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人工挖孔挡土桩锚桩的简化计算

第17卷第2期

2003年3月
株洲工学院

JournalofZhuzhouInstituteofTechnology

V01.17N0.2

Mar.2oo3
人工挖孔挡土桩锚桩的简化计算
刘小军

(怀化市建筑设计研究院,湖南怀化4180O0)
摘要:对工程建设中经常遇到的人工挖孔挡土桩的简化计算提出了具体的方法,如圆截
面受弯挡土桩简化计算,圆截面锚桩正截面受拉承载力计算,并通过具体算例,对钻孔灌注挡
土桩,锚桩的构造提出了具体要求.
关键词:挡土桩;锚桩;简化计算
中图分类号:TU986.45文章标识码:A文章编号:1008—261l(20o3)O2一O123—05

SimplifiedCalculationforRetainingPileand

AnchorPileinHandDrilling

LIUXia0_Jun

(HuaihuaconstructionDesignInstitute,Huaihua418000,China)

Abstract:Theauthordevisedsomesimplifiedcalc~ationmethodsforretainingpileand

anchorpileinhanddrilling.Byanalysingsomeinstances,theauthorsuggestedsomeconcrete

requirementsfortheidealstructuresofdrizzingperfusionretainingpileandanchorpile.

Keywords:retainingpile;anchorpile;simplifiedcalculation
钢筋混凝土圆形受弯构件是工程结构经常遇到的
一
种构件,如护坡桩,防止建筑物滑动的抵挡桩,吊桥
锚座的锚桩,这些桩都是圆形截面受弯,及受拉的构
件,而计算这类圆形钢筋混凝土受弯的构件正截面承
载力的计算方法,尽管有很多的实用,精确的计
算[1][2],《混凝土结构设计规范))GBSO010--2002第7.

3.8条列出沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面砼构
件偏心受压计算方法,有关其它文献都是以沿周边配
置钢筋为依据进行计算的,这样在定向受弯状态下,中
和轴附近的钢筋应力发挥不起来.
笔者认为对截面尺寸大,受弯作用是定向的恒定
的这类桩,次要因素不考虑进去,进行简化计算,在工
程中使用方便简单,比如象上面所说的挡土桩,轴向力
仅桩本身的自重,忽略这一因素不加以考虑,是仅受推
力,土的主动压力引起的受弯构件.
同样对象吊桥锚座的锚桩,是受悬索的水平分力
与竖向分力.传至桩顶形成一个水平剪力,弯距,轴向
拉力.而使锚桩成为受弯受拉构件.
笔者对恒定的,定向的挡土桩锚桩进行简化计算,
并在实际工程中运用,使用方便可行,用简化计算比用

GB50010--2002计算方法及文献[3]所用的实用计算
方法用钢量要省25”--35.

1圆截面受弯挡土桩简化计算
沿周边定向布置钢筋的受弯圆形截面,其破坏时
的应力图形如图1所标.
在计算中假定中和轴以上受压区混凝土达到轴心
抗压强度设计值,受拉弧形钢筋网应力按截面应变
收稿日期:2oo3一O1一O3
作者筒介:刘小军(1969一),男,湖南怀化人,怀化市建筑设计院工程师,主要从事建筑结构设计方面的研究.

株洲工学院
保持平面的假定计算,距水平中心轴最远处(一兀/2)
的钢筋应力达到了强度设计值,其余弧形钢筋网的
钢筋拉应力与钢筋至中和轴的距离成正比[.

C

‘歹,
一//,//一’

,///;

///

.弧形钢筋\,=,,,,

—

11,
轴
幽+————-

,

●

●—-———

.

●

/

,

A-.8
图1破坏时的应力图

.二而一式中令K一rs,r一钢筋网的半径及圆截面半径;”.

A.——受压砼的总面积;l-2圆截面受压区的弓形面积及重心位置(如图2所

——
弧形钢筋网平均拉应力.示)

1.1受拉钢筋网的重心位置及平均拉应力如图1(a)P(x,y)点X=rG’o~
将弧长为L,总面积为A|的钢筋网沿半径r,分y—r’sin,一7c/2时,P点对应最大受压纤维
布在圆心角2口范围内,其弧形折算长度则一rc0s

L=2ar,,(1)
相对厚度

|Il—A./L,(2)
弧形钢筋微元面积

dA.一|Il?dL=h?r,d0,(3)
弧形钢筋网对X轴一次距

ZhgJ(2一.)sin0d0

—

2.7l?sin口,(4)
受拉钢筋网总面积

A,一F?口/7c一2rs7c?h?/n=2r,?h?口,(5)
式中卜虚设一圈钢筋网.
受拉钢筋网的重心距水泄不通中心轴的距离

Y2=2hrsina/2hr.?口一

rs?(sina)/a,(6)
在弧形钢筋网上任意一点钢筋拉应力
一

(7)
截面受拉弧形钢筋网的重心位置可视为弧形钢筋
网总拉力的作用点,该点上的拉应力为平均拉应力,

?
则一矾(8)
圈2圆截面受压区的弓形面积及重心位置
受压区弓形面积:

r2
一

J(2一ar)2r%os#dO,

:2|Il?sin口,

:

