地鐵車站結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)

大家好巢掺！今天我又開(kāi)始做我的推文了扯再，近來(lái)瑣事繁多，頗感煩倦址遇，推文亦有懈怠熄阻，幸好，很認(rèn)真的做一件有意義的事情倔约，可以讓我平靜下來(lái)秃殉！

有同學(xué)認(rèn)為數(shù)值軟件學(xué)起來(lái)晦澀難懂，相應(yīng)的操作規(guī)定各有不同浸剩，工作后用的又很少（不搞科研）钾军，干嘛浪費(fèi)時(shí)間去學(xué)習(xí)？我認(rèn)為理由有道理绢要，但是學(xué)習(xí)數(shù)值軟件不在于你學(xué)會(huì)了軟件后怎樣吏恭！而是在于這個(gè)過(guò)程你會(huì)不斷接受新的事物，不斷運(yùn)用你從小學(xué)到大的數(shù)學(xué)重罪、物理知識(shí)樱哼，同時(shí)也將力學(xué)、編程與專業(yè)巧妙結(jié)合剿配，讓你在不能做花費(fèi)巨大的實(shí)驗(yàn)的情況下搅幅，大概搞清楚專業(yè)與工程實(shí)際的聯(lián)系！這實(shí)際上就是在鍛煉你的綜合能力呼胚，你想要完成你的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)茄唐，就要不斷思考、試錯(cuò)蝇更、修改和創(chuàng)新沪编，這些過(guò)程對(duì)于一個(gè)本科生（研究生）能力的提升是巨大的，相信你能做好這件事年扩，到了單位你就能比別人強(qiáng)得多蚁廓！

不代做土木工程畢業(yè)設(shè)計(jì)，我確實(shí)沒(méi)有時(shí)間常遂，同時(shí)能力還不夠纳令，可能不能提供正確指導(dǎo)挽荠，但是有疑問(wèn)可以留言討論克胳！

從本專題開(kāi)始，我的文章也將同步推送到簡(jiǎn)書上圈匆，大家可以在該APP上搜索文章題目或"swjtu_ry"關(guān)注我漠另！

本節(jié)介紹地下結(jié)構(gòu)抗浮計(jì)算，抗浮計(jì)算并不是畢業(yè)設(shè)計(jì)關(guān)注重點(diǎn)跃赚，甚至很多同學(xué)不予考慮笆搓，實(shí)際上這部分大有文章性湿，希望本文能夠簡(jiǎn)潔明白的梳理出這部分內(nèi)容，讓各位對(duì)于抗浮設(shè)計(jì)和計(jì)算有一個(gè)清晰地認(rèn)識(shí)Ｂ堋（限于只到畢業(yè)設(shè)計(jì)水平肤频，暫時(shí)僅做二維計(jì)算）

每篇推文都要強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容：數(shù)值軟件僅僅是工具，重點(diǎn)當(dāng)然是地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與原理算墨，按照原理的要求宵荒，盡可能的模擬好主要構(gòu)件、主要因素及主要作用净嘀，才能得到比較切合工程實(shí)際的結(jié)果报咳！

ANSYS 用的比較熟悉后，建議大家開(kāi)始學(xué)習(xí)APDL編程挖藏，這種參數(shù)化編程的優(yōu)點(diǎn)在于適用復(fù)雜模型暑刃、新產(chǎn)品研制以及對(duì)模型有少量修改后需進(jìn)行多次重復(fù)分析的計(jì)算，推薦教材為龔曙光膜眠、黃云清《有限元分析與ANSYS APDL編程及高級(jí)應(yīng)用》岩臣。

今天介紹七號(hào)線獅子山站站廳層文化墻，這里靠近川師宵膨，文藝氛圍濃厚婿脸；由于獅子山站靠近李劼人故居“菱窠”，故文化墻主體為李劼人的作品《死水微瀾》柄驻、《暴風(fēng)雨前》及《大波》等狐树，這些作品均以近代成都為背景，描寫川人社會(huì)生活與歷史巨變鸿脓！

在土木工程中抑钟，大多數(shù)荷載在地球重力的作用下，都是豎直向下的野哭，即使不向下在塔，最多也是側(cè)向（風(fēng)載），但是你有沒(méi)有想過(guò)有個(gè)奇葩荷載居然豎直向上拨黔，對(duì)蛔溃，這個(gè)奇葩就是地下工程中的水浮力。實(shí)際上水浮力很多時(shí)候在地下工程中屬于控制荷載篱蝇，在地鐵車站結(jié)構(gòu)中贺待，如果地鐵結(jié)構(gòu)側(cè)壁與土體的摩擦力和結(jié)構(gòu)總自重小于水浮力，那么車站結(jié)構(gòu)就會(huì)像上浮零截，上浮過(guò)大車輛不能正常運(yùn)行麸塞，嚴(yán)重時(shí)結(jié)構(gòu)變形破壞，因此涧衙，避免此類事故發(fā)生的關(guān)鍵就是進(jìn)行車站和區(qū)間抗浮設(shè)計(jì)哪工，如上所述奥此，抗浮設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是求出水浮力。

那么雁比，怎么求出水浮力呢稚虎？先撇開(kāi)地下水與巖土條件和抗浮設(shè)計(jì)參數(shù)確定的復(fù)雜性，工程上很多設(shè)計(jì)都力求簡(jiǎn)單粗暴偎捎，方便設(shè)計(jì)和施工祥绞，于是有人提出：只要確定一個(gè)最高水位（抗浮設(shè)計(jì)水位），即可用簡(jiǎn)單的公式算出基礎(chǔ)底面的水壓力鸭限。

