第4章第5节 桩墙式围护结构

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灌注桩上,形成拱形水泥土搅拌桩+灌注桩支护体系。
特点:拱形水泥土搅拌桩挡土又挡水,并将土压力传递到拱脚处的灌注桩上,最后 传至支撑,充分发挥水泥土搅拌桩和灌注桩两者的特点。
3. 桩板组合墙
H型钢木挡板作为支护墙体是沿基坑周围先间隔一定距离打下H型钢, 然后在土体开挖过程中,随挖随将木板插入护壁。适用于土质较好,地 下水位较低的地区。
布鲁姆(Blum)法
布鲁姆简化计算法的计算简图如右图所示,桩墙底部后侧出现的被动土压力
以一个集中力Eˊp代替,由桩墙底部C点的力矩平衡条件∑M=0,有:
(h u t ha )
E

t 3
Ep

0

Ep

1 2

(K
p

Ka
)t 2
代入上式得到:
t3 6 E t 6(h u ha ) E 0
第四章 基坑支护技术
4.1 无支护开挖设计 4.2 土钉墙支护 4.3 锚杆支护 4.4 重力式水泥土挡墙 4.5 桩墙式围护结构 4.6 内支撑体系 4.7 逆作法工程
4.5 桩墙式围护结构
拱圈墙
板桩墙
地下连续墙
桩板墙
排桩墙
4.5.1 桩墙式围护结构的组成与特点
桩墙式支护体系与重力式支护体系相比,不仅有支护墙体,还有维 持墙体稳定的支撑体系,其受力特点并不相同:桩墙式围护结构主要由 支护墙体起到挡土、挡水的作用,由支撑反力和墙体入土部分所受到的 被动区土压力抵抗主动土压力等外荷载,从而维持支护体系的平衡。
3)计算桩墙底端前侧主动土压力强度ea2及后侧被动土 压力强度ep2;
4)计算O点处桩墙前侧主动土压力强度ea1及后侧被动 土压力强度ep2;
5)根据作用在支护结构上的全部水平作用力平衡条件∑x=0和绕墙底端力矩平衡条件∑M=0求得z与t; 6)根据最大弯矩点处剪力为零,求出最大弯矩点及最大弯矩值Mmax。
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) (σ )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/m3。
异形地下连续墙
地下连续墙设计
1.混凝土工程 混凝土设计强度等级不应低于C20,并按结构设计强度提高一级进行配合比设
计;对于重要工程,在配筋设计时,混凝土各种强度指标应乘以0.7~0.75的折减系 数。 2.钢筋工程
地下连续梁的配筋可按一般现浇钢筋混凝土构件进行计算。应满足相应构造 要求。
4.5.3 桩墙式支护结构设计计算
不足
一次性投资大 打桩和拔桩对周围土体影响大
对水土流失封闭作用差,需采 取隔水或降水措施
优点
施工方便,速度快,工期短 H型钢强度高,可减少支撑道数
4 地下连续墙
地下连续墙是指分槽段用专用机械成槽、浇筑钢筋混凝土所形成的连续地下 墙体。 1.地下连续墙在基坑支护实践中具有以下明显的优点:
1)结构刚度大,整体性好,结构变形较小,开挖过程具有较高安全性; 2)墙体具有良好的抗渗性能,坑内降水对坑外的影响较小; 3)墙体具有良好的耐久性,配合逆作法施工,墙体可作为地下室外墙; 4)施工时基本上无噪声、低振动,对周边环境的影响较小。 2.地下连续墙一般适用于以下情况: 1)软土地区基坑开挖深度较大,在其他支挡结构无法满足要求时; 2)周边环境要求严格,对基坑的变形和防水要求较高时; 3)地下室与规划红线距离很小,采用其他支护结构不能满足作用空间要求时; 4)采用逆作法施工,且支护结构与主体结构相结合的工程。

f y Asc ysc

f y Asrrs
sin(s ) s

f y Asc ysc

fcm

A(1
sin(2)) 2
f y ( Asr

Asc

Asr

Asc )