(a一sin口eostlt),2,
弓形面积对X轴一次矩:

rz/2

A.?y=2rzJ(1,2一)sin0cos0d0=,
一

2|Il?sin口,

z/3?,.3?sinsa

(9)

(1O)

第2期刘小军人工挖孔挡土桩锚桩的简化计算125
弓形面积重心距X轴的距离

Yl=2/3?,?sin.口/(a--sinacosa)rz一

2rsin3a/3(a一sin口COSCt),(11)
由图1可知力矩平衡

M≤A.??(l+2),(12)

M为弯矩设计值,与正截面内抵抗矩相等,其受
弯承载力设计值大于弯距设计值.
由于受拉钢筋拉应力的合力必然与受压区内混凝
土受压应力的总和相等,因而有:

?

A.一?A.,

=
错,
钢筋截面积A.是由,z根钢筋均布在弧形带上,故
钢筋的间距:

S=L/n=2a?rJn,(14)
式中S≥100mm,—一钢筋根数.

1.3计算步骤
由式(12)可知圆截面受弯承载力大小与受压区弓
形面积有关,与受拉区钢筋分布有关.
由式(1O)估计弓形面积高度即Gt角(兄4D)得Ac,
代人式(11)得Y.,由式(6)钢筋布角(RAD)得3,2,首
次计算不符合式(12)要求,再重新假定Z,直到满意为
止.
求得受拉钢筋面积A,,选用合适的钢筋直径和根
数代人式(14)

2圆截面锚柱,正截面受拉承载力计算
以上导出沿圆周边定向布置钢筋的受弯挡土,抗
滑桩,而实际使用需在计算上不需配筋的圆周边布置
一
定规格直径,一定间距的构造筋,适宜加大圆周上构
造筋的直径及缩小间距,eP~Zl强构造筋的圆截面桩也
适用于在工程中遇到的一类锚桩.不但加强构件受弯
能力,也加强了截面的拉抗能力.

2.1锚桩的受拉受弯简化计算(仅进行小偏心简化)
《混凝土结构设计规范~GB50010-2002第7.4.3
条,7.4.4条[,偏心受拉弯的简化计算需进行正截面
受弯承载力设计值M的计算(直接用前面的第二部分
简化方程式)及正截面受拉承载力计算.

1

N≤7(17)
式中:

N——构件的轴心受拉承载力设计值;

——
轴向力作用点至载面重心的距离;

M——按轴向力作用下的弯矩平面计算的正截
面受弯承载力设计值.
式中Nu≤/.+AP,(17a)
式中A.,A,——弧形钢筋,构造钢筋的全部
截面面积,及构造钢筋抗拉强度设计值.
图3所示,沿周边均匀布置的构造钢筋及弧形钢
筋网的圆形截面,当偏心拉力N作用在钢筋A,A.合
力点之间时,即为小偏心受拉,当eo—O时,为轴心受
拉,此时截面全部受拉,在混凝土构件破坏时,早已开
裂,全部拉力由钢筋承受.
加强构造筋.
氏{孵

eo

●

[A|.&.

L
图3沿周边均匀布置的构造钢筋及弧形钢筋网柱

——
圆形正截面受拉弧形钢筋网的平均拉应力分别为:
受拉构造筋面积A其重心至水平中心轴的距离A----A.(1--a/x),(18)

126株洲工学院2003年
式中A.——圈加强构造筋,

3=r,sin/(7c一口),
由式(6)2=rs?(sin)a/a,
分别对每边钢筋重心求距:

N?(3+e.)一A.(Y3q-Y2),
式中≤

≤,

N?(2--eo)=Ap(+y2),
由此A一K?|N/,
式中Kp=,
用HRB335级,=300N/mm2,弯距设计值M=800

(19)kN?m,求纵向受拉钢筋:
解:2a=98.2a=100.

