一种地铁车站主被动抗浮结构及其设计施工使用方法

1.本发明属于地铁车站施工技术领域，具体涉及一种地铁车站主被动抗浮结构及其设计施工使用方法。


背景技术：

2.随着城市化的发展，地下空间的开发已引起人们的关注，地铁成为解决城市交通拥堵的有力手段。地铁车站因埋深大、上部结构少、自重小等因素，建造时需设计必要的抗浮措施以避免上浮，但随着所处水文地质环境越来越复杂，特别是不可预测的极端暴雨频发，抗浮设计方法和措施难以实现安全与经济的统一，成为地铁建设中亟需解决的重难点问题。
3.现有地铁车站抗浮技术主要是抗拔桩、抗拔锚杆、压顶梁、结合支护结构等被动抗浮技术。被动抗浮技术针对的是常水位条件，且即使是常水位条件，抗浮水位往往需取场地的历史最高地下水位，由此导致设计的抗拔桩用量剧增，工程造价很高；再有，近年频发的不可预测极端暴雨，其引发的突增水位对地下构造物的抗浮带来严峻挑战，即在突增水位下，传统的被动抗浮措施也无法抵抗浮力。另外，现有的主动抗浮技术需要在基础底板上开孔，给地下构造物的防水和施工带来不便，还有排水量过多后易导致周边建筑和道路的沉降开裂，使得技术的推广范围受限。
4.综上所述，即使使用高造价的被动抗浮措施，也难以应对不可预测的极端暴雨对地铁车站上浮带来的严峻挑战，且还要尽量避免对地铁车站施工带来的不便，迫切需要一套新型抗浮装置和方法。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种地铁车站主被动抗浮结构及其设计施工使用方法，该抗浮结构设计科学合理，实用性强，将主动抗浮装置与由抗拔桩和地铁车站自重组成的被动抗浮装置结合起来共同抗浮，实现地铁车站安全性与经济性的统一。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种地铁车站主被动抗浮结构，其特征在于，包括主动抗浮装置和被动抗浮装置，所述主动抗浮装置包括导水沟、滤水管、溢流管、汇水管、预埋排水管、下水管和集水坑，所述导水沟有多条且等距开设在地铁车站底板与岩土地基之间，所述导水沟内设置滤水管，所述溢流管固定安装在围护桩内侧，所述汇水管和预埋排水管均布设在地铁车站侧墙中，所述集水坑设置在地铁车站内部，所述集水坑通过下水管与预埋排水管连通，所述溢流管的底部连通滤水管，溢流管的顶部连通汇水管，所述汇水管连通预埋排水管，所述被动抗浮装置包括地铁车站和抗拔桩，所述地铁车站的底板下端面设置有地梁，所述地梁的下端等距连接多根抗拔桩，所述抗拔桩位于岩土地基内。
7.优选地，所述滤水管的管壁上设置有按梅花状分布的滤孔，所述溢流管的顶部依
次通过两个直角弯头和一个三通接头连接在汇水管上。
8.优选地，所述预埋排水管位于地铁车站的两端，在浇筑地铁车站侧墙时预埋并露出地铁车站侧墙。
9.优选地，所述导水沟开设在两根抗拔桩对应的桩位之间，所述导水沟的截面为倒梯形，所述导水沟内铺设土工布，所述导水沟内填充导水砂砾，所述导水沟的顶部设置隔水层。
10.优选地，所述汇水管与多根溢流管和预埋排水管连接后，在地铁车站侧墙浇筑前，固定在地铁车站侧墙的外侧钢筋上。
11.优选地，所述溢流管的设置高度和抗拔桩的技术参数根据限压水位线来确定，限压水位线由地铁车站场地的地下水位起伏线集合排水期和被动抗浮装置的造价确定，所述地下水位起伏线通过收集地铁车站对应场地的历史水文数据分析和现场实测得到，地下水位起伏线由丰水期和枯水期构成，根据水位较高、浮力较大的丰水期来选定限压水位线，达到限压水位线的地下水产生的浮力的1.2倍须小于或等于被动抗浮装置提供的抗拔力。
12.优选地，滤水管和汇水管均为ppr塑料管。
13.一种地铁车站主被动抗浮结构的设计施工使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
14.s1、依据地铁车站对应场地的地下水位起伏线，以丰水期时长或不超过三个月的排水期为准则选定限压水位线，确定主动抗浮装置和被动抗浮装置承载比，承载比为勘察单位提供的抗浮水位与限压水位的差值除以限压水位与底板标高的差值；
15.s2、限压水位线即为溢流管的设置高度，超过限压水位线的水位产生的浮力由主动抗浮装置对抗；低于限压水位线的水位产生的浮力由被动抗浮装置对抗，确定抗拔桩的数量、长度、截面尺寸和钢筋用量；
16.s3、在岩土地基中施工围护桩和抗拔桩，然后在抗拔桩顶部上方进行基坑开挖，在相邻两根抗拔桩的中间位置开挖导水沟，依次在导水沟内铺设土工布、填充导水砂砾、埋设滤水管、设置隔水层，在隔水层上方浇筑施工地铁车站底板；
17.s4、在围护桩上安装溢流管，分别将溢流管的两端与滤水管和汇水管连通；
