双向框架式湖底隧道抗拔桩受力研究

\o"分享到微博"\o"分享到微信"\o"分享到QQ"\o"分享到QQ空间"摘要：湖底隧道的施工建设极大提高了城市地下空间的利用率，可起到分担、缓解城市地上交通压力的作用，为保障湖底隧道结构稳定性与安全性，通常会设置抗拔桩。基于此，本文采用案例研究法，选取某湖底隧道工程为实例展开具体分析，在明确该湖底隧道工程的基本概况、地质条件、抗拔桩后，结合案例工程实际组织现场测试，用于全方位了解抗拔桩的受力状况，以供参考借鉴。关键词：双向；框架式结构；湖底隧道；抗拔桩；受力分析湖底隧道不仅实现了地下空间的高效利用，还不受气候天气的影响，能够实现全天候通车，但湖底隧道结构极易受水浮力干扰而出现突涌水现象。因此，为全面了解湖底隧道的结构状况，应结合工程实际对抗拔桩等重要的湖底隧道结构进行受力分析，只有明确湖底隧道抗拔桩等结构的受力状况后，方可针对性优化结构方案，尽可能保障湖底隧道结构的安全性与稳定性。一、湖底隧道工程概况（一）基本概况为提高该次双向框架式湖底隧道抗拔桩受力研究的现实意义，选取某湖底隧道工程为实例展开具体分析。所选湖底隧道属于双向八车道，隧道长度共计820m，按照60km/h的标准设计时速，此外，按照湖底状况设置纵坡，上坡存在两个坡度，分别为1.25%、0.70%，下坡为3.0%。在该湖底隧道结构中，设置了抗拔桩，借助抗拔桩强化隧道主体结构的支撑效果，继而提高湖底隧道稳定性，使湖底隧道结构可更好地应对外部作用力。（二）抗拔桩案例湖底隧道在整体设计时，为确保抗浮性能符合要求，在湖底隧道底部设计了抗拔桩结构，在提升湖底隧道抗浮性的同时，全方位增强结构稳定性。湖底隧道中的抗拔桩横向布置数量为5，共形成4个间距，横向两侧间距为8m，中间两个间距为10m，同时，纵向按照湖底隧道底部结构布置一排，间距为10m，抗拔桩整体布置情况如图1所示[1]。（三）地质条件对湖底隧道所处地层结构进行统计，地层土质情况具体如表1所示，只有明确湖底隧道地层特征后，方可保障湖底隧道抗拔桩受力分析质量，确保所抗拔桩受力分析结果的可靠性。二、基于工程实际的双向框架式湖底隧道抗拔桩受力状况现场测试分析（一）测试方案案例湖底隧道工程采用明挖暗埋技术进行施工，共涉及围堰施工、基坑开挖、隧道结构施工、基坑回填、湖水恢复、路面及内部设施施工等工序，上述施工措施的实施能够对湖底隧道结构（如抗拔桩）产生影响，因此，在分析双向框架式湖底隧道抗拔桩的受力状态时，为确保受力分析效果，应综合考虑施工作业的影响。从实际来看，案例湖底隧道工程采用现场测试的方式了解抗拔桩受力状况，借助现场测试分析各施工作业阶段中抗拔桩的受力状况。在设计受力测试时，首先，应结合湖底隧道结构具体状况选取典型断面作为测试断面，在案例湖底隧道工程中，将测试断面选择为厚度最大断面、厚度最小断面、最低地下水位断面、最高地下水断面、最大超载断面，所选测试断面可全方位明确抗拔桩在不同状态下的受力表现[2]。完成湖底隧道抗拔桩现场测试断面选择后，则需结合实际情况布置测试元件。在该次受力分析中，在典型断面抗拔桩结构桩头位置布置钢筋计，桩头处设置2个，典型断面内共5根抗拔桩，总共设置钢筋计10个，借助钢筋计而了解该湖底隧道抗拔桩结合内部的应力变化情况。此外，在湖底水环境中，抗拔桩受力状态与水压力紧密关联，故在该次抗拔桩受力研究期间，通过设置孔隙水压力计而测量水压力状况。水压力测试期间，共准备5个孔隙水压力计，将其分别设置在5根抗拔桩结构周边土体中，用于测量水压力在不同施工阶段中的变化状况。（二）受力分析结合上述受力分析现场测试方案可见，该次双向框架式湖底隧道抗拔桩受力分析，主要测量抗拔桩桩体受力状况以及水压力状况，以下展开具体分析。1.抗拔桩桩体受力抗拔桩桩体钢筋受力情况与湖底隧道施工作业阶段关联紧密，按照受力变化情况，大致划分为4个阶段，Ⅰ阶段为抗拔桩施工阶段，Ⅱ阶段为湖底隧道主体结构施工阶段，Ⅲ阶段为基坑回填施工阶段，Ⅳ阶段为湖水恢复阶段。第一，Ⅰ阶段抗拔桩桩体受力。在该阶段中抗拔桩结构中的钢筋主要受到自重影响而表现为受压状态，在湖底隧道抗拔桩结构中，钢筋材料主要起到支撑、承载作用[3]。第二，Ⅱ阶段抗拔桩桩体受力。