這個(gè)簡(jiǎn)單公式我們單獨(dú)說(shuō)一下蜕径，有兩種計(jì)算方法，第一種是基于水力學(xué)败京，靜水壓力在各個(gè)方向相等兜喻，用水的容重乘以抗浮設(shè)計(jì)水位到基底高度就可以算出水壓力，這其實(shí)是不合理的赡麦，只有在地下水滲流條件好朴皆，巖土分層性質(zhì)不明顯時(shí)才基本準(zhǔn)確，但是此法計(jì)算偏于安全泛粹。

另外一種方法是基于阿基米德浮力原理遂铡，這我們初中就學(xué)過(guò)，浮力的大小就等于排出去水的重力晶姊，我認(rèn)為這個(gè)方法更不合理扒接，只有在純液體環(huán)境下此法才適用！

現(xiàn)在我們討論這種取最高水位作為抗浮設(shè)計(jì)水位的問(wèn)題们衙；第一個(gè)疑問(wèn)是什么時(shí)候的最高水位钾怔？歷史最高水位、近期最高水位...即使確定了較為可靠地最高水位蒙挑，若地層巖土差異較大宗侦，相應(yīng)的各層巖土賦存的地下水形態(tài)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律也不相同，那么真實(shí)基底水壓力又該如何確定忆蚀？實(shí)際上矾利，根據(jù)張?jiān)诿髟菏康难芯浚姿畨毫Υ笮〔⒉煌耆Q于水位高低馋袜，還與地下水賦存形態(tài)相關(guān)男旗！以靜水壓力狀態(tài)來(lái)計(jì)算確定抗浮措施，雖然偏于安全桃焕，但往往在多數(shù)情況下基底壓力估計(jì)過(guò)高剑肯，會(huì)造成較大工程浪費(fèi)捧毛！

上圖轉(zhuǎn)自“毒舌校園”微信公眾號(hào)观堂，是七號(hào)線最大亮點(diǎn)車站—金沙博物館站让网，整個(gè)七號(hào)線的元素都結(jié)合了古蜀文明，其中最為常見(jiàn)的符號(hào)圖案為“太陽(yáng)神鳥(niǎo)”圖騰圖案师痕，可以說(shuō)這個(gè)符號(hào)就代表成都溃睹！這個(gè)圖案反映了人類早期樸素的世界觀和宇宙觀。車站的這一設(shè)計(jì)烘托出古蜀文明厚重歷史感胰坟！

①浮力計(jì)算采用采用何種水壓力因篇？

根據(jù)GB50517-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，作用在地下結(jié)構(gòu)上的水壓力笔横，原則上應(yīng)采用孔隙水壓力竞滓，但孔隙水壓力的確定比較困難，從實(shí)用和偏于安全考慮吹缔，設(shè)計(jì)水壓力一般都按靜水壓力計(jì)算商佑。

然而，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員厢塘，我們需要知道真正處于靜止?fàn)顟B(tài)的地下水很少茶没，水在土體中多是滲流狀態(tài)（滲流）；水中的孔隙是地下水儲(chǔ)存的場(chǎng)所晚碾，又是地下水運(yùn)動(dòng)的通道抓半，由滲流分析計(jì)算出的孔隙水壓力分布，才是地下水對(duì)建筑工程的真實(shí)作用格嘁。（張?jiān)诿鳎?/p>

②抗浮設(shè)防水位該如何確定笛求？

一般情況下作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，我們一般是將勘察報(bào)告中提供抗浮設(shè)防水位直接拿來(lái)用糕簿，但還是應(yīng)該知道抗浮設(shè)防水位的確定方法涣易！

GB50517-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說(shuō)明中解釋了設(shè)計(jì)地下水位問(wèn)題：

由于超靜定結(jié)構(gòu)某些構(gòu)件中的某些截面是按測(cè)壓力或底板水反力最小情況控制設(shè)計(jì)的，所以在確定設(shè)計(jì)地下水位時(shí)冶伞，應(yīng)分別考慮最高水位和最低水位兩種情況新症。

也就是說(shuō)，在ANSYS計(jì)算中至少應(yīng)該分為最高設(shè)計(jì)水位和最低設(shè)計(jì)水位兩種工況來(lái)計(jì)算响禽，然后求出兩種情況內(nèi)力包絡(luò)圖來(lái)進(jìn)行配筋徒爹。

此規(guī)范未規(guī)定抗浮設(shè)計(jì)水位方法！

GB50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》09版中4.1.13條規(guī)定：

詳細(xì)勘察應(yīng)論證地下水在施工期間對(duì)工程和環(huán)境的影響芋类。對(duì)情況復(fù)雜的重要工程隆嗅，需論證使用期間水位變化和需提出抗浮設(shè)防水位時(shí)，應(yīng)進(jìn)行專門研究侯繁。

在其修訂說(shuō)明中解釋道：

抗浮設(shè)防水位是很重要的設(shè)計(jì)參數(shù)胖喳，但要預(yù)測(cè)建筑物使用期間水位可能發(fā)生的變化和最高水位有時(shí)相當(dāng)困難，不僅與氣候贮竟、水文地質(zhì)等自然因素有關(guān)丽焊，有時(shí)還涉及地下水開(kāi)采较剃、上下游水量調(diào)配、跨流域調(diào)水等復(fù)雜因素技健，故規(guī)定應(yīng)進(jìn)行專門研究写穴。

JGJ-2004《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》8.6.1地下室抗浮評(píng)價(jià)基本內(nèi)容：

