淺談樁+豎向斜撐支護(hù)型式的設(shè)計(jì)思路

劉振杰， 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學(xué)勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230009)

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淺談樁+豎向斜撐支護(hù)型式的設(shè)計(jì)思路

劉振杰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學(xué)勘查技術(shù)院，安徽 合肥 230009)

基于工程實(shí)例，詳細(xì)介紹了樁+豎向斜撐支護(hù)型式的設(shè)計(jì)思路，分別對(duì)土壓力、斜撐、牛腿、承臺(tái)和復(fù)合基樁水平承載力進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，指出了基坑支護(hù)設(shè)計(jì)是一個(gè)巖土與結(jié)構(gòu)專業(yè)知識(shí)相結(jié)合的過程。對(duì)支擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確受力分析，在薄弱部位進(jìn)行加固處理，才能保證結(jié)構(gòu)體系對(duì)邊坡起到有效的支擋作用。

樁+豎向斜撐；基坑支護(hù)；受力分析；承載力

隨著人們對(duì)地下空間的需求越來(lái)越大,各類深大基坑的不斷涌現(xiàn),基坑支護(hù)的安全問題越來(lái)越凸顯[1],加之大多數(shù)城市已出臺(tái)相關(guān)規(guī)定,要求支護(hù)措施必須在紅線范圍內(nèi)實(shí)施,這也限制了傳統(tǒng)的樁錨體系支護(hù)型式的廣泛應(yīng)用[2]。

樁+內(nèi)支撐型式可以滿足上述要求,但此種方案造價(jià)高,工期長(zhǎng),對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工影響較大。相比之下,樁+豎向斜撐的支護(hù)型式,既發(fā)揮了內(nèi)支撐不受外圍環(huán)境影響的優(yōu)勢(shì),又減小了工程造價(jià),鋼格構(gòu)式斜撐梁又減小了對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工的影響,具有較好的應(yīng)用前景[3-4]。

現(xiàn)階段的計(jì)算機(jī)軟件不能將樁+斜撐的支護(hù)體系進(jìn)行系統(tǒng)的計(jì)算,通常做法是在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)過程中,將樁錨體系的錨桿(索)換成水平內(nèi)支撐,按照傳統(tǒng)方法[5-6]計(jì)算出內(nèi)支撐的軸力,再通過應(yīng)力分解,得出斜撐的軸力,再驗(yàn)算斜撐和其支座的承載力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

1 地質(zhì)條件和周邊環(huán)境

某工程地下2層車庫(kù),基坑開挖深度為7.8～9.7 m,東側(cè)距離6F老舊建筑物約8.2 m(其基礎(chǔ)型式及埋深不詳)。場(chǎng)地所處地貌類型為一級(jí)階地,地層起伏較大,自上而下各土層分布情況及性質(zhì)指標(biāo)見表1所列。

表1 土的天然物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

結(jié)合土質(zhì)情況和周邊環(huán)境,設(shè)置懸掛式止水帷幕后采用樁+鋼格構(gòu)斜撐的支護(hù)型式對(duì)邊坡進(jìn)行支擋加固,經(jīng)過一年的使用,按照規(guī)范要求[7],基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)說明此種方案可有效地控制坡頂水平位移和沉降。現(xiàn)結(jié)合深基坑設(shè)計(jì)軟件計(jì)算這一工程實(shí)例(圖1),簡(jiǎn)單地介紹此種方案的設(shè)計(jì)思路。

2 工程結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算

(1) 土壓力計(jì)算。根據(jù)樁基規(guī)范,群樁基礎(chǔ)允許水平位移值為10 mm。在斜撐體系中,一般忽略鋼格構(gòu)撐的壓縮變形,近似取斜撐頂部位移值為10 mm,通過不斷地調(diào)整支護(hù)體系的剛度和抗力值,使支護(hù)樁體系產(chǎn)生不同的水平位移,當(dāng)支護(hù)樁與斜撐連接部位位移值恰為10 mm時(shí),此時(shí)計(jì)算出的土壓力即為設(shè)置斜撐在此處所受到的土壓力標(biāo)準(zhǔn)值,為1 217.68 kN,乘以1.38系數(shù)后即為土壓力設(shè)計(jì)值1 680.40 kN[8]。

(2) 鋼格構(gòu)斜撐計(jì)算[9]。根據(jù)計(jì)算所得土壓力值,得出斜撐軸力設(shè)計(jì)值為:1 680.40/cos34°=2 026.93 kN。

圖1 樁+豎向斜撐剖面圖

由4個(gè)分肢的截面特性,計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比。最大分肢長(zhǎng)細(xì)比為

λ1=l1/iy1=19 400.00/61.20=316.99

(1)

