CN108505547A - 一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系及方法，它解决了现有技术中地铁车站存在液化上浮的问题，具有减轻地基液化对地铁车站的影响，提高地铁车站的抗震性能的有益效果，其方案如下：一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系，包括若干抗拔桩，支撑地铁车站底板，且穿过可液化地层后，底部设于不可液化地层或基岩；排水桩，设于相邻两抗拔桩之间，顶部支撑地铁车站底板，底部设于可液化地层与不可液化地层或基岩的连接面处，可液化地层内的孔隙水通过排水桩排出地面。

Description

一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系及方法

技术领域

本发明涉及地铁与隧道工程领域，特别是涉及一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系及方法。

背景技术

地铁已成为大中城市交通出行必不可少的交通工具，同时修建地铁也是解决城市拥堵最有效和最直接的措施。据中国城市轨道交通协会发布的《城市轨道交通2016年度统计和分析报告》，截至2016年末，中国大陆地区共30个城市开通城市轨道交通运营，共计133条线路，运营线路总长度达4152.8公里，其中地铁3168.7公里，占73.7％。同时，共有58个城市的城轨线网获得批准，在建和规划的城轨规模进一步扩大，投资持续增长，城轨建设呈良好的发展态势。

由于很多城市修建在河流冲积平原，有丰富的地下水和可液化砂土层，是地铁隧道无法绕避的区域。如徐州地铁2号线，穿越故黄河冲积平原，分布有可液化的砂土和粉土层；济南市提出“携河北跨”，拟建穿黄河地铁隧道，势必要穿越可液化的饱和砂土地层。

此外，在发生地震时，饱和砂土或饱和粉土地层会发生地震液化的现象，导致地面沉陷，存在地下结构物上浮的灾害，如地铁车站会因液化上浮而导致变形过大，底板被顶起、车站与隧道连接处断裂，地表隆起等灾害。因此对位于可液化地层的地铁车站需进行专门设计。因此，研发一套新型的地铁车站抗液化上浮措施是非常必要的。

而现有抗浮施工措施和工艺，仍存在以下问题：

(1)修建在可液化场地的地铁车站，常采用地基换填和地基处理办法，无法控制液化造成的地铁车站上浮。

(2)饱和砂土层发生地震产生液化后，超孔隙水压力难以排除，液化灾害持续时间长。

因此，需要对一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系进行新的研究设计。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系，可有效起到限制车站上浮位移，另一方面快速排出超孔隙水压力，减小液化程度，保证地铁车站的安全。

一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系的具体方案如下：

一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系，包括：

若干抗拔桩，支撑地铁车站底板，且穿过可液化地层后，底部设于不可液化地层或基岩；

排水桩，设于相邻两抗拔桩之间，顶部支撑地铁车站底板，底部设于可液化地层与不可液化地层或基岩的连接面处，或者，底部设于不可液化地层或基岩内，排水桩与排水组件连接，可液化地层内的孔隙水通过排水桩和排水组件排出地面，避免液化地层对地铁车站的影响。

上述结构体系中，当可液化地层中产生超孔隙水压力时，孔隙水可直接通过排水桩和排水组件排出地面，实现液体土层超孔隙水压力的快速消散，有效限制地铁车站的上浮位移，避免由于地铁车站上浮造成的结构破坏。

进一步地，为了排出液化土层及排水桩中的地下水，所述地铁车站的两侧均设置导水带，地铁车站底板下方设置与导水带相通的排水垫层，液化地层内的水先流入到排水桩，通过排水垫层流向竖向导水带，最后由导水带排出地面，导水带可替换为排水管，或者排水垫层通过管路与雨水井连接，实现排水均可。

其中，导水带竖直设置，且宽度为40cm，采用碎石填筑，排水垫层自下而上为20cm碎石层，10cm砾砂层，10cm粗砂层。

进一步地，为了保证液化地层内水的流动，所述抗拔桩与排水桩顶部均穿过所述排水垫层设置，即排水垫层与导水带围绕地铁车站的两侧与底部进行设置，保证液化地层内的水分可以从导水带顺利排出。

进一步地，所述导水带延伸到设于地铁车站顶部的回填土层的两侧，且导水带顶部与地面齐平，这样将地下水有效排出地面。

进一步地，所述排水桩为碎石砂桩，碎石砂桩包括碎石和粗砂，就是在可液化地层内钻孔后，设于碎石砂桩。

进一步地，为了保证对地铁车站的支撑效果，所述抗拔桩包括多根环向设置的竖向灌注桩主筋和围绕灌注桩主筋设置的灌注桩箍筋，竖向灌注桩主筋和灌注桩箍筋内外灌注混凝土。

进一步地，为了加强对地铁车站侧墙的抗上浮能力，整个结构体系还包括抗浮锚杆，每根抗浮锚杆一端与地铁车站侧墙连接，另一端穿过可液化地层设于不可液化地层或基岩，抗浮锚杆选用分段式锚杆，即抗浮锚杆插入到不可液化地层或基岩内的第二段周侧设置砂浆，砂浆的设置，增强了抗浮锚杆第二段与不可液化地层或基岩的密切贴合，即使发生地震液化，抗浮锚杆也能保证地铁车站与基岩地层的有效连接，保证地铁车站的安全性。

