悬臂式排桩支护的计算.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,悬臂式排桩支护的计算,基床系数法,悬臂式围护结构,主动土压力,E,a,被动抗力,E,p,被动抗力,E,p,悬臂式桩墙是依靠自身的刚度和强度就能维持其稳定的围护结构。,悬臂式桩墙可以在,1.5,2m,的狭窄范围内安置。但悬臂式桩墙的位移比较大，难以满足周边环境的严格要求，同时在开挖深度较大时墙身弯矩很大，因此适用的开挖深度也不深；使用条件不当时可能产生围护结构损坏或严重影响环境的事故。,基床系数法,排桩在水平荷载作用下，桩身内力及位移的计算，目前较普遍采用将桩作为弹性地基上的梁，按文克尔假定,-,梁身任一点的土抗力和该点的位移成比例，这种解法简称为,弹性地基梁法,。,其具体的解法大致有三种：,直接用数学的方法解桩（即弹性地基梁）在受荷后的弹性挠曲微分方程，求出桩各部分的内力和位移，即,数解法,；,将桩分成有限段，用差分式近似代替桩的弹性挠曲微分方程中的各阶导数式而求解的,有限差分法,；,将桩身划分为有限单元的离散体，然后根据力的平衡和位移协调条件，解得桩的各部分内力和位移，即,有限元法。,本节主要介绍第一种方法即数解法,桩在水平荷载作用下，其水平位移（,x,）愈大时，侧压力（即土的弹性抗力）（,）也愈大，侧压力大小还取决于：土体的性质，桩身的刚度大小，桩的截面形状，桩的入土深度等。,侧压力的大小可用如下公式表示：,=,Cx,C,土的水平向基床系数（或简称基床系数），地基系数等。,它是反映地基土“弹性”的一个指标，表示单位面积土在弹性限度内产生单位变形时所需施加的力，其大小与地基土的类别、物理力学性质有关。它的单位为,KN/m,3,。,大量试验表明，基床系数,C,值的大小不仅与土的类别及其性质有关，而且也随着深度而变化。目前采用的基床系数分布规律的几种不同图式如图,4-9,所示。,图,4-9,基床系数的变化规律,1),基床系数,C,随深度成正比例增加。如图,4-9a,所示，即,C=,mZ,m,比例系数。其值可根据试验实侧决定，无实侧数据时，可参表,4-1,及表,4-2,（公路规程）中的数值选用。,按此图式来计算桩在外荷作用下各截面内力的方法通常简称为,“,m”,法,。,2,）基床系数,C,在第一个零变位点（图,4-9b,）以下（,Zt,时）：,C=K=,常量,当,0Zt,时，,C,沿深度成曲线变化（可近似地假定为按直线增加）。,K,值可按实测确定，无实测数据时可参照表,4-3,中的数据选用。,按此图式计算桩在外荷作用下的各面截内力的方法，通常简称为“,K”,法,。,3,）基床系数,C,随深度成抛物线规律增加，如图,4-9c,所示，即,C=cZ,0.5,c,比例系数，其值可根据实测确定。无资料时，可参照表,4-2,选用。,表,4-1,比例系数,m,表,4-2,非岩石土的比例系数,m,、,K,、,c,值表,注：,1,、本表中,m,值适用于桩在地面处最大位移不超过,6mm,，,位移较大时适当降低表列数值。,2,、采用“,m”,法时，当基础侧面为数种不同土层，应将地面或最大冲刷线以下,h,m,=2(d+1)m,深度内的各层土按下列换算式换成一个平均值,m,值，作为整个深度的,m,值。式中,d,为桩的直径。对于刚性桩，,h,m,采用整个深度,h,。当,h,m,深度内存在两层不同土时：,3,、,m,0,为“,m”,法相应于深度,h,处基础底面图的竖向地基系数,C,0,（,=m,0,h,）随深度变化的比例系数，当,h,10m,时,C,0,=10m,0,。,因为据研究分析认为自地面至,10m,深度处土的竖向抗力几乎什社么变化，所以,C,0,=10m,0,；,当,h,10m,是土的竖向抗力几乎与水平抗力相等，所以,10m,以下时取,C,0,=m,0,h=,mh,。,表,4-3,水平向基床系数,k,H,这里主要以基床系数随深度线性变化的“,m”,法为例子进行介绍,1,、桩作为弹性地基上的梁的微分方程式及其解：,桩在水平荷载作用下的不同计算方法，都从一个基本微分方程式出发。,如图,4-10,所示，桩的入土深度为,h,，桩的宽度为,b,（或直径），桩的计算宽度为,b1,。,桩顶若与地面平齐（,z=0,）且已知桩顶在水平荷载,Q,0,及弯矩,M,0,作用下，产生横向位移,x,0,、转角,0,；,桩因,Q,0,、,M,0,作用，在不同深度,z,处产生的横向位移,x,z,、转角,z,、弯矩,M,z,、剪力,Q,z,。,符号规定为：横向位移,x,z,（即挠度）顺,x,轴正方向为正值；转角,z,逆时针方向为正值；弯矩,M,z,当左侧纤维受拉时为正；横向力,Q,z,顺,x,轴正方向为正值，如图,4-11,所示。