?當(dāng)?shù)叵滤桓哂诘叵率一A(chǔ)底板時(shí)，根據(jù)場(chǎng)地所在地貌單元雌贱、地層結(jié)構(gòu)啊送、地下水類型和地下水位變化情況，結(jié)合地下室埋深欣孤、上部荷載等情況馋没，對(duì)地下室抗浮有關(guān)問(wèn)題提出建議；

? ? 根據(jù)地下水類型降传、各層地下水位及其變化幅度和地下水補(bǔ)給披泪、排泄條件等因素，對(duì)抗浮設(shè)防水位進(jìn)行評(píng)價(jià)搬瑰；

8.6.2場(chǎng)地地下水位抗浮設(shè)防水位的綜合確定宜符合下列規(guī)定：

? ? 當(dāng)有長(zhǎng)期水位觀測(cè)資料時(shí)款票，場(chǎng)地抗浮設(shè)防水位可采用實(shí)測(cè)最高水位；無(wú)長(zhǎng)期水位觀測(cè)資料時(shí)或資料缺乏時(shí)泽论，按勘察期間實(shí)測(cè)最高穩(wěn)定水位并結(jié)合場(chǎng)地地形地貌艾少、地下水補(bǔ)給、排泄條件等因素綜合確定翼悴；

? ? 場(chǎng)地有承壓水且與潛水有水力聯(lián)系時(shí)缚够，應(yīng)實(shí)測(cè)承壓水水位并考慮其對(duì)抗浮設(shè)防水位的影響；

? ? 只考慮施工期間的抗浮設(shè)防時(shí)鹦赎，抗浮設(shè)防水位可按一個(gè)水文年的最高水位確定谍椅；

8.6.3地下水賦存條件復(fù)雜、變化幅度大古话、區(qū)域性補(bǔ)給和排泄條件可能有較大改變或工程需要時(shí)雏吭，應(yīng)進(jìn)行專門論證，提供抗浮設(shè)防水位的咨詢報(bào)告陪踩。

根據(jù)上述三本規(guī)范的規(guī)定杖们，我們可以認(rèn)為抗浮設(shè)防水位的確定要依據(jù)工程條件，若場(chǎng)地內(nèi)地下水分布清楚肩狂、巖土條件也不復(fù)雜摘完，則抗浮設(shè)防水位的確定主要依據(jù)觀測(cè)資料，并結(jié)合其他影響因素修正傻谁；然而孝治，當(dāng)場(chǎng)地條件復(fù)雜，地下水分布徑流條件不明晰、其他干擾因素較多谈飒，工程重要性等級(jí)高岂座，那么就必須對(duì)其地下水情況做專項(xiàng)調(diào)查計(jì)算和論證，最終確定抗浮設(shè)防水位步绸。

根據(jù)張?jiān)诿髟菏克摹兜叵滤c建筑基礎(chǔ)工程》掺逼，關(guān)于抗浮設(shè)防水位有如下解釋：

歷史最高水位吃媒、近期最高水位瓤介，都不能直接作為抗浮水位提供。要提供一個(gè)比較客觀的設(shè)計(jì)抗浮水位標(biāo)高赘那，必須要有長(zhǎng)期觀測(cè)資料刑桑，了解各層地下水的賦存形態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，作滲流分析求取地下水對(duì)基底的壓力募舟，按基底最大壓力提供抗浮水位標(biāo)高祠斧。也就是說(shuō)，正確確定基礎(chǔ)底面處地下水的壓力拱礁，是提供建筑物設(shè)計(jì)抗浮水位標(biāo)高的前提琢锋。基底的水壓力并不完全取決于水位的高低呢灶，還和水的存在形態(tài)相關(guān)吴超。書中具體實(shí)例驗(yàn)證了將水壓力按傳統(tǒng)靜水狀態(tài)確定的做法，估計(jì)過(guò)高鸯乃，造成浪費(fèi)鲸阻。

誠(chéng)如張?jiān)菏克?以基底的孔隙水壓力作為抗浮水位標(biāo)高提供才是科學(xué)的,基底的孔隙水壓力與水位高低有關(guān),還與水在土體中的連通條件有關(guān)。

綜上所述缨睡，傳統(tǒng)的“抗浮設(shè)防水位”的提法是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)哪胥玻诳垢◎?yàn)算中應(yīng)該考慮地下水的賦存體系和滲流特征，而不是在復(fù)雜的水文及地質(zhì)分布的條件下奖年，只是簡(jiǎn)單的依靠地下水位一個(gè)條件來(lái)確定地下結(jié)構(gòu)基底處的浮力大小细诸，在這個(gè)基礎(chǔ)上,張?jiān)诿髟菏刻岢隽恕暗刃Э垢≡O(shè)計(jì)水位”，并且提出了如何合理的確定“等效抗浮設(shè)計(jì)水位”：

i 通過(guò)對(duì)工程所在地的地下水賦存狀態(tài)進(jìn)行研究以后劃分其賦存狀態(tài)的特征區(qū)域陋守；

ii 結(jié)合工程所在地最近50年地下水位變化的歷史規(guī)律及工地周圍的土層分布揍堰，研究分析出地下水位的主要影響因素；

iii 對(duì)工程周圍的地下水位進(jìn)行全程的監(jiān)測(cè)及預(yù)報(bào)嗅义；

iv 通過(guò)研究施工場(chǎng)地的滲流特征及其對(duì)場(chǎng)地內(nèi)孔隙水壓力分布規(guī)律的影響屏歹。

③具體抗浮驗(yàn)算方法

GB50517-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)按最不利情況進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算≈耄抗浮安全系數(shù)當(dāng)不計(jì)地層側(cè)摩阻力時(shí)不應(yīng)小于1.05蝙眶；當(dāng)計(jì)及地層側(cè)摩阻力時(shí)，根據(jù)不同地區(qū)的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，可采取1.01~1.15的抗浮安全系數(shù)幽纷；