进入湖底隧道主体结构施工阶段后，主体结构施工作业会对抗拔桩产生影响，底板跨中位置的内部钢筋材料的受力状态逐渐从受压转变为受拉状态，且受到受力状态改变的影响，导致抗拔桩桩体钢筋应力数值出现较大变化。此外，底板两侧位置的抗拔桩桩体钢筋应力状态尚未发生转变，始终保持受压状态，但此时的受压应力参数出现大幅增加现象。检修通道下方的抗拔桩的受力状态出现多次改变，不仅从受压转变为受拉状态，还进一步从受拉状态转回受压状态，且在该受力转变过程中，所表现出的应力变化程度较小。在主体结构施工期间，完成主体结构施工后需拆除模板，而模板拆除操作同样可引起应力波动，此时抗拔桩受力状态虽不会改变，但应力数值不可避免地出现波动现象。第三，Ⅲ阶段抗拔桩桩体受力。完成湖底隧道主体结构施工后，需回填基坑，将会形成施工临时荷载与回填土自重，可影响抗拔桩桩体受力情况。结合实际来看，底板跨中抗拔桩内部钢筋结构在Ⅰ阶段中最终表现为受拉状态，此时其受拉状态并未发生改变，但受拉应力数值仍持续升高。底板两侧位置的抗拔桩桩体钢筋在Ⅰ阶段中最终表现为受压状态，受到施工临时荷载与回填土自重的影响，该位置的桩体钢筋发生短暂转变，由受压转变为受拉状态，但受拉状态未持续较长时间又转回受压状态，在该变化中，所形成的应力数值波动较大。检修通道下方的抗拔桩在Ⅰ阶段中最终表现为受压状态，在Ⅲ阶段受到作用力影响而转为受拉状态，但受力状态改变期间所形成的数值变化程度较小。第四，Ⅳ阶段抗拔桩桩体受力。基坑回填后则进入湖水恢复阶段，回填土在该阶段中逐渐固结，而抗拔桩桩体的受力状况不会发生改变，且所产生的应力数值变化较小。当湖底隧道施工作业工序结束后，抗拔桩桩体结构的应力状态随之稳定。在整个抗拔桩结构中，左右底板跨中位置的抗拔桩受力最为严重，其中位置所承受的应力均弱于该位置的抗拔桩结构，受后期施工作业影响，导致底板两侧位置、检修通道下方位置中的抗拔桩应力检测装置均被破坏，仅了解各施工阶段的受力状态情况，但并未读取最终应力数值，但考虑到遭受破坏位置的抗拔桩受力程度低于左右底板跨中位置，故在该次受力分析中，通过判断左右底板跨中位置抗拔桩的受力参数，而了解抗拔桩的作用情况。左右底板跨中位置抗拔桩共计2根，共有4个测试装置可被读取参数，应力数值为24.4MPa、14.5MPa、30.9MPa、32.2MPa，四个应力数值均属于拉应力数值，这就代表在整个湖底隧道结构中，抗拔桩处于明显的受拉状态中，但抗拔桩未表现出浮动状态，这就意味着该湖底隧道工程项目抗拔桩具有良好的抗浮效果[4]。2.水压力分析采用现场测试方式了解案例湖底隧道的水压力状况，结合案例湖底隧道施工作业情况来看，水压力主要在湖底隧道主体结构施工阶段、基坑回填阶段、湖水恢复阶段存在明显特征。一是主体结构施工阶段的水压力分析。在该阶段中，湖底水压力并未出现明显波动，在整个阶段内均表现为初始水压力。二是基坑回填阶段的水压力分析。完成主体结构施工作业后需进行基坑回填，在该阶段中，湖底水压力发生变化，且变化明显，水压力受到基坑回填作业的影响而表现出快速增长状态，待基坑回填作业进入尾声后，水压力的增长速度逐步减缓。由此可见，在基坑回填阶段中，湖底水压力的变化程度较大。三是湖水恢复阶段的水压力分析。待基坑回填结束，湖底水压力仍表现出一定的增长，但增长幅度有限，并逐步进入稳定状态。通过上述水压力分析可知，水压力与湖底隧道施工作业工序转变之间存在一定联系，最终趋于稳定，同时分析水压力最终数值，发现框架底板位置的抗拔桩结构受到一定的水压力影响。（三）施工模拟完成案例湖底隧道抗拔桩及水压力的现场测试后，采用仿真模拟的方式进一步了解抗拔桩在不同施工阶段、不同受力状态下的具体表现，分析抗拔桩是否存在位移现象。经仿真模拟后发现，在湖底隧道主体结构施工阶段，部分抗拔桩出现了一定的沉降位移，沉降量约为2.2mm，待基坑回填作业结束后，抗拔桩受到回填土自重影响，其沉降量进一步扩大为4.3mm，但在湖水恢复阶段，抗拔桩沉降量逐渐回升，具体可见图2。由此可见，湖底隧道施工作业会改变抗拔桩的受力状态，其会引发沉降现象，但结合实际模拟情况来看，沉降量整体较小，并未对抗拔桩的抗浮性能产生负面影响，这就意味着，在案例湖底隧道工程项目中，抗拔桩表现出了优异的抗浮性能，满足湖底隧道结构设计施工要求。结束语综上所述，湖底隧道抗拔桩主要起到抗浮效果，且对隧道结构整体稳定性具有促进作用。为了解案例湖底隧道工程中的抗拔桩