进一步地，所述抗浮锚杆内设置注浆孔，抗浮锚杆第二段开有与注浆孔相通的开孔，浆液通过注浆孔和开孔后流向抗浮锚杆第二段的周侧，注浆孔设于抗浮锚杆的轴心。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种地铁车站抗地震液化上浮的抗拔方法，采用所述的一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系。

一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系的施工方法，具体步骤如下：

1)开挖地铁车站基坑，在基坑底部设置第一钻孔，在第一钻孔内设置用于支撑地铁车站底板的若干抗拔桩；

2)在相邻的抗拔桩之间设置第二钻孔，第二钻孔内设置碎石和粗砂构成排水桩；

3)在抗拔桩和排水桩顶部设置排水垫层；

4)在地铁车站基坑内安装地铁车站结构件，并在地铁车站的两侧竖向设置导水带，导水带底部与排水垫层相通；

5)在地铁车站顶部设置回填土层，并将导水带延伸至地面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过排水桩的设置，可对液化地层内的超孔隙水压力进行快速消散，降低液化程度，限制地铁车站的上浮位移，避免由于地铁车站上浮造成的结构破坏。

2)本发明通过排水垫层和导水带的设置，可将地铁车站两侧、排水砂桩内的地下水排出地表。

3)本发明通过在抗浮锚杆周侧设置注浆体，在发生地震时，砂浆体有效提高了抗浮锚杆在基岩段的抗拔力，忽略液化土层段的抗拔力，即加强了基岩段的抗拔力，而且通过增大抗浮锚杆第二段及底部与基岩的接触面积，相对全部使用高强砂浆，节约了砂浆用量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明结构体系示意图；

图2为本发明抗拔桩示意图；

图3为本发明排水桩示意图；

图4为本发明抗浮锚杆在地铁车站侧墙结构示意图；

图5为本发明带抗浮锚杆的整体结构示意图；

图6为本发明抗浮锚杆结构示意图；

图中：1可液化地层、2不可液化地层或基岩、3抗拔桩、4排水桩、5地铁车站底板、6地铁车站中板、7导水带、8回填土层、9排水垫层、10竖向灌注桩主筋、11混凝土、12灌注桩箍筋、13碎石、14粗砂、15地铁车站侧墙、16锚垫板、17抗浮锚杆、18注浆体、19回填砂浆、20注浆口、21锚固头、22锚固端、23第一段、24第二段、25端头扩底段。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1和图2所示，一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系，包括若干抗拔桩3，支撑地铁车站底板5，且穿过可液化地层1后，底部设于不可液化地层或基岩2；排水桩4，设于相邻两抗拔桩3之间，顶部支撑地铁车站底板5，底部设于可液化地层1与不可液化地层或基岩2 的连接面处，可液化地层1内的水分通过排水桩4排入不可液化地层或基岩2。

上述结构体系中，当可液化地层1产生超孔隙水压力时，地下水直接通过排水桩4排入到排水垫层9，再由排水垫层9排到竖向导水带7，再由竖向导水带 7排出地面。有效限制地铁车站的上浮位移，避免由于地铁车站上浮造成的结构破坏。

为了排出地下水，地铁车站的两侧均设置导水带7，地铁车站底板5下方设置与导水带7相通的排水垫层9。其中，导水带7竖直设置，且宽度为40cm，采用碎石填筑，排水垫层4自下而上为20cm碎石层，10cm砾砂层，10cm粗砂层。

为了保证液化地层内孔压的消散，排水桩4顶部均穿过所述排水垫层9连接，排水垫层9与导水带7连接，导水带7延伸到设于地铁车站顶部的回填土层8 的两侧，保证将液化地层的地下水排出地表。排水桩4为碎石砂桩，碎石砂桩包括碎石和粗砂。

为了保证对地铁车站的支撑效果，抗拔桩3包括多根环向设置的竖向灌注桩主筋10和围绕灌注桩主筋10设置的灌注桩箍筋12，竖向灌注桩主筋10和灌注桩箍筋内外灌注混凝土11。

如图4所示，为了加强对地铁车站侧墙的抗上浮能力，整个结构体系还包括抗浮锚杆17，每根抗浮锚杆17一端与地铁车站侧墙15连接，另一端穿过可液化地层1设于不可液化地层或基岩2，抗浮锚杆17选用分段式锚杆，即抗浮锚杆17插入到不可液化地层或基岩内的第二段24周侧设置砂浆，砂浆的设置，增强了抗浮锚杆第二段24与不可液化地层或基岩2的密切贴合，即使发生地震液化，抗浮锚杆也能保证地铁车站与基岩地层的有效连接，保证地铁车站的安全性。