這里需要解釋為何根據(jù)地層側(cè)摩阻力來(lái)分類驗(yàn)算方法式塌！

實(shí)際上這里的側(cè)摩阻力主要是指圍護(hù)結(jié)構(gòu)和抗拔樁的側(cè)摩阻力，在驗(yàn)算前是還沒(méi)有設(shè)計(jì)抗拔樁友浸，所以主要討論圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)摩阻力峰尝，然而是否計(jì)入圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)摩阻力是有要求的，根據(jù)地下連續(xù)墻與主體結(jié)構(gòu)連接的不同收恢，有兩種工法施作形式武学，即疊合墻與復(fù)合墻，疊合墻是指圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)襯通過(guò)鋼筋連接在一起共同抵抗水土壓力伦意；而復(fù)合墻在圍護(hù)結(jié)構(gòu)與內(nèi)襯間設(shè)置有防水層火窒。

對(duì)于疊合墻當(dāng)然可以考慮連續(xù)墻的側(cè)摩阻力，圍護(hù)與主體結(jié)構(gòu)共同抗竿匀狻熏矿！然而復(fù)合墻就要看情況，若復(fù)合墻結(jié)構(gòu)設(shè)置了壓頂梁离钝，頂板通過(guò)壓頂梁將主體結(jié)構(gòu)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)連作一個(gè)整體票编，這種形式的復(fù)合墻結(jié)構(gòu)也可以考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)摩阻力，若未設(shè)置壓頂梁卵渴，則這時(shí)主體結(jié)構(gòu)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)完全脫開(kāi)慧域，是不可以考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)摩阻力抗浮的。

這兩種情況導(dǎo)致了抗浮計(jì)算時(shí)采用兩種不同方法奖恰。但對(duì)于考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)摩阻力情況吊趾，往往先不計(jì)算側(cè)摩阻力，而是僅僅考慮結(jié)構(gòu)自重和覆土重瑟啃，如要驗(yàn)算滿足论泛，則將圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)摩阻力視為地下結(jié)構(gòu)的抗浮安全儲(chǔ)備，但該計(jì)算方法顯然會(huì)造成浪費(fèi)蛹屿。

GB50517-2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定抗浮驗(yàn)算條件：

（1）覆土淺屁奏、結(jié)構(gòu)大而深；

（2）從隧道向地面過(guò)渡的敞口段错负。

這里第一條是針對(duì)車站坟瓢，也就是說(shuō)，車站體積越大犹撒，底板面積越寬折联，承受的浮力越大，而覆土淺則抵抗浮力的力又小识颊，當(dāng)然很可能抗浮不滿足诚镰。

另規(guī)定，在驗(yàn)算結(jié)構(gòu)抗浮穩(wěn)定性時(shí)，對(duì)浮力清笨、抗浮力的計(jì)算及抗浮安全系數(shù)的取值需慎重骏掀。下圖是規(guī)范給出的各城市抗浮安全系數(shù)：

關(guān)于抗拔樁側(cè)阻力計(jì)算队伟，在JGJ94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中的抗拔樁基承載力驗(yàn)算中有具體規(guī)定谨设，如下圖：

抗浮計(jì)算具體公式可以參考GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》诊县，前面的論述也表達(dá)了類似公式：

建筑物基礎(chǔ)存在浮力作用時(shí)應(yīng)進(jìn)行抗浮穩(wěn)定性驗(yàn)算，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

對(duì)于簡(jiǎn)單的浮力作用情況检号，基礎(chǔ)抗浮穩(wěn)定性應(yīng)符合下式要求：

同時(shí)腌歉，上述規(guī)范規(guī)定基礎(chǔ)浮力可按阿基米德原理計(jì)算。

具體計(jì)算細(xì)節(jié)我將在下一節(jié)以具體實(shí)例展開(kāi)谨敛，這里需要注意側(cè)摩阻力計(jì)算問(wèn)題：

上述表13-抗浮安全系數(shù)的說(shuō)明列中究履，上海地區(qū)軟黏土較普遍滤否，因此側(cè)摩阻力取值折減了一般來(lái)驗(yàn)算抗浮脸狸，其余地區(qū)則沒(méi)有。

而GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中條文說(shuō)明也有如下說(shuō)法：

采用抗浮構(gòu)件（例如抗拔樁）等措施時(shí)藐俺，由于其產(chǎn)生抗拔力伴隨位移發(fā)生炊甲，過(guò)大的位移量對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是不允許的，抗拔力取值應(yīng)滿足位移控制條件欲芹。采用本規(guī)范附錄T 的方法確定的抗拔樁抗拔承載力特征值進(jìn)行設(shè)計(jì)對(duì)大部分工程可滿足要求卿啡，對(duì)變形要求嚴(yán)格的工程還應(yīng)進(jìn)行變形計(jì)算。