0
其中
ysc rs cos(s ) ysc rs cos(s)
受压区圆心半角余弦应符合下式要求
特点
施工时噪声小,对环境影响小 结构强度可靠 挡水、防渗性能好 可配合多道支撑用于较深基坑 一定条件下可以代替地下连续墙
3). 钻孔灌注桩+水泥土搅拌桩组合墙 1.排桩 2.水泥土搅拌桩 3.内支撑 5.围檩
4). 连拱式排桩 将灌注桩以一定距离布置,桩间再施工1~2排拱形水泥土搅拌桩,拱脚位于
cos( )
1
(1
rs r
cos(s ))b
当不符合上述的条件时,其正截面受弯承载力可按下式计算
M

f y Asr (0.78r rs
百度文库
sin(s )) s
f y Asc (0.78r
ysc )
3.等效矩形截面配筋 灌注桩以圆形截面受弯而采用的沿周边均匀配筋的
计算公式,是考虑了任何方向都要具有相同的抗弯能力 ,而挡土桩的受拉则是一定的,钢筋的布置则应是具有 方位性的,布置在非受拉侧的钢筋,实际上是没有起到 受拉作用的。设想将受拉主筋配置在桩体受拉一侧,而 不是沿周边均匀配筋,这就是等效矩形截面配筋。主筋受拉,其它为构造筋。
优点
耐久性良好 可回收利用 施工方便 工期短
不足
不能挡水和细小土颗粒 抗弯能力弱 支护刚度小
2).热轧锁口钢板桩: 热轧锁口钢板桩的形式有U型、Z型、一字型、H型和钢管组合型。常用U型
和Z型钢板桩,基坑开挖深度较大时可以H型或组合型钢板桩。
优点
质量有保证,可靠性高
具有良好耐久性
可回收利用
不足
施工方便,速度快,工期短
根据惯性矩相等原则,可以得到等效矩形边长为0.876d。 然后按矩形钢筋混凝土梁的截面进行配筋计算,求出受拉侧主筋的截面积。或者
M c f y As ( y1 y2 )
y1

1.5
r sin3( ) 0.75sin(2
)
y2 2 2rs /
构造配筋
灌注桩最小配筋率为0.42%,主筋保护层厚度不应 小于50mm。
4.5.2 桩墙式支护结构设计
求得板桩墙系统的受力情况后,需要进行板桩墙系统的构建设计,根据求得 的构建内力计算值,按下列规定求出构建设计时的结构内力设计值。
截面弯矩设计值 截面剪力设计值
M F0Mc V F 0Vc
1. 钢板桩设计
钢板桩选型应满足下式要求
max

M max
可同多道钢支撑配合使用
具有一定挡水能力,高水位下注意 锁口防渗 打桩时有震动和噪声,拔桩时易带土 土质坚硬密实、漂石地区,打桩困难
3). 钢筋混凝土板桩 钢筋混凝土板桩是一种传统的支护结构,截面带企口有一定挡水作用。
优点
施工方便,速度快,工期短 造价低,经济效果显著 强度高,刚度大,变形小 可做浇筑混凝土外模板
Mc

2 3
fcmr3 sin3( )
f y Asrs
sin( ) sin(t )

fcm

A(1
sin(2)) ( 2
t )
fy

As

0
2.圆形截面局部均匀配筋
M

2 3
fcm Ar
sin3 ( )

f y Asr rs
sin(s ) s
不同的支护墙体形式具有不同的特点,也有不同的使用范围,在进 行支护体系的设计之前,熟悉各种支护结构形式的特点,可以在设计选 型和布置时根据工程实际条件和特点选择最合理的支护形式,取得最佳 的支护效果。
1. 板桩墙
1).槽钢钢板桩: 槽钢钢板桩是一种简易的钢板桩支护墙体,由槽钢并排或正反扣搭
接而成。
(Kp Ka)
(Kp Ka)
t0 u (1.1 ~ 1.4)t
由此可求得最大弯矩点距土压力为零点O的距离xm:
2 E
xm (K p Ka )
此处最大弯矩为
M max (h u xm ha )
E