(2O)

(20a)

(21)

(22)
求得构造拉筋面积A后,决定钢筋的规格和根
数,t,钢筋间距:

S=2r,(7c一口)/,t.(23)

2.2计算步骤:
圆截面受弯承载力简化计算同二部分,由式(13)
得弧形受拉钢筋面积A.,由式(19),(6)得,.由
式(22)得构造筋面积A,式(23)得构造加强筋的直
径,根数和间距.
由式(20a)核算圆形构件正截面受拉时,弧形钢筋
拉应力是否超过钢筋的抗拉强度设计值,若超过则调
整A.直径和根数,甚至改变a值,重新计算,直到符合
式(20a)的要求.
由式(17),(17a)验算截面受拉承载力及轴心受拉
承截力.’
计算出的构造拉筋低于实际构造筋,则按大于或
等于实际构造筋取值.弧形钢筋A.按受弯受拉调整
后的面积取值.

3算例:
算例1:
已知用于抗滑挡土挖孔桩,r一500mm,rs=435

ITIITI,混缔造土强度等级为C25,=11.9N./m2钢筋

z1一r?co=500?cos49.=328rnrll,

Ac=(口一sin口co)r2=(O.853一

sin49.×cos49.)×500.=89500mm2,

1=2/3?rsin3a/(a一sin口COSa)一
一

400mm,.0

.

853一sin49.?cos49’’

rs-435×=378rnrll,

M—A.??(Yl+Y2)一

89500×11.9×(400+378)一

828kN?m>800kN?m

K一=±翼一

0.93,
错一一38171111”112.
设采用728

As=4310I”111”112>3817rniTl2
钢筋间距:

S=2a?n/n=lOOX0.0174×435/7—108mm>

100innl.
算例2:
已知悬索锚桩由水平分力产生的弯距设计值为

800kN?m,竖向拉力设计值为780kN,锚桩直径为

000ITlm,混凝土强度等级为C25.=ii.9N/ram.,
钢筋Ⅱ级=300N/mm2,厶=300N/mm2,求纵向
构造受拉钢筋及定向受拉钢筋.
解:此锚桩为轴心受拉弯构件,须进行截面弯距设
计值计算,正截面弯距设计值及纵向拉筋同算例1,仅
需进行正截面受拉承载力计算.
由例子知2=378mm,As=4310I”111”112,
由式(19)=r.sina/(~--a)=

435sin50*/(霄一5w/18)=146.86mm,

第2期刘小军人工挖孔挡土桩锚桩的简化计算
由式(2oa)一一
堡一50.

634310(14686378)N/mm2<一==I,fnm’’r

.

+’”“,J

=300N/mm.,
由式(22)A=K?N/

K==_o.72,

A=Ko?N,一O.72×78×104/300=1871ITIITI2,
设采用8@18

Ap一2036mm.>1871ITIITI.

S=2r,(~--a)/n=

2×435×(7【一O.87)/8=247mm,
正截面抗拉验算:
由式(17)
研≤二
则:N—Nu
由式(17a)Nu≤厂yA.+A

N=78Xi0’N

lA.l啊A=300X4310300~2036=

190×10’N.
则:Nu=78X10’<厂yA.+Ap=190Xi0’N.
故正截面抗拉承载力仅设构造加强筋8西18@250

mm,定向拉筋为728(~108mm.

4钻孔灌注挡土桩,锚桩的构造要求
锚固的锚座锚桩,对人工挖孔桩的一些构造要求简如
说明.

1)成孔护壁分节逐段下挖,至底护孔清底,桩壁桩
心混凝土强度不低于C20,钢筋用HPB235级,

HRB335级.

2)钢筋笼制作构造主筋不小于西16,间距不大于

250”---300mm,定向布置的纵向拉筋间距不小于100

mm,作为锚桩的主筋如短桩/D≤4时则应通长到.
桩底,锚桩拨力大时经计算应在孔底钢筋网圆周上取
间距500--600mm将钢筋锚人孔底基岩内.

3)箍筋采用啷～西8@200---300mm,桩顶部1.5

m区加密西8@100”---150mm,钢筋笼内每隔2.0IT1放

~14内环一个.

4)桩身的主筋保护层取500mm,定向布置的拉
筋要有定向措施.对于水平推力较大的锚桩,锚座采
用群桩,用连系梁纵横相交,与桩帽整体现浇(桩顶,梁
顶标高一致).

5)施工时,必须做到定位纵向受拉筋的准确位置,
有关挖孔桩施工规范按国家现行规范实施.
参考文献:

E13张冰.圆形和矩形混凝土截面断裂时的最大弯曲能力

D].特种结构,1991,(1):24—27.

F2]申祥.”对圆形截面钢筋砼偏心受压构件正截面承载力的
实用计算法”一文的讨论[J].建筑结构,1993,(4):35—

37.
一
般钻孔灌注桩采用人工挖孔桩作为防止土体下[3]
滑,或作深基坑支护护坡桩,用作吊桥两岸不具备天然
俞达卿.圆形截面钢筋砼偏心受压构件正截面承载力的
实用计算法.建筑结构,1992,(1);18—21_