再結(jié)合葉俊能菱父、劉干斌等人的論文颈娜，要注意地鐵車站允許在運(yùn)營(yíng)過(guò)程產(chǎn)生的隆起變形僅有1~2mm，而達(dá)到抗拔樁設(shè)計(jì)抗拔力對(duì)應(yīng)的上拔量卻近10mm浙宜，而側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值取值就對(duì)應(yīng)抗拔樁基承載力標(biāo)準(zhǔn)值官辽，那么若要抗拔樁發(fā)揮側(cè)摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值，相應(yīng)的上拔量要達(dá)到10mm粟瞬，顯然不被工程允許同仆，所以我們應(yīng)對(duì)計(jì)算出來(lái)的側(cè)摩阻力折減后進(jìn)行抗浮驗(yàn)算。上述葉裙品、劉等人根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到抗拔樁分別上拔1mm和2mm時(shí)對(duì)應(yīng)的樁側(cè)總摩阻力約占極限摩阻力的10%和25%俗批，因此，取樁側(cè)摩阻力為靜力觸探所得極限摩阻力的10%和25%驗(yàn)算抗浮市怎，在實(shí)際計(jì)算中岁忘，變形是未知的，因此需要同時(shí)假定抗浮措施多次驗(yàn)算變形至變形與抗浮措施耦合（可采用ANSYS三維梁板模型）区匠。此外干像，要注意實(shí)際側(cè)摩阻力計(jì)算根據(jù)樁來(lái)確定，而對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)摩阻力能否用樁的側(cè)摩阻力來(lái)代替，同濟(jì)大學(xué)的李桂花等人研究得出：地下連續(xù)墻側(cè)壁阻力和端阻力與灌注樁有同樣的性質(zhì)蝠筑，可取灌注樁同類性質(zhì)承載力的平均值狞膘。

④抗浮措施及其比選

若驗(yàn)算抗浮安全系數(shù)不能滿足要求，則應(yīng)采取抗浮措施什乙。措施分為施工階段措施和使用階段措施挽封，這里介紹使用階段措施，現(xiàn)將各種抗浮措施優(yōu)劣比較總結(jié)成表格（橫屏觀看）：

以下是ANSYS實(shí)體建模來(lái)模擬各種抗浮措施：

上述措施中臣镣，現(xiàn)階段地鐵車站使用較多的是抗拔樁辅愿、圍護(hù)與主體結(jié)構(gòu)聯(lián)合抗浮和壓重抗浮，但實(shí)際工程應(yīng)根據(jù)工程具體特點(diǎn)忆某、地質(zhì)水文情況点待、場(chǎng)地條件和基坑周圍環(huán)境等因素綜合使用，更可以多種抗浮措施綜合使用進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)弃舒。

以下實(shí)例選自王平 抗拔樁和壓頂梁對(duì)明挖地鐵車站內(nèi)力影響分析

深圳地鐵 7 號(hào)線筍崗站是明挖地下三層側(cè)式車站癞埠， 采用復(fù)合墻。車站標(biāo)準(zhǔn)段寬度為 15. 9 m聋呢， 高度21. 34 m苗踪，縱向柱跨 9 m，橫向柱跨 8m削锰， 頂板通铲、負(fù)二層樓板、側(cè)墻厚 800 mm器贩， 負(fù)一層樓板厚 400 mm颅夺， 底板厚1100 mm，柱尺寸為 800 mm × 1 200 mm蛹稍。車站覆土計(jì)算深度為 3. 9 m吧黄，地下連續(xù)墻長(zhǎng) 29. 28 m，縱梁寬1m稳摄，頂稚字、中1、中2厦酬、底縱梁高度分別2.2m胆描、1.1m、1.1m仗阅、2m昌讲。

場(chǎng)地地下水為第四系孔隙水及基巖裂隙水〖踉耄勘察期間穩(wěn)定地下水位埋深1.5m~5.30m短绸，抗浮設(shè)計(jì)時(shí)车吹，水浮力按全水頭計(jì)算，地下水水位按1m計(jì)算醋闭，為比較最高水位與最低水位窄驹，假定最低水位埋深為16m，ANSYS比較兩種工況計(jì)算結(jié)果的內(nèi)力值证逻。地層參數(shù)如下表所示：

整個(gè)結(jié)構(gòu)縱向取1m進(jìn)行計(jì)算乐埠。

首先僅考慮主體結(jié)構(gòu)抗浮：

抗浮設(shè)計(jì)方案一：采用抗浮措施為抗拔樁：

這種情況可以增大抗浮樁長(zhǎng)度和直徑囚企，但這里我們考慮第二種方案丈咐，頂板增設(shè)壓頂梁，將主體結(jié)構(gòu)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)聯(lián)合起來(lái)抗浮龙宏，并同時(shí)采用上述抗拔樁：

故抗浮滿足要求棵逊！

以下命令流我用了約7個(gè)小時(shí)編出來(lái)的，僅能簡(jiǎn)要比較有無(wú)抗浮措施結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力上的變化银酗，要比較準(zhǔn)確的模擬有無(wú)抗浮措施的情況辆影，需要建立三維模型分析！

!swjtu_tumu_sui_2016_class1

/com,structural

/title,chezhan_kangfu

/filnam,CZKF_0327,1

/clear??

/prep7??

