浅谈桩+竖向斜撑支护型式的设计思路

刘振杰， 姚 波

(1.安徽工程勘察院，安徽 合肥 230011; 2.安徽省地球物理地球化学勘查技术院，安徽 合肥 230009)



浅谈桩+竖向斜撑支护型式的设计思路

刘振杰1， 姚 波2

(1.安徽工程勘察院，安徽 合肥 230011; 2.安徽省地球物理地球化学勘查技术院，安徽 合肥 230009)

基于工程实例，详细介绍了桩+竖向斜撑支护型式的设计思路，分别对土压力、斜撑、牛腿、承台和复合基桩水平承载力进行了详细的计算，指出了基坑支护设计是一个岩土与结构专业知识相结合的过程。对支挡结构进行精确受力分析，在薄弱部位进行加固处理，才能保证结构体系对边坡起到有效的支挡作用。

桩+竖向斜撑；基坑支护；受力分析；承载力

随着人们对地下空间的需求越来越大,各类深大基坑的不断涌现,基坑支护的安全问题越来越凸显[1],加之大多数城市已出台相关规定,要求支护措施必须在红线范围内实施,这也限制了传统的桩锚体系支护型式的广泛应用[2]。

桩+内支撑型式可以满足上述要求,但此种方案造价高,工期长,对内部结构施工影响较大。相比之下,桩+竖向斜撑的支护型式,既发挥了内支撑不受外围环境影响的优势,又减小了工程造价,钢格构式斜撑梁又减小了对内部结构施工的影响,具有较好的应用前景[3-4]。

现阶段的计算机软件不能将桩+斜撑的支护体系进行系统的计算,通常做法是在传统的计算机软件设计过程中,将桩锚体系的锚杆(索)换成水平内支撑,按照传统方法[5-6]计算出内支撑的轴力,再通过应力分解,得出斜撑的轴力,再验算斜撑和其支座的承载力和结构稳定性。

1 地质条件和周边环境

某工程地下2层车库,基坑开挖深度为7.8～9.7 m,东侧距离6F老旧建筑物约8.2 m(其基础型式及埋深不详)。场地所处地貌类型为一级阶地,地层起伏较大,自上而下各土层分布情况及性质指标见表1所列。

表1 土的天然物理力学性质指标

结合土质情况和周边环境,设置悬挂式止水帷幕后采用桩+钢格构斜撑的支护型式对边坡进行支挡加固,经过一年的使用,按照规范要求[7],基坑监测数据说明此种方案可有效地控制坡顶水平位移和沉降。现结合深基坑设计软件计算这一工程实例(图1),简单地介绍此种方案的设计思路。

2 工程结构分析与计算

(1) 土压力计算。根据桩基规范,群桩基础允许水平位移值为10 mm。在斜撑体系中,一般忽略钢格构撑的压缩变形,近似取斜撑顶部位移值为10 mm,通过不断地调整支护体系的刚度和抗力值,使支护桩体系产生不同的水平位移,当支护桩与斜撑连接部位位移值恰为10 mm时,此时计算出的土压力即为设置斜撑在此处所受到的土压力标准值,为1 217.68 kN,乘以1.38系数后即为土压力设计值1 680.40 kN[8]。

(2) 钢格构斜撑计算[9]。根据计算所得土压力值,得出斜撑轴力设计值为:1 680.40/cos34°=2 026.93 kN。

图1 桩+竖向斜撑剖面图

由4个分肢的截面特性,计算长细比。最大分肢长细比为

λ1=l1/iy1=19 400.00/61.20=316.99

(1)

组合长细比:λx=l0x/ix=19 400.00/257.39=75.37<[λ]=200.00,满足要求;λy=l0y/iy=19 400.00/257.39=75.37<[λ]=200.00,满足要求。

换算长细比为

(2)

轴心受压钢格构强度计算

σ=N/An=2.027×106/30 600.00=

66.24 N/mm2≤f=205 N/mm2,满足要求。

(3)

钢格构稳定计算

根据规范表查得X轴为b类截面,Y轴为b类截面

Φx=0.717,Φy=0.717。取Φ=0.717

截面正应力

σ=N/(Φ·A)=2 026 930.00/(0.717×30 600.00)=92.38 N/mm2

(4)

(3) 牛腿计算[10]。牛腿的截面尺寸须满足构造要求,再按照下式进行裂缝控制验算。

(5)

验算牛腿顶面局部受压:

(6)

求纵向受力钢筋:因剪跨比a/h0=269.00/1 594.00=0.17<0.3,则取a/h0=0.3。牛腿纵向受力钢筋的总截面面积在满足配筋率的前提下按下式计算:

(7)

水平箍筋在牛腿上部2/3的范围内截面面积不宜小于承受竖向力受拉钢筋截面面积的二分之一,即

Ash> 0.5As1=0.5×3 825.60=1 912.80 mm2

根据剪跨比a/h0=0.17 < 0.3不考虑弯筋。

(4) 桩承台计算[11]。首先按照规范计算出各桩净反力及最大桩净反力。

(8)

承台的弯矩为

(9)

承台底板钢筋为

(10)

对于不对称冲切承台,在斜撑底部验算其对承台的冲切承载力。

(11)

多桩矩形承台受角桩冲切的承载力按下式进行计算。

(12)

桩基独立承台斜截面受剪承载力按下式计算。

(13)

(5) 复合桩基水平承载力计算[12]。灌注桩配筋率不小于0.65%,所以单桩水平承载力特征值按桩基规范计算:

(14)

取单桩容许水平位移χoa=10 mm。

验算基桩的水平承载力:

(15)

满足要求。

群桩基础(不含水平力垂直于单排桩基纵向轴线和力矩较大的情况)的复合桩基水平承载力特征值应考虑由承台、桩群、土相互作用产生的群桩效应,可按下式计算

(16)

(17)

经过计算, 考虑承台、桩群、土相互作用后, 复合桩基的水平承载力特征值为:Rh1=1.49×771.35=1 149.31 kN>608.84 kN,满足要求。

(6) 支护桩及冠梁的计算。支护桩及冠梁的计算同传统的桩锚体系相关内容的计算方法。

3 结束语

通过以上设计思路的分析可看出,基坑支护设计是一个岩土与结构专业知识相结合的过程,在充分了解土质情况的基础上,对支挡结构进行受力分析和精确计算,在支挡体系受力较大部位进行加固处理,才能保证体系受力的均衡,对边坡起到有效的支挡效果。

[1] 邵 权，徐学连.深基坑桩锚撑组合支护结构变形影响因素的三维数值分析[J].岩土力学,2011(4):619～620.

[2] 朱志华,刘 涛.土岩结合条件下深基坑支护方式研究[J].岩土工程学报, 2014(11):87～89.

[3] 刘国彬,王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2009.

[4] 中国土木工程学会土力学及岩土工程分会.深基坑支护技术指南[M].北京：中国建筑工业出版社,2012.

[5] JGJ 120-2012，建筑基坑支护技术规程[S].

[6] GB 50330-2013，建筑边坡工程技术规范[S].

[7] 刘俊言,应惠清.建筑基坑工程监测技术规范实施手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[8] GB 50009-2012，建筑结构荷载规范[S].

[9] GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

[10] GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[11] GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[12] JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].

2016-04-12；修改日期：2016-05-03

刘振杰(1981-)，男，河北石家庄人，硕士，安徽工程勘察院工程师．

TU463

A

1673-5781(2016)03-0391-03