組合長(zhǎng)細(xì)比:λx=l0x/ix=19 400.00/257.39=75.37<[λ]=200.00,滿足要求;λy=l0y/iy=19 400.00/257.39=75.37<[λ]=200.00,滿足要求。

換算長(zhǎng)細(xì)比為

(2)

軸心受壓鋼格構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

σ=N/An=2.027×106/30 600.00=

66.24 N/mm2≤f=205 N/mm2,滿足要求。

(3)

鋼格構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)規(guī)范表查得X軸為b類截面,Y軸為b類截面

Φx=0.717,Φy=0.717。取Φ=0.717

截面正應(yīng)力

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

(4)

(3) 牛腿計(jì)算[10]。牛腿的截面尺寸須滿足構(gòu)造要求,再按照下式進(jìn)行裂縫控制驗(yàn)算。

(5)

驗(yàn)算牛腿頂面局部受壓:

(6)

求縱向受力鋼筋:因剪跨比a/h0=269.00/1 594.00=0.17<0.3,則取a/h0=0.3。牛腿縱向受力鋼筋的總截面面積在滿足配筋率的前提下按下式計(jì)算:

(7)

水平箍筋在牛腿上部2/3的范圍內(nèi)截面面積不宜小于承受豎向力受拉鋼筋截面面積的二分之一,即

Ash> 0.5As1=0.5×3 825.60=1 912.80 mm2

根據(jù)剪跨比a/h0=0.17 < 0.3不考慮彎筋。

(4) 樁承臺(tái)計(jì)算[11]。首先按照規(guī)范計(jì)算出各樁凈反力及最大樁凈反力。

(8)

承臺(tái)的彎矩為

(9)

承臺(tái)底板鋼筋為

(10)

對(duì)于不對(duì)稱沖切承臺(tái),在斜撐底部驗(yàn)算其對(duì)承臺(tái)的沖切承載力。

(11)

多樁矩形承臺(tái)受角樁沖切的承載力按下式進(jìn)行計(jì)算。

(12)

樁基獨(dú)立承臺(tái)斜截面受剪承載力按下式計(jì)算。

(13)

(5) 復(fù)合樁基水平承載力計(jì)算[12]。灌注樁配筋率不小于0.65%,所以單樁水平承載力特征值按樁基規(guī)范計(jì)算:

(14)

取單樁容許水平位移χoa=10 mm。

驗(yàn)算基樁的水平承載力:

(15)

滿足要求。

群樁基礎(chǔ)(不含水平力垂直于單排樁基縱向軸線和力矩較大的情況)的復(fù)合樁基水平承載力特征值應(yīng)考慮由承臺(tái)、樁群、土相互作用產(chǎn)生的群樁效應(yīng),可按下式計(jì)算

(16)

(17)

經(jīng)過計(jì)算, 考慮承臺(tái)、樁群、土相互作用后, 復(fù)合樁基的水平承載力特征值為:Rh1=1.49×771.35=1 149.31 kN>608.84 kN,滿足要求。

(6) 支護(hù)樁及冠梁的計(jì)算。支護(hù)樁及冠梁的計(jì)算同傳統(tǒng)的樁錨體系相關(guān)內(nèi)容的計(jì)算方法。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過以上設(shè)計(jì)思路的分析可看出,基坑支護(hù)設(shè)計(jì)是一個(gè)巖土與結(jié)構(gòu)專業(yè)知識(shí)相結(jié)合的過程,在充分了解土質(zhì)情況的基礎(chǔ)上,對(duì)支擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析和精確計(jì)算,在支擋體系受力較大部位進(jìn)行加固處理,才能保證體系受力的均衡,對(duì)邊坡起到有效的支擋效果。

[1] 邵 權(quán)，徐學(xué)連.深基坑樁錨撐組合支護(hù)結(jié)構(gòu)變形影響因素的三維數(shù)值分析[J].巖土力學(xué),2011(4):619～620.

[2] 朱志華,劉 濤.土巖結(jié)合條件下深基坑支護(hù)方式研究[J].巖土工程學(xué)報(bào), 2014(11):87～89.

[3] 劉國(guó)彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.

[4] 中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)土力學(xué)及巖土工程分會(huì).深基坑支護(hù)技術(shù)指南[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.

[5] JGJ 120-2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[6] GB 50330-2013，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[7] 劉俊言,應(yīng)惠清.建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范實(shí)施手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[8] GB 50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[9] GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[10] GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[11] GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[12] JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

2016-04-12；修改日期：2016-05-03

劉振杰(1981-)，男，河北石家莊人，碩士，安徽工程勘察院工程師．

TU463

A

1673-5781(2016)03-0391-03