!為逐步提高能力花吟，嘗試采用參數(shù)化建模

bq_h=0.8!板秸歧、側(cè)墻厨姚、連續(xù)墻衅澈、中柱層中板厚度

zb1_h=0.4? ?!負(fù)一層中板厚度

db_h=1.1? !底板厚度

zk=9? !縱跨

hk=8? !橫跨

cq1=6 !負(fù)一層側(cè)墻高

cq2=7 !負(fù)二層側(cè)墻高

cq3=8.3 !負(fù)三層側(cè)墻高

zhu_h=1.2 !中柱

tc1=2.7? ?!從上到下各土層高度

tc2=6.4

tc3=7.2

tc4=7.0

tc5=5.98

futu=3.9 !覆土厚度

qr_h=tc1+tc2+tc3+tc4+tc5-cq1-cq2-cq3-futu? !擋墻嵌入深度

et,1,beam3? !主體結(jié)構(gòu)用梁?jiǎn)卧?/p>

et,2,link10? ? !土層壓縮彈簧只受壓

keyopt,2,3,1 !若受拉，則單元失效=刪去

r,1,bq_h*1,bq_h*bq_h*bq_h/12,bq_h? ? !頂板谬墙、側(cè)墻和負(fù)二層中板

r,2,zb1_h*1,zb1_h*zb1_h*zb1_h/12,zb1_h? ? !負(fù)一層中板

r,3,db_h*1,db_h*db_h*db_h/12,db_h? ? !底板

r,4,bq_h*zhu_h/9,(bq_h*zhu_h/9)**3/12,bq_h*zhu_h/9? ?!中柱等效墻

r,5,bq_h*1*1,bq_h**3*1/12,bq_h? !連續(xù)墻

r,6,1*bq_h? !側(cè)墻及連續(xù)墻鏈桿

r,7,1*1? ?!其他所有鏈桿面積

mp,ex,1,31.5e9? !材料? C35所有墻和板

mp,prxy,1,0.2? ?

mp,dens,1,2500??

mp,ex,2,34.5e9? !C50中柱等效墻

mp,prxy,2,0.2? ?

mp,dens,2,2500? ?

mp,ex,3,3e16? !側(cè)墻及連續(xù)墻鏈桿

mp,ex,4,22e6? !link10填土壓縮彈簧彈性系數(shù)

mp,dens,4,2550?

mp,ex,5,30e6? !link10粉質(zhì)黏土壓縮彈簧彈性系數(shù)

mp,dens,5,2550?

mp,ex,6,47e6? !link10黏土壓縮彈簧彈性系數(shù)

mp,dens,6,2550?

mp,ex,7,91e6? !link10強(qiáng)風(fēng)化巖壓縮彈簧彈性系數(shù)

mp,dens,7,2550?

mp,ex,8,130e6? !link10中風(fēng)化巖壓縮彈簧彈性系數(shù)

mp,dens,8,2550?

k,1,,,?

k,2,hk,0,0

k,3,hk*2,0,0

kgen,2,1,3,1,,cq3,,3,,0

kgen,2,1,3,1,,cq3+cq2,,6,,0

kgen,2,1,3,1,,cq3+cq2+cq1,,9,,0

k,13,-(bq_h+bq_h)/2,-qr_h,

k,14,-(bq_h+bq_h)/2,tc5-qr_h,

k,15,-(bq_h+bq_h)/2,tc5-qr_h+tc4,

k,16,-(bq_h+bq_h)/2,tc5-qr_h+tc4+tc3,

k,17,-(bq_h+bq_h)/2,tc5-qr_h+tc4+tc3+tc2,

k,18,-(bq_h+bq_h)/2,tc5-qr_h+tc4+tc3+tc2+tc1,

kgen,2,13,18,1,((bq_h+bq_h)/2)*2+16,,,6,,0

*do,i,1,2

l,i,i+1

*enddo

*do,i,4,5

l,i,i+1

*enddo

*do,i,7,8

l,i,i+1

*enddo

*do,i,10,11

l,i,i+1

*enddo

*do,i,0,2

l,1+3*i,1+3*(i+1)

*enddo

*do,i,0,2

l,3+3*i,3+3*(i+1)

*enddo

*do,i,0,2

l,2+3*i,2+3*(i+1)

*enddo

*do,i,13,17

l,i,i+1

*enddo

*do,i,19,23

l,i,i+1

*enddo

lsel,s,line,,7,8,1? !頂板劃分網(wǎng)格

lesize,all,,,8,1,1, , ,1

latt,1,1,1? ?!材料今布，實(shí)常數(shù)，單元號(hào)

lsel,s,line,,5,6,1? !頂板劃分網(wǎng)格

lesize,all,,,8,1,1, , ,1

latt,1,2,1? ?!材料拭抬，實(shí)常數(shù)部默，單元號(hào)

lsel,s,line,,3,4,1? !頂板劃分網(wǎng)格

lesize,all,,,8,1,1, , ,1

latt,1,1,1? ?!材料，實(shí)常數(shù)造虎，單元號(hào)

lsel,s,line,,1,2,1? !頂板劃分網(wǎng)格

lesize,all,,,8,1,1, , ,1

latt,1,3,1? ?!材料傅蹂，實(shí)常數(shù)，單元號(hào)

lsel,s,line,,17? !中柱墻劃分網(wǎng)格

lesize,all, ,,6,1,1, , ,1

latt,2,4,1? ?!材料算凿，實(shí)常數(shù)份蝴，單元號(hào)

lsel,s,line,,16? !中柱墻劃分網(wǎng)格

lesize,all, ,,7,1,1, , ,1

latt,2,4,1? ?!材料，實(shí)常數(shù)氓轰，單元號(hào)

lsel,s,line,,15? !中柱墻劃分網(wǎng)格

lesize,all, ,,8,1,1, , ,1

latt,2,4,1? ?!材料婚夫，實(shí)常數(shù)，單元號(hào)

lsel,s,line,,11,14,3? ? !右署鸡、左上側(cè)墻劃分網(wǎng)格

lesize,all, ,,6,1,1, , ,1

latt,1,1,1? ?!材料案糙，實(shí)常數(shù)限嫌，單元號(hào)

lsel,s,line,,10,13,3? ? !右、左中側(cè)墻劃分網(wǎng)格

lesize,all, ,,7,1,1, , ,1

latt,1,1,1? ?!材料时捌，實(shí)常數(shù)怒医，單元號(hào)