18.s5、在地梁和底板上逐层施工地铁车站，先绑扎钢筋再浇筑混凝土，当地铁车站侧墙施工至汇水管位置时，将汇水管固定在外侧钢筋上，并在地铁车站两端处连接预埋排水管，然后浇筑混凝土使预埋排水管与侧墙融为一体；
19.s6、预埋排水管连接下水管，下水管接入集水坑，完成安装；
20.s7、在使用时，当地下水位低于限压水位线时，主动抗浮装置不工作，由被动抗浮装置抵抗实际水位下的浮力，当地下水位高于限压水位线时，主动抗浮装置启动，将高出水位的地下水排至集水坑，同时，被动抗浮装置继续抵抗限压水位线以下的浮力，即主被动抗浮装置共同抗浮，集水坑内收集的存水可用于地铁车站日常消耗使用。
21.本发明与现有技术相比具有以下优点：
22.本发明依据场地地下水位起伏线中丰水期时长选定限压水位线，确定主被动装置承载比，将限压排水主动抗浮装置和由抗拔桩和地铁车站自重组成的被动抗浮装置结合起来，形成主被动抗浮装置共同抗浮，其中的限压排水主动抗浮装置仅卸除丰水期高水位下的浮力，即高出限压水位线的地下水，在滤水管中汇聚，被输送至溢流管，并经汇水管、预埋排水管和下水管排至集水坑，既将水位控制在限压水位线以下，又限期限量排水、不会引起
周边建筑和道路的沉降；同时，依据限压水位线设计的被动抗浮装置可大大减少抗拔桩的用量、降低造价。因此，本发明能将丰水期的突增水位以溢流排水的方式控制在限压水位线高度处，同时，利用少量的抗拔桩抵抗限压水位下的浮力，实现地铁车站安全性与经济性的统一，解决了现有抗浮技术中的不足。
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
24.图1是本发明的整体主视剖面结构示意图。
25.图2是本发明图1中a处的局部放大结构示意图。
26.图3是本发明的测试剖面结构示意图。
27.图4是本发明的俯视剖面结构示意图。
28.图5是本发明中滤水管的结构示意图。
29.图6是本发明中导水沟的剖面结构示意图。
30.图7是本发明中设计时的水位示意图。
31.附图标记说明：
32.1—地铁车站；
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2—地铁车站侧墙；
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3—地铁车站底板；
33.4—地梁；
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5—围护桩；
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6—岩土地基；
34.7—导水沟；
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8—滤水管；
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9—溢流管；
35.10—汇水管；
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11—预埋排水管；
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12—抗拔桩；
36.13—直角弯头；
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14—三通接头；
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15—外侧钢筋；
37.16—下水管；
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17—集水坑；
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18—滤孔；
38.19—导水砂砾；
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20—土工布；
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21—隔水层；
39.22—水位起伏线；
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23—限压水位线；
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24—丰水期；
40.25—枯水期。
具体实施方式
41.实施例1