(K
p 6
Ka
)
xm3
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。
W

f
2. H型钢木挡板支护结构设计
H型钢木挡板支护适用于土质较好、不需抗渗止水伙食地下水位较低的基坑。 木挡板是直接承受侧向荷载的构件,厚度通过计算确定,以6cm左右为宜,木 板的长度随H型钢的间距而定,一般采用0.8m、1.0m 、1.2m 、1.5m 、1.6m等; H型钢及木挡板在条件许可情况下,基坑回填时可回收利用。 H型钢选型时,应满足下式要求
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 。
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下图所示。
1)基床系数C随深度成正比例增加。即:
M:比例系数。
C mz
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。
地下连续墙的适用条件 1.基坑开挖深度在10m以上,或软土质地区基坑周围变形需要严格控制时,土质条 件比较软弱或土层性质比较复杂的地基; 2.基坑周围建筑物、地下管线十分密集时; 3.围护墙体作为主体结构的一部分,且对抗渗性有严格要求时; 4.基坑施工采用逆做法时。
地下连续墙的形式
一字型地下连续墙
箍筋宜采用ϕ6~ϕ8螺旋筋,间距一般为200~300mm, 每隔1500~2000mm应布置一根直径不小于12mm的焊接 加强箍筋,以增加钢筋笼的整体刚度,有利于钢筋笼贷 方和浇灌水下混凝土的整体性。
钢筋笼的配筋量由计算确定,钢筋笼一般离孔底200 ~500mm。
4 地下连续墙设计
地下连续墙具有刚度大、强度高、整体性好、以及耐久性和抗渗性好的特点, 同时施工时振动小、噪声低,能适合于各种土层条件,还可以作为主体结构或主 体结构的一部分并结合逆作法工艺进行施工,因此,其支护性能十分优越。但是 相对于灌注桩、钢板桩或水泥土搅拌桩等支护形式而言,它的造价比较昂贵,因 此选用时必须经过技术经济比较,确认经济合理时才可采用。
不足
打桩对周围环境有影响 高水位下企口应做防渗处理 硬土层中打设困难
2. 排桩墙
1).钻孔灌注桩 近年来,随着防渗技术的提高和利用钻孔灌注桩作为主要受力构件的组合支
护形式的推出和发展,其适用范围逐渐扩大,已成为应用非常广发的一种支护墙 体形式。适用于软黏土质和砂土地区。
优点
施工时无振动、无噪声、无挤土, 对环境影响小 强度高、刚度大、支护稳定性好, 不足 变形小
工程桩也为灌注桩时,工期短
需解决桩间土的防水问题 砂砾层和卵石层中施工困难
桩与桩之间通过桩顶冠梁和围 檩连成整体,整体性相对较差
2). SMW支护结构 在水泥土搅拌桩内插入H型钢或其他种类的受拉材料(钢管、拉伸钢
板桩等),形成支护和防水的复合结构,成为SMW工法。SMW支护结 构同时具有受力和防渗两种功能。
极限平衡法
当单位宽度桩墙量测所受的净土压力相平 衡时,桩墙处于稳定状态,相应地桩墙入土深 度即为保证其稳定所需的最小入土深度,可根 据静力平衡条件求出。
1)计算桩前主动土压力及桩后被动土压力,求出第一 个土压力为零的点O距离基坑地面的距离u;
2)计算O点以上土压力合力∑E,求出∑E作用点至O点 的距离y;
多支点式
悬臂式
单支点式
1. 悬臂式桩墙设计计算
对于有多层土的情况,应根据朗肯-库伦土压力理论分层计算主动土压力,在 此基础上确定计算简图,根据计算简图分别求出嵌固深度、最大弯矩截面位置及 最大弯矩值,进行配筋设计或承载力计算,并计算支护结构顶端位移。
设计计算方法
极限平衡法 布鲁姆(Blum)法 基床系数法
max

M max W

f
木板按承受均布荷载的简支梁进行设计,满足
M max

1 ql2 B 8
max

M max W

1 ql2B 8 1 Bt2

3ql 2 4t 2

f
6
3. 灌注桩挡墙设计
灌注桩作为挡土结构受力时,可按钢筋混凝土圆形截面受弯构件进行配筋计算。 1.圆形截面均匀配筋
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