lsel,s,line,,9,12,3? ? !右、左下側(cè)墻劃分網(wǎng)格

lesize,all, ,,8,1,1, , ,1

latt,1,1,1? ?!材料奢讨，實(shí)常數(shù)裆熙，單元號(hào)

lsel,s,line,,22,27,5? ? !連續(xù)墻

lesize,all, ,,3,1,1, , ,1

latt,1,5,1? ?!材料，實(shí)常數(shù)禽笑，單元號(hào)

lsel,s,line,,21,26,5? ? !連續(xù)墻

lesize,all, ,,6,1,1, , ,1

latt,1,5,1? ?!材料入录，實(shí)常數(shù)，單元號(hào)

lsel,s,line,,20,25,5? ? !連續(xù)墻

lesize,all, ,,7,1,1, , ,1

latt,1,5,1? ?!材料佳镜，實(shí)常數(shù)僚稿，單元號(hào)

lsel,s,line,,19,24,5? ? !連續(xù)墻

lesize,all, ,,7,1,1, , ,1

latt,1,5,1? ?!材料，實(shí)常數(shù)蟀伸，單元號(hào)

lsel,s,line,,18,23,5? ? !連續(xù)墻

lesize,all, ,,6,1,1, , ,1

latt,1,5,1? ?!材料蚀同，實(shí)常數(shù)，單元號(hào)

allsel

lmesh,all

!側(cè)墻鏈桿

type,2

mat,3

real,6

e,52,149

e,86,148

e,85,147

e,84,146

e,83,145

e,82,137

e,35,143

e,81,142

e,80,141

e,79,140

e,78,139

e,77,138

e,76,130

e,18,136

e,75,135

e,74,134

e,73,133

e,72,132

e,71,131

e,70,124

e,69,129

e,1,128

type,2

mat,3

real,6

e,61,179

e,104,178

e,103,177

e,102,176

e,101,175

e,100,167

e,44,173

e,99,172

e,98,171

e,97,170

e,96,169

e,95,168

e,94,160

e,27,166

e,93,165

e,92,164

e,91,163

e,90,162

e,89,161

e,88,154

e,87,159

e,10,158

nsel,s,loc,y,0? !底板土彈簧

nsel,r,loc,x,0,16

ngen,2,500,all, , ,,-1,? ,1

type,2

mat,8

real,7

*do,i,1,17

e,i,i+500

*enddo

nsel,s,node,,501,517,1

d,all,all

nsel,s,loc,x,-0.8? !連續(xù)墻土彈簧

ngen,2,500,all, , ,-1,,? ,1

type,2

mat,4

real,7

*do,i,150,152

e,i,i+500

*enddo

e,144,644

type,2

mat,5

real,7

*do,i,145,149

e,i,i+500

*enddo

e,137,637

type,2

mat,6

real,7

*do,i,138,143

e,i,i+500

*enddo

e,130,630

type,2

mat,7

real,7

*do,i,131,136

e,i,i+500

*enddo

e,124,624

type,2

mat,8

real,7

*do,i,125,129

e,i,i+500

*enddo

e,123,623

nsel,s,loc,x,-1.8??

d,all,all

nsel,s,loc,x,16.8? !連續(xù)墻土彈簧

ngen,2,500,all, , ,1,,? ,1

type,2

mat,4

real,7

*do,i,180,182

e,i,i+500

*enddo

e,174,674

type,2

mat,5

real,7

*do,i,175,179

e,i,i+500

*enddo

e,167,667

type,2

mat,6

real,7

*do,i,168,173

e,i,i+500

*enddo

e,160,660

type,2

mat,7

real,7

*do,i,161,166

e,i,i+500

*enddo

e,154,654

type,2

mat,8

real,7

*do,i,155,159

e,i,i+500

*enddo

e,153,653

nsel,s,loc,x,17.8? !連續(xù)墻土彈簧

d,all,all

allsel

!連續(xù)墻認(rèn)為不能被拔動(dòng)

d,123,all

d,153,all

!加荷載 不考慮組合

acel,0,9.8,0? ? !自重

*do,i,49,64? ? !頂板所有壓力

sfbeam,i,1,pres,95600,95600

*enddo

!中板荷載（估計(jì)值）

*do,i,33,48??

sfbeam,i,1,pres,8000,8000

*enddo

!中板荷載（估計(jì)值）

*do,i,17,32??