42.如图1至图6所示，本实施例提供了一种地铁车站主被动抗浮结构，以江苏徐州地铁三号线二期的驮蓝山站为例，包括主动抗浮装置和被动抗浮装置，所述主动抗浮装置包括导水沟7、滤水管8、溢流管9、汇水管10、预埋排水管11、下水管16和集水坑17，所述导水沟7有多条且等距开设在地铁车站底板3与岩土地基6之间，所述导水沟7内设置滤水管8，所述溢流管9固定安装在围护桩5内侧，所述汇水管10和预埋排水管11均布设在地铁车站侧墙2中，所述集水坑17设置在地铁车站1内部，所述集水坑17通过下水管16与预埋排水管11连通，所述溢流管9的底部连通滤水管8，溢流管9的顶部连通汇水管10，所述汇水管10连通预埋排水管11，所述被动抗浮装置包括地铁车站1和抗拔桩12，所述地铁车站1的底板下端面设置有地梁4，所述地梁4的下端等距连接多根抗拔桩12，所述抗拔桩12位于岩土地基6内。
43.本实施例中，滤水管8为ppr塑料管，管身设置有梅花状分布的滤孔18，滤孔直径为6mm，内置于导水沟7中，与溢流管9导通连接，溢流管9通过三通接头14连接汇水管10，滤水管8、汇水管10、预埋排水管11和下水管16均为内径50mm的1.5寸ppr塑料管，所述溢流管9为
内径25mm的6分ppr塑料管。
44.本实施例中，预埋排水管11位于地铁车站1的两端，在浇筑地铁车站侧墙2时预埋并露出地铁车站侧墙2。
45.本实施例中，所述导水沟7开设在两根抗拔桩12对应的桩位之间，所述导水沟7的截面为倒梯形，所述导水沟7内铺设土工布20，所述导水沟7内填充导水砂砾19，所述导水沟7的顶部设置隔水层21。
46.本实施例中，所述汇水管10与多根溢流管9和预埋排水管11连接后，在地铁车站侧墙2浇筑前，固定在地铁车站侧墙2的外侧钢筋15上。
47.本实施例中，隔水层21的材质为压密黏土或防水卷材。
48.如图7所示，本实施例中，所述溢流管9的设置高度和抗拔桩12的技术参数根据限压水位线23来确定，限压水位线23由地铁车站1场地的地下水位起伏线22集合排水期和被动抗浮装置的造价确定，所述地下水位起伏线22通过收集地铁车站对应场地的历史水文数据分析和现场实测得到，地下水位起伏线22由丰水期24和枯水期25构成，根据水位较高、浮力较大的丰水期24来选定限压水位线23，达到限压水位线23的地下水产生的浮力的1.2倍须小于或等于被动抗浮装置提供的抗拔力。丰水期24时长约三个月，且最高水位为24m，场地地面标高为25m，底板3底面标高为1m，则单位面积底板3上产生的最大浮力为230kn，枯水期25的最低水位为15m，则单位面积底板3上产生的最小浮力为140kn，据此可选定限压水位线23的标高为20m。
49.实施例2
50.本实施例提供了一种地铁车站主被动抗浮结构的设计施工使用方法，包括以下步骤：
51.s1、依据地铁车站1对应场地的地下水位起伏线22，以丰水期24时长或不超过三个月的排水期为准则选定限压水位线23为20m，确定主动抗浮装置和被动抗浮装置承载比为1:4.75；
52.s2、20m的限压水位线23即为溢流管9的设置高度，考虑1.2的安全系数，单位面积地铁车站底板3上受20m水位的浮力为228kn，减去地铁车站1单位面积自重60kn，则单位面积上168kn的浮力由抗拔桩12承担，并据此设计抗拔桩12的数量、长度、截面尺寸和钢筋用量等参数；
53.s3、在岩土地基6中施工围护桩5和抗拔桩12，然后在抗拔桩12顶部上方进行基坑开挖，在相邻两根抗拔桩12的中间位置开挖导水沟7，依次在导水沟7内铺设土工布20、填充导水砂砾19、埋设滤水管8、设置隔水层21，在隔水层21上方浇筑施工地铁车站底板3；
54.s4、在围护桩5上安装溢流管9，分别将溢流管9的两端与滤水管9和汇水管10连通；
55.s5、在地梁4和底板3上逐层施工地铁车站1，先绑扎钢筋再浇筑混凝土，当地铁车站侧墙2施工至汇水管10位置时，将汇水管10固定在外侧钢筋15上，并在地铁车站1两端处连接预埋排水管11，然后浇筑混凝土使预埋排水管11与侧墙2融为一体；
56.s6、预埋排水管11连接下水管16，下水管16接入集水坑17，完成安装；
57.s7、在使用时，当地下水位低于20m的限压水位线23时，主动抗浮装置不工作，由地铁结构1自重和抗拔桩12组成的被动抗浮装置抵抗实际水位下的浮力，当地下水位高于20m的限压水位线23时，主动抗浮装置启动，将高出水位的地下水自行排至集水坑17，同时，被
动抗浮装置继续抵抗20m水位线以下的浮力，即主被动抗浮装置共同抗浮，实现地铁车站安全性与经济性的统一，集水坑17内收集的存水可用于地铁车站1日常消耗使用。
58.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。