,图,4-10,桩作为弹性地基,上的梁的计算图式,图,4-11,x,z,、,z,、,M,z,、,Q,z,的符号规定,在此情况下，桩产生弹性挠曲，梁轴的挠曲与梁上分布荷载,q,之间的关系式，即桩的挠曲微分方程为：,在深度,z,处，,q=,zx,b,1,，而,zx,=,Cx,z,，又,C=,mz,代入上式得,或,EI,桩身抗挠曲刚度；,b,1,桩的计算宽度。,上式即为按基床系数假定计算桩的基本微分方程式，可改写为：,称为桩的变形系数。,其中,当,z=0,，该处的横向位移,x,0,、转角,0,、弯矩,M,0,、剪力,Q,0,可分别表示如下：,上式为一个四阶线性变形系数齐次常微分方程，可以利用幂级数展开方法求解，其主要结果如下所述：,深度,z,处桩的横向位移值为,由,zx,=,Cx,z,=,mzx,z,，深度,z,处得桩侧向应力为,深度,z,处得转角,深度,z,处的弯矩,深度,z,处的剪力,上述公式中的,A,1,、,B,1,、,C,1,、,D,1,、,C,4,、,D,4,16,个系数，可根据,z=,z,查表,4-4,。,表,4-4“m”,法计算,M,z,、,Q,z,的用表,表,4-5“m”,法计算,HH,、,HM,=,MH,、,MM,的用表,2,、桩墙的内力、位移计算公式,将整个桩墙分为两部分：基坑底面以上视为悬臂梁，基坑底面以下视为弹性地基梁，见图,4-12.,桩墙在顶部水平力,H,、弯矩,M,以及分布荷载,q1,、,q2,作用下，发生弹性弯曲变形。地基土产生弹性抗力，整个墙体绕着地面以下某点,O,而转动，在,O,点上下，地基土的弹性抗力方向相反。,图,4-12 “m”,法计算图式,1),单位力作用于基坑底面时，桩在该处的水平位移和转角，见图,4-13.,图,4-13,单位力和力矩作用时基坑底得位移和转角,a,、,b,）单位力作用,c,、,d,）单位力矩作用,基坑底面作用单位力,H,0,=1,时桩在基坑底面处的水平位移,HH,（,m/KN,）和转角,MH,（,rad,/KN,）为：,桩底置于非岩石地基中：,桩底置于岩石内：,基坑底面作用单位力,M,0,=1,时桩在基坑底面处的水平位移,HM,（,m/KNm,）和转角,MM,（,rad/KNm,）为：,桩底置于非岩石基中：,桩底置于岩石：,式中,K,h,桩底转动对基坑底面处桩变形的影响系数；,I,，,I,0,桩身和桩底断面惯性矩，当 当桩立于岩层面上且；,C,0,桩底处竖向地基系数，按表,4-2,的注 确定。,A,1,、,B,1,、,C,1,、,D,1,诸系数根据桩埋入基坑底部的换算深度,h=,z,查表,4-4,、,4-5,。,2),在,M,0,和,H,0,作用下，弹性固定于地基内的桩的内力、变位和位移的弹性抗力计算为表,4-6,。,表,4-6,3,）桩的计算宽度。桩承受水平推力后，桩体侧面产生的土抗力实际为空间情况，桩体为矩形或圆形时力的效应也不一样。,通过试验认为，考虑上述因素，将空间受力转换成平面受力，计算桩侧面土的抗力时，土抗力计算宽度,b,1,取值见表,4-7,。,表,4-7,桩的计算宽度,对,n,个桩组成的桩排，其侧面土抗力计算宽度显然为,nb,1,，但不得大,D,+1,（,m,）且其中的每一个,b,1,，应满足,见图,4-14,。,图,4-14,桩的计算宽度,悬臂桩在深基坑支护中的应用：,1,工程概况,某商业大楼位于成都市区中心地带,东临人口密集的商业步行街,南临街道,西面和北面临商业广场拟建大楼主楼,37,层,设,3,层地下室,开挖深度最深处达,15m,基坑形状近似正方形,50m50m,。,2,设计概况,基坑采用悬臂桩支护,共布置人工挖孔桩,80,根,桩间距,2.5m,桩径,1.2m,桩长,18.7m,嵌人卵石层,4.5m,护壁厚,15cm,；,桩顶采用联系冠梁将护壁桩连为一个整体,冠梁截面尺寸,600mm1200mm,桩芯混凝土采用,C25,；,悬臂桩间采用挂钢筋网喷射混凝土面板进行支挡。,3,计算原理,悬臂桩的计算原理采用基床系数法（“,m”,法）；,直接用数学方法解桩,(,弹性地基梁,),在受荷后的弹性挠曲微分方程,求出桩各部分的内力和位移。,基床系数变化如图所示：,基床系数,C,变化规律,根据公式可求出深度,z,处桩的横向位移、侧向应力、弯矩和剪力，从而可进行配筋计算。,经计算,悬臂桩配,2025,的受力钢筋及,816,的构造钢筋。,4,变形监测,在施工过程中严格遵守信息法施工的具体要求,沿基坑周边中点布置,4,个变形监测点,采用瑞士徕卡,TCR7O2,激光全站仪监测。,根据基坑变形观测成果表明,基坑变形均在规范规定的允许内,并趋于稳定,支护体系是安全可靠的。,通过该工程的施工实践表明,在城市建设中,由于受周围环境条件的限制,建筑场地狭小,对于砂卵石地层中深基坑无放坡开挖的条件时,采用悬臂桩支护效果比较理想,且施工简单、操作简便、安全、质量可靠、经济合理,在工程建设中可结合实际要求广泛采用。,