边坡支护中双排桩结构的计算分析

210 10 100 1. 01 6. 33 1. 20 7. 75 1. 85 12. 26
6 锚杆验收 锚杆验收试验的锚杆数量取锚杆总数的 5% ,本工程共 检测 60根 ;最大试验荷载取锚杆设计特征值的二倍 。《锚杆
175
5 105 - 0. 52 5. 81 - 0. 61 7. 14 - 0. 81 11. 45
本级 累计 本级
0. 00 0. 10 0. 00 1. 91 2. 01 2. 22 - 1. 07 0. 94 - 1. 03 1. 43 2. 37 1. 65 1. 35 3. 72 1. 66 - 0. 70 3. 02 - 0. 73 - 1. 31 1. 71 - 1. 25 1. 81 3. 52 2. 12
1 前言 双排桩支护结构是一种新型的空间门架式支护体系 ,由
两排平行的钢筋混凝土桩 ,以及桩顶的盖板或系梁构成 。该 结构通过对桩间土的合理利用及前 、后排桩之间的协同作用 , 充分发挥其空间作用 ,具有较大的侧向刚度 。因此 ,可以有效 控制支护结构的变形 ,近年来逐渐在深基坑 、边坡工程中得到 了推广和运用 。
收稿日期 : 2009 —04 —08
图 1 双排桩支护典型剖面图
混凝土的强度等级均为 C30,弹性模量 E取 30GPa,泊松 比 v为 012。
由于坡顶住宅楼的荷载通过桩基础传至强风化岩层 ,设 计时不计其荷载值 ,地面超载值按 20kPa考虑 。
支护结构的重要性系数为 111。 表 1 岩土层设计参数
土层
重度 ( kN /m3)
抗剪强度 c ( kPa) ψ ( °)
弹性模量 E (M Pa)
泊松比 v
残积砂质粘性土
18
22
18
12
0. 30
强风化花岗岩
19
25
30
60
0. 25
3 计算分析 311 弹性地基梁法 弹性地基梁法分别采用排桩和双排桩计算模块进行分析
比较 ,双排桩土压力的分布及在前 、后桩上的分配详见文献 [ 2 ]。
对于双排桩模块 ,后排桩的等效开挖深度约为 3166m ,
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■岩土工程
图 2 弹性地基梁法计算结果
前 、后排桩的土压力分担系数分别为 0185和 0115。图 3为双 排桩前 、后排桩的位移 、弯矩及剪力计算结果 (标准值 ) ,从中 可以看出 ,前排桩最大位移位于桩顶以下约 3m ,约为 15mm , 而后排桩最大位移在桩顶处 ,约为 14mm ,桩身变形得到严格 控制 ;前 、后排桩通过桩顶的钢筋砼板共同作用 ,其弯矩分布 形式相差较大 ,前排桩最大弯矩标准值约为 590kN ·m ,而后 排桩的最大弯矩标准值在桩顶处 ,约为 650kN ·m。
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边坡支护中双排桩结构的计算分析
滕忠华 (福州市城乡建设发展总公司 福州 350007)
[提 要 ] 本文对一路堑边坡的双排桩结构进行了分析 ,并采用弹性地基梁法和二维有限元法进行计算 、比较 ,结果基本一 致 ,可供类似工程参考 。
[关键词 ] 双排桩 弹性地基梁法 有限元分析
Ana lysis of double row p ile structure using in a slope supporting
Ab s tra c t: The paper analyzes the double row p ile structure using in a cutting slope, which was sim ilar compared to the result of the flexible foundation beam method and the p lanar finite element method. The analysis can be of reference for the other p roject. Ke y wo rd s: double row p ile; flexible foundation beam method; finite element analysis
