地下工程中主体与抗浮结构研究

许建宝，莫云子

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300074）

1 引言

通常情况下，地下水对地下工程造成的影响可以分为部分破坏和整体破坏2 种类型，均会严重影响地下工程的质量，进而不仅为地下工程留下安全隐患，还可能威胁地下工程周围区域的安全。因此，应结合工程项目的实际情况完善抗浮结构设计，并重视地下工程中主体施工的每一个环节，提高质量管理水平，避免因设计不合理和施工不到位而引发地下工程质量问题。

2 工程概况

某地下通道工程长890.05m，区间内设置有左右联络通道，通道宽6.8m。区间沿线经过人口密集区、地面交通路面，沿线建筑物较多，且部分建筑物设有地下工程。在对工程项目沿线进行全面的地质勘察后确定，区间沿线围岩开挖范围内的岩性以黏土和粉土为主，局部区域岩性为粉砂和淤泥质土，整体土体较为松散，围岩分类为Ⅰ类围岩；区间地下水类型多为孔隙潜水和微承压水，潜水水位埋深0.80～2.65m，微承压水稳定水位以潜水位进行考虑。区间高水位期为9 月份，低水位期为4～5 月，潜水位年变化幅度平均值为0.8m。区间内地下水不仅会对地下工程的主体钢筋混凝土结构造成腐蚀侵蚀，其产生的应力也会对工程主体结构造成影响。

3 地下工程中主体结构的施工质量控制要求

3.1 施工质量管理

3.1.1 施工环节质量管理

在地下工程主体结构施工时，施工单位需要结合施工设计作为各项目环节的统筹管理，力图做到各施工环节的有效协调，确保各施工环节的有序进行。

3.1.2 施工设计质量控制

项目施工前，项目管理人员需结合工程项目的实际情况，联合施工方、设计方以及监理方组成施工设计质检小组，共同对施工设计方案进行全方位的质量检查，及时发现设计方案中的不合理之处，预防后期施工中因设计不合理而引发设计变更问题。

3.1.3 施工过程质量管理

施工单位应结合施工设计，明确施工步骤及内容，并以此为基础合理界定工作人员的工作职责，进行现场旁站管理，制定奖罚机制，促使施工人员主动、严格地落实施工设计内容，提高施工效率，缩短施工周期，保障施工质量。

3.2 施工协调管理

通常情况下，地下工程主体结构施工均有施工周期长、工程量大等特点，不可避免地会出现协调管理问题。对此，项目管理人员需要对工程项目整体有一个较为明确的把握，并合理做好项目的协调管理工作[1]。在实际管理过程中，项目管理人员还要严格要求自己，并做好对项目施工的全面监督管理，结合项目设计及时发现施工中存在的问题，并快速对问题进行协调解决[1]。

3.3 施工技术管理

施工前，需要对施工人员进行技术交底和培训，培训内容和计划应结合项目实际情况，在业内专家学者的帮助下制定，以确保培训的有效性。对于施工中使用的材料，应做到从采购到存放全过程的质量检查与严格监管，且在实际施工使用前再次进行质量检查，最大限度地确保施工材料的质量。

4 地下工程抗浮结构设计

地下工程结构出现上浮问题后，地下工程的安全性会受到严重影响，因此，必须及时采取补救措施。为防止地下工程结构出现上浮问题，应在设计阶段结合工程项目的实际地质情况、工程特点、周边区域情况等多方面因素，科学合理地完成地下工程结构设计，避免地下工程结构出现上浮问题。

4.1 抗浮方案选择

本工程项目具有地下埋深大，地下水位高等特点，仅依靠地下工程现有的覆土载荷和结构自重无法达成抵御地下水浮力的要求，易引发地下工程结构上浮问题，所以，需要合理采用抗浮结构，提高地下工程结构的抗浮能力。目前，常用的地下工程抗浮结构主要有抗浮锚杆和抗拔桩2 类，其中，抗拔锚杆的防水性能相对较差，该工程项目地下水位高，抗拔锚杆极易受到地下水的侵蚀，导致使用寿命下降，无法满足工程项目的使用寿命要求。因此，综合考虑分析后，工程采用抗拔桩作为工程抗浮结构。

4.2 布置抗拔桩

在地下工程项目中，为避免地下工程结构出现上浮问题，应在考虑地下主体结构自重以及侧壁摩擦力的情况下，对抗拔桩的应力进行计算。根据行业标准及国家相关规定，可以确定地下工程的抗浮能力应满足式（1）：

式中，W 为地下工程自重其上作用的永久载荷之和；F 为地下水对地下工程结构的浮力。

在对地下工程不对称结构的摩擦力进行计算时，应确保能够满足式（2）：

式中，R 为抗浮结构设计中，抗拔桩对地下工程提供的抗拔力。

通常情况下，抗拔桩会布置在柱下，依据现有的行业标准和国家规定，可以确定抗拔桩单桩抗拔承载力[2]：

式中，RW为抗拔桩单桩抗拔承载力；up为抗拔桩周长；Qsia为桩侧壁摩擦力；λi为抗拔桩摩擦力折减系数；li为抗拔桩的实际长度。

基于上述公式进行计算分析后，工程项目在进行抗浮结构设计时，最终选用在两柱间中间梁和柱下布置抗拔桩以及在两柱中间梁下均匀布置抗拔桩2 种设计方案。

4.3 工程抗浮结构模拟

通过仿真模拟技术对工程项目的抗浮结构进行模拟分析，为能够有效提高抗拔桩的抗拔性能，将抗拔桩设计成圆台形，即底面周长大于顶面周长，然后将地下水浮力分项系数设置为1.05，将地下工程结构自重分项系数设置为1.0，结合上述公式对工程项目抗拔桩设计进行仿真模拟分析。通过仿真分析结果可知，上文中提出的2 种抗拔桩布置方案均可满足地下工程抗浮结构的实际要求[3]。

5 结语

综上所述，本文以某地下通道工程项目为例，介绍了地下工程中主体施工质量控制与抗浮结构设计的相关内容，并结合工程项目的实际情况，合理设计抗拔桩布置方案，然后通过仿真分析对方案进行可行性分析，因此，本文的设计方法在实际应用中具有较强的现实意义，不仅可以有效保障地下工程的抗浮性能，还能为其他地下工程主体结构与抗浮结构的完善提供理论参考。