sfbeam,i,1,pres,12000,12000

*enddo

*do,i,1,16? ? !底板水壓力

sfbeam,i,1,pres,-242000,-242000

*enddo

!液面上連續(xù)墻土壓力

sfbeam,156,1,pres,9000,0

*do,i,154,155? ? !填土連續(xù)墻土壓力

sfbeam,i,1,pres,18000-(i-154)*4500,18000-(i-153)*4500

*enddo

*do,i,148,153? ? !粉質(zhì)粘土連續(xù)墻土壓力

sfbeam,i,1,pres,48000-(i-148)*5000,48000-(i-147)*5000

*enddo

*do,i,141,147? ? !黏土連續(xù)墻土壓力

sfbeam,i,1,pres,87000-(i-141)*5570,87000-(i-140)*5570

*enddo

*do,i,134,140? ? !強(qiáng)風(fēng)化巖連續(xù)墻土壓力

sfbeam,i,1,pres,127000-(i-134)*5714,127000-(i-133)*5714

*enddo

*do,i,132,133? ? !中風(fēng)化巖連續(xù)墻土壓力

sfbeam,i,1,pres,142000-(i-132)*7500,142000-(i-131)*7500

*enddo

*do,i,128,131? ? !中風(fēng)化巖連續(xù)墻土壓力

sfbeam,i,1,pres,142000,142000

*enddo

!液面上連續(xù)墻土壓力

sfbeam,185,1,pres,-9000,0

*do,i,183,184? ? !填土連續(xù)墻土壓力

sfbeam,i,1,pres,-18000+(i-183)*4500,-18000+(i-182)*4500

*enddo

*do,i,177,182? ? !粉質(zhì)粘土連續(xù)墻土壓力

sfbeam,i,1,pres,-48000+(i-177)*5000,-48000+(i-176)*5000

*enddo

*do,i,170,176? ? !黏土連續(xù)墻土壓力

sfbeam,i,1,pres,-87000+(i-170)*5570,-87000+(i-169)*5570

*enddo

*do,i,163,169? ? !強(qiáng)風(fēng)化巖連續(xù)墻土壓力

sfbeam,i,1,pres,-127000+(i-163)*5714,-127000+(i-162)*5714

*enddo

*do,i,161,162? ? !中風(fēng)化巖連續(xù)墻土壓力

sfbeam,i,1,pres,-142000+(i-161)*7500,-142000+(i-160)*7500

*enddo

*do,i,157,160? ? !中風(fēng)化巖連續(xù)墻土壓力

sfbeam,i,1,pres,-142000,-142000

*enddo

!連續(xù)墻超載

SFCUM,PRES,ADD? ?!原荷載基礎(chǔ)上再添加荷載

*do,i,128,156? ? !連續(xù)墻超載

sfbeam,i,1,pres,10000,10000

*enddo

*do,i,157,185? ? !連續(xù)墻超載

sfbeam,i,1,pres,-10000,-10000

*enddo

!側(cè)墻水壓力

*do,i,65,85? ?

sfbeam,i,1,pres,242000-(i-65)*10142,242000-(i-64)*10142

*enddo

!側(cè)墻水壓力

*do,i,86,106? ?

sfbeam,i,1,pres,-242000+(i-86)*10142,-242000+(i-85)*10142

*enddo

抗浮措施參考王平等論文的做法啊掏，抗拔樁柱網(wǎng)交點(diǎn)允許向上1mm位移蠢络，壓頂梁允許底側(cè)側(cè)墻角點(diǎn)向上有2mm位移。

d,2,uy,0.001

d,10,uy,0.002

d,1,uy,0.002

allsel,all

/SOL

SOLVE

/POST1

alls

pldisp,2

esel,s,type, ,1

etable,,smisc,6

etable,,smisc,12

etable,,smisc,1

etable,,smisc,7

etable,,smisc,2

etable,,smisc,8

plls,smis1,smis7,1,0

plls,smis2,smis8,1,0

plls,smis6,smis12,-1,0

pretab,smis1,smis7,smis2,smis8,smis6,smis12

結(jié)果分析：

比較有無(wú)抗浮措施結(jié)果迟蜜，沒(méi)有抗浮措施刹孔，結(jié)構(gòu)向上發(fā)生51mm的位移，這顯示是不被允許的娜睛，在此情況下髓霞，各構(gòu)件的位移被虛化，只能通過(guò)提取節(jié)點(diǎn)位移查看畦戒，施加抗浮措施后方库，構(gòu)件變形圖能夠估計(jì)出，最大變形發(fā)生在頂板障斋，約為4mm纵潦，這是由于頂板壓力較大，加之壓頂梁的約束引起的垃环，相應(yīng)的在施加抗浮措施后邀层，頂板的正負(fù)彎矩均加大，但最大位置稍有變化晴裹；

在彎矩圖中被济，底板變化最明顯，未施加抗浮措施涧团，主要是負(fù)彎矩只磷，但加了抗浮措施经磅，最大彎矩為正彎矩，在柱梁板交點(diǎn)钮追，因此预厌，相應(yīng)配筋要特別注意。

這里限于篇幅元媚，不考慮最低水位的情況轧叽，大家可以修改上面命令流的加載即可得到最低水位結(jié)果。

除了上述提到的資料刊棕，另列其他參考資料：

王平等 抗拔樁和壓頂梁對(duì)明挖地鐵車站內(nèi)力影響分析

劉小俊等 明挖地鐵車站主體結(jié)構(gòu)最不利設(shè)計(jì)水位分析

葉俊能等 考慮圍護(hù)摩阻力的地鐵車站結(jié)構(gòu)抗浮安全設(shè)計(jì)

蔣雅君 《地下工程本科畢業(yè)設(shè)計(jì)指南》

交大地下系列教材炭晒，另推薦一本王老師的新書《隧道與地下工程數(shù)值計(jì)算及工程應(yīng)用》此書全彩印偏貴，里面不僅涉及普通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)甥角，另有動(dòng)力网严、特殊圍巖、通風(fēng)嗤无、防災(zāi)等數(shù)值計(jì)算實(shí)例震束。

由于筆者最近忙于論文，所以更新周期約為20天当犯，堅(jiān)持一件事情很難垢村，但希望可以按質(zhì)按量做下去！

接下來(lái)會(huì)做反應(yīng)位移法抗震嚎卫，由于該部分內(nèi)容太多嘉栓，可能會(huì)拆分推送相關(guān)內(nèi)容！

限于筆者水平和時(shí)間倉(cāng)促驰凛，本文可能會(huì)有謬誤胸懈，望多多指正！

歡迎分享恰响，轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處涌献！

20180328? 15點(diǎn)? swjtu_ry

歡迎關(guān)注微信公眾號(hào)? ? ?地下結(jié)構(gòu)CAE