抗浮锚杆17插入钻孔后，抗浮锚杆第一段23设于可液化地层内，抗浮锚杆第二段24插入不可液化地层或基岩，通过微爆破的方式对不可液化地层或基岩内抗浮锚杆底端进行爆破，通过注浆(高强砂浆)在抗浮锚杆端部形成端头扩底段25，抗浮锚杆第二段同样通过套设于抗浮锚杆周侧的注浆管注入高强砂浆形成第二注浆体，第一段通过套设于抗浮锚杆周侧的注浆管注入普通浆液形成围绕抗浮锚杆的第一注浆体，抗浮端头扩底段25的尺寸大于第二段24的尺寸，有利于增强抗浮锚杆的稳定性，第二段24的尺寸大于第一段23的尺寸，端头扩底段 25端部为圆锥状或者其他形状。

或者，另一方案中，在抗浮锚杆内设置注浆孔，抗浮锚杆第二段24开有与注浆孔相通的开孔，这样通过注浆孔和开孔向抗浮锚杆的第二段外侧注浆。

如图2和图3所示，抗浮锚杆端部设置锚垫板16和锚固头21，锚垫板16 设于锚固头21的外侧，锚固头21为倒圆台形状，锚垫板16固定后形成抗浮锚杆的锚固端22，设置回填砂浆19密封抗浮锚杆与地铁车站侧墙15，抗浮锚杆与地铁车站底板。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种地铁车站抗地震液化上浮的抗拔方法，采用所述的一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系。

一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系的施工方法，具体步骤如下：

1)开挖地铁车站基坑，在基坑底部设置第一钻孔，在第一钻孔内设置用于支撑地铁车站底板的若干抗拔桩3；

2)在相邻的抗拔桩3之间设置第二钻孔，第二钻孔内设置碎石和粗砂构成排水桩4，每相邻两个抗拔桩3之间设置一排水桩4，抗拔桩3设于地铁车站的最外侧；

3)在抗拔桩3和排水桩4顶部设置排水垫层9；

4)在地铁车站基坑内安装地铁车站结构件，包括地铁车站底板5，地铁车站中班6和地铁车站侧墙15，并在地铁车站的两侧竖向设置导水带7，导水带7 底部与排水垫层9相通；

5)在地铁车站顶部设置回填土层8，并将导水带7延伸至地面。

此外，可在地铁车站侧墙施工完成后，通过斜拉抗浮锚杆(倾斜设置，以保证地铁车站连接的可靠性)连接地铁车站底板5与不可液化地层或基岩2，并通过抗浮锚杆向抗浮锚杆与可液化地层、抗浮锚杆与基岩地层之间分别注浆。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系，其特征在于，包括：

若干抗拔桩，支撑地铁车站底板，且穿过可液化地层后，底部设于不可液化地层或基岩；

排水桩，设于相邻两抗拔桩之间，顶部支撑地铁车站底板，底部设于可液化地层与不可液化地层或基岩的连接面处，或者，底部设于不可液化地层或基岩内，排水桩与排水组件连接，可液化地层内的孔隙水通过排水桩和排水组件排出地面，避免液化地层对地铁车站的影响。

2.根据权利要求1所述的一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系，其特征在于，所述排水组件包括设于地铁车站两侧的导水带，地铁车站底板下方设置与导水带相通的排水垫层。

3.根据权利要求2所述的一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系，其特征在于，所述抗拔桩与排水桩顶部均穿过所述排水垫层设置。

4.根据权利要求2所述的一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系，其特征在于，所述导水带延伸到设于地铁车站顶部的回填土层的两侧。

5.根据权利要求1所述的一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系，其特征在于，所述排水桩为碎石砂桩，碎石砂桩包括碎石和粗砂。

6.根据权利要求1所述的一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系，其特征在于，所述抗拔桩包括多根环向设置的竖向灌注桩主筋和围绕灌注桩主筋设置的灌注桩箍筋，竖向灌注桩主筋和灌注桩箍筋内外灌注混凝土。

7.根据权利要求1所述的一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系，其特征在于，还包括抗浮锚杆，每根抗浮锚杆一端与地铁车站侧墙连接，另一端穿过可液化地层设于不可液化地层或基岩，抗浮锚杆选用分段式锚杆，即抗浮锚杆插入到不可液化地层或基岩内的第二段周侧设置高强砂浆。

8.根据权利要求7所述的一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系，其特征在于，所述抗浮锚杆内设置注浆孔，抗浮锚杆第二段开有与注浆孔相通的开孔，浆液通过注浆孔和开孔后流向抗浮锚杆第二段的周侧。

9.一种地铁车站抗地震液化上浮的抗拔方法，其特征在于，采用根据权利要求1-8中任一项所述的一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的一种地铁车站抗地震液化上浮的结构体系的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)开挖地铁车站基坑，在基坑底部设置第一钻孔，在第一钻孔内设置用于支撑地铁车站底板的若干抗拔桩；

2)在相邻的抗拔桩之间设置第二钻孔，第二钻孔内设置碎石和粗砂构成排水桩；

3)在抗拔桩和排水桩顶部设置排水垫层；

4)在地铁车站基坑内安装地铁车站结构件，并在地铁车站的两侧竖向设置导水带，导水带底部与排水垫层相通；

5)在地铁车站顶部设置回填土层，并将导水带延伸至地面。