)

1.1 計算范圍

某地下綜合體結(jié)構(gòu)沿南北方向設(shè)立了一道變形縫,其中變形縫東側(cè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,變形縫西側(cè)結(jié)構(gòu)相對單一,本次分析的范圍取變形縫東側(cè)結(jié)構(gòu),即變形縫東側(cè)所有主體結(jié)構(gòu)部分,尺寸范圍是 145m(東西方向)×170m(南北方向)。車站主體結(jié)構(gòu)為地下四層多跨整體式現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),采用明挖順筑法施工,結(jié)構(gòu)底板以下設(shè)抗拔樁輔助抗浮。

1.2 計算模型及參數(shù)

1.2.1 計算模型

某地下綜合體三維實體模型如圖 1所示。

體結(jié)構(gòu)采用板殼單元 SHELL181模擬樓板(頂板、中板、底板)和側(cè)墻,采用梁單元 BEAM 189模擬結(jié)構(gòu)梁、柱及抗拔樁。側(cè)墻、底板與基礎(chǔ)土層之間的作用采用只受壓力的桿單元 LINK 10模擬,抗拔樁端部與基礎(chǔ)土層之間的作用采用拉壓桿單元 LINK 8模擬。

1.2.2 計算參數(shù)

(1)荷載組合情況見表1所示。

圖1 計算模型

(2)地下水位。根據(jù)設(shè)計文件,地下水位考慮如下:擬建場地地形平坦,地貌上屬于岷江一級階地,地面標(biāo)高變化在501.94～503.34m,地下水非常豐富,水位標(biāo)高取為 2.5m。

(3)豎向荷載。豎向荷載主要考慮結(jié)構(gòu)自重,覆土荷載按 2m土柱考慮。地面荷載按 20 kPa考慮,人群荷載按 4 kPa考慮,設(shè)備荷載按 8 kPa考慮,列車荷載按等效均布靜載20 kPa考慮。

(4)側(cè)壓力。計算側(cè)壓力時,地下水位以下部分,砂性土按水土分算,土體側(cè)壓力按靜止土壓力計算。側(cè)向壓力按100%作用在主體結(jié)構(gòu)的側(cè)墻上。

(5)樁與土之間的摩擦力按極限側(cè)摩阻力計算結(jié)果施加在抗拔樁的節(jié)點上。極限樁側(cè)摩阻力按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-94)第 5.2.18條確定。

(6)地下綜合體采用的材料為:C 35整體式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),C 50鋼筋混凝土立柱,防水混凝土抗?jié)B等級:不小于S8?；炷恋牧W(xué)參數(shù)取值見表2。

2 結(jié)構(gòu)抗浮分析

某大型地下綜合體結(jié)構(gòu)采用抗拔樁結(jié)合結(jié)構(gòu)自重抗浮方案,抗浮分整體抗浮驗算和抗拔樁設(shè)計兩種工況。

2.1 結(jié)構(gòu)整體抗浮分析

由于車站地下水位較高,為滿足結(jié)構(gòu)抗浮的要求,結(jié)構(gòu)底板下設(shè)置抗拔樁輔助抗浮,抗浮計算結(jié)果見表3。

由此計算出結(jié)構(gòu)抗浮安全系數(shù)為 1.13,大于規(guī)范所要求的 1.05,滿足結(jié)構(gòu)的整體抗浮要求。

2.2 抗拔樁受力分析

2.2.1 各層抗拔樁受力分析

第 1～4層抗拔樁受力范圍見表4所示。

由表4可知,第 1層抗拔樁最大受力為 2 080 kN,小于該層抗拔樁的極限側(cè)摩阻力(4152 kN),可見,第 1層抗拔樁能夠滿足抗浮要求,而且富裕量較大;第 2～4層抗拔樁最大受力為 5 910 kN,小于這 3層抗拔樁的極限側(cè)摩阻力(6 643 kN),可見,第 2～4層抗拔樁能夠滿足抗浮要求,而且有一定的富裕量。

2.2.2 各層抗拔樁受力綜合分析

對各層抗拔樁總受力進(jìn)行統(tǒng)計,考慮其極限受力值,可以計算出理論樁數(shù)。但由于抗拔樁受力不均,減少樁數(shù)不是最優(yōu)方法,可以采用減少樁長和樁徑的方法,由于抗拔樁為柱下樁,樁徑不宜變化,因此,可以根據(jù)抗拔樁受力改變樁長。

根據(jù)各樁的實際受力,計算在樁達(dá)到極限狀態(tài)時所需的長度,然后將各層設(shè)計總樁長和計算總樁長進(jìn)行比較,結(jié)果見表5。

由表5可見,根據(jù)抗拔樁受力設(shè)計樁長,第一層樁長可減少 73.8%,第二層樁長可減少 42.8%,第三層樁長可減少30.3%,第四層樁長可減少 26.3%。

3 結(jié)論

(1)某地下綜合體整體抗浮安全系數(shù)為 1.13,結(jié)構(gòu)設(shè)計方案能夠滿足整體抗浮要求。

(2)某地下綜合體抗拔樁承受的力分別為:第 4層抗拔樁承受力大小為 3 390 kN～5 910 kN;第 3層抗拔樁承受力大小為 2 490 kN～5 700 kN;第 2層抗拔樁承受力大小為2 370 kN～5 320 kN;第 1層抗拔樁承受力大小為 58 kN～2080 kN。第 2～4層抗拔樁承受的力較大,第一層底板下抗拔樁承受的力不大,其中部分樁并沒有起到抗拔的作用。

(3)各層樁數(shù)均有一定程度富裕,但由于抗拔樁為柱下樁,樁徑不宜變化,因此,可以根據(jù)抗拔樁受力改變樁長。根據(jù)抗拔樁受力設(shè)計樁長,第 1層樁長可減少 73.8%,第 2層樁長可減少 42.8%,第 3層樁長可減少 30.3%,第 4層樁長可減少 26.3%。

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