210
5 125 1. 98 6. 52 2. 21 8. 20 2. 45 13. 10
245 10 135 0. 85 7. 37 1. 31 9. 51 5. 61 18. 71
210
5 140 - 0. 64 6. 73 - 0. 83 8. 68
105
5 145 - 1. 72 5. 01 - 1. 91 6. 77
图 6 地基变形云图
313 结果比较 从以上结论来看 ,弹性地基梁法和有限元法的计算结果 中 ,桩身位移 、弯矩及剪力的分布形式及大小都很接近 ,这说 明了上述两种方法用于分析双排桩问题是合理可行的 。 实际上 ,对于双排桩结构 ,在土体水平侧移时 ,排桩与土 之间存在着土拱效应 ,但在一般工程中 ,可不考虑土拱作用 , 采用弹性地基梁法和二维有限元法的计算精度在工程上是可 以接受的 。但是在复杂条件下 ,宜采用三维有限元分析对双排 桩结构进行分析 ,以进一步了解双排桩结构体系的作用机理。
X前 dmax = 1318mm M前max = 70517kN ·m Q前max = 53912kN X前 dmax = 1116mm M后max = 67213 kN ·m Q后max = 14316kN
图 5 有限元法计算结果
图 3 弹性地基梁法计算结果
312 二维有限元法 采用有限元方法 ,可以有效模拟较为复杂条件下的地基 变形情况 。图 4为该工程的二维有限元模型 ,土体本构关系 采用 Mohr - Coulomb屈服准则 ,桩基采用梁单元模拟。模型采 用位移边界 ,即模型两侧位移 Dx = 0,底部位移 Dx = 0、Dy = 0。该 模型同时考虑坡顶建筑物桩基础的受力和变形 。 具体计算参数详见第 2条 。 图 5为采用有限元方法计算的前 、后排桩的水平位移 、弯 矩及剪力计算结果 (标准值 ) 。可见 ,前排桩最大水平位移位 于桩顶以下 ～3m 处 ,约为 14mm ,而后排桩的最大位移在桩 顶处 ,前 、后排桩桩底也有较大的水平位移 ,约为 7mm; 前排 桩的弯矩近似于有水平支撑桩的分布形式 ,最大弯矩标准值 约为 70517kN ·m ,而后排桩接近于桩顶受拉桩的分布形式 , 最大弯矩在桩顶处 ,约为 67213kN ·m。 图 6是地基变形云图 ,最大变形约为 27mm。由于坡顶 建筑物桩基础持力层埋深较浅 ,几乎与坡底在同一标高 ,边坡
弹性地基梁法可以充分考虑桩 - 土 、桩 - 桩之间的共同 作用 ,但是对于桩 - 桩之间的空间作用无能为力 。
图 4 有限元模型
开挖时桩基随土体整体侧移约 4 ～5mm ,这主要是因为模型 未考虑上部结构传递到桩顶上的荷载 ;桩身弯矩很小 ,不超过 20kN ·m。可以认为 ,虽然土方开挖距离坡顶建筑物很近 ,但 是由于侧壁变形得到了严格控制 ,基本上不会对坡顶建筑物 造成不利影响 。
105
5 110 - 1. 38 4. 43 - 1. 37 5. 77 - 1. 25 10. 20
35
5 115 - 1. 42 3. 01 - 1. 51 4. 26 - 1. 66 8. 54
105
5 120 1. 53 4. 54 1. 73 5. 99 2. 11 10. 65
检测报告 》由厦门市建筑工程检测中心有限公司提供 ,试验 结果显示 ,全部样品在 200kN 荷载作用下 ,锚头位移稳定 ,未 出现破坏现象 ,均满足设计要求 ,试验结果如表 4。
(下转第 16页 )
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■岩土工程
表 3 锚杆钢筋试验结果
设计依据 。而且 ,土层锚杆设计时可按《地基规范 》中岩层锚
荷载
历时 (m in)
试验点 1位 试验点 2位 试验点 3位
移 (mm ) 移 (mm )
移 (mm )
杆的相关内容进行设计 ,设计锚杆体钢筋及其与砂浆的粘结 强度可参考《边坡规范 》有关内容进行验算 。
对于双排桩支护结构的设计计算 ,目前主要采用以下三 种计算方法及理论 [1 ] :
①基于经典土压力理论的极限平衡法 ②基于 W enkler假定的弹性地基梁法 ③数值分析方法 其中数值分析方法能够充分考虑桩 - 土之间的共同作用 及桩 - 桩之间的空间作用 ,能够模拟复杂环境下的地基变形 趋势 ,计算结果较为合理 。 本文结合某一工程实例 ,介绍了双排桩结构体系在边坡 中的应用 ,并采用弹性地基梁法和有限元法进行模拟 ,结果表 明双排桩支护可有效控制边坡侧移 ,避免对坡顶建筑物造成 不利影响 。 2 工程概况 某路堑边坡最大开挖高度约为 913m ,坡顶为某 9层住宅 楼 ,住宅楼采用桩基础 ,桩径为 900mm ,桩端进入强风化花岗 岩约 115m。边坡边线与该住宅楼的最近距离约为 9m。 场地土层主要为残积砂质粘性土 (厚约 8m )和强风化花 岗岩 ,物理力学参数详见表 1。边坡为人工开挖形成 ,开挖土 层主要为残积砂质粘性土 ,局部为强风化花岗岩 ,原边坡处于 稳定状态 ,不存在潜在滑动面 。 根据场地现状 、周边环境条件 ,为避免支护体系超出用地 红线 ,不宜采用深层拉锚系统 。为有效控制边坡侧向位移 ,采 用双排人工挖孔桩作为支护结构体系 ,排桩为 Ф1000@2500, 排距为 3000mm ,桩端进入坡底约 7～8m ,桩顶采用 600厚钢 筋砼板连结 。具体详见图 1。
的杆体损伤或溅到油渍 ,不得扭压和弯曲 ,需要连接时应 采用机械连接 。
(3)注浆时应自下而上连续灌注 。
35
5 80 - 1. 32 2. 16 - 1. 33 2. 93 - 1. 51 5. 87
105
5 85 1. 65 3. 81 1. 87 4. 80 2. 33 8. 20
175
5 90 1. 51 5. 32 1. 75 6. 55 2. 21 10. 41
7 结语 本工程采用了锚杆抗浮技术 ,不但保证了工程的质量 ,而 且在工期和经济上都取得了显著的效果 ;锚杆抗浮较其它技
35
5 150 - 1. 66 3. 35 - 1. 21 5. 56
根据以上试验结果 ,锚杆的极限抗拔承载力为 ≤210kN ,
本工程锚杆设计是可行的 ,锚杆与土体的粘结强度及钢筋与
140
5 55 0. 98 3. 77 1. 15 4. 67 1. 51 7. 25
175 10 65 1. 05 4. 82 1. 23 5. 90 1. 71 8. 96
140
5 70 - 0. 71 4. 11 - 0. 83 5. 07 - 0. 65 8. 31
105
5 75 - 0. 63 3. 48 - 0. 81 4. 26 - 0. 93 7. 38
( kN )
35 105 35 105 140 105 35 105
本级
5 10 5 5 10 5 5 5
累计
5 15 20 25 35 40 45 50
本级 累计
0. 00 0. 10 1. 72 1. 82 - 1. 01 0. 81 1. 21 2. 02 1. 13 3. 15 - 0. 65 2. 50 - 1. 22 1. 28 1. 51 2. 79
按单排桩 ( Ф1000@1250)考虑时 ,排桩处于悬臂状态 ,其 受力和变形同悬臂梁 (图 2) ,桩顶最大位移高达 58mm ,桩身 最大弯矩约为 1038kN ·m (经典法为 95813kN ·m ) 。可见 , 采用单排桩支护时 ,桩顶变形较大 ,最大值约为 58mm ,超出 50mm 的最大变形监控值要求 。
砂浆的粘结强度均满足要求 ,锚杆施工基本可靠 。根据试验
累计
0. 10 2. 32 1. 29 3. 94 5. 60 4. 87 3. 62 5. 74
5 锚杆施工要点 (1)钻孔施工应做好对中支架 ,使保护层均匀 ,形成完整 的握裹体 。在钻进过程中 ,泥 浆性能会因钻孔情况的变化而发生变化 ,应及时调整泥 浆的性能 ,维持正常的钻进 。 (2)杆体应在注浆前放入 ,插入孔内的深度不应小余锚 杆长度的 95% ,且应防止制作好