桩锚支护设计中等值梁法分析

施工技术与应用　囝囫　圈　桩锚支护设计中等值梁法分析　－摘要：等值梁法是锚桩支护设计的常用手段，如何选取等值梁法的计算类型是节约工程成本的关键因素。通过分析整体等值梁　９分段等值梁法的计算差异，进行了某一工程案例的两种方法的计算对比。明确了两种方法在计算中结果并非相差太大，分段等值　梁的计算结果更加合理。最后通过计算结果评价了工程中采用分段等值梁能够保证基坑的安全同时能节约成本。计算结果为其他　相似工程地质条件的基坑工程提供了较高的参考价值。　关键词：桩锚支护整体等值梁法分段等值梁法比分析　１引言　基坑工程的设计与施工，既要保证其在施工过程中的安全，又要控制支　护结构与基坑周围土体的变形，以保证周边环境的安全。桩锚支护设计手段　不断涌现，例如弹性地基梁法和有限元法等，越来越受到国内外岩土工程界　的重视，但是弹性地基梁法基本上不考虑土体强度问题，因此不能考虑桩的　入土深度，有限元法既可以考虑土体强度又可以考虑土体和结构的变形，但　有限元法在选定土体的计算模型和物理力学参数等方面较困难，计算过程也　较为复杂。等值梁法是目前桩锚支护设计中应用最广泛的一种用以计算支护　内力的方法，具有建模容易、计算简单、可靠性高等特点。　２等值梁法原理　通常当桩的入土深度较大时，护坡桩上端受到拉锚的拉力作用，下部受　到土体的嵌固作用，如图ｌ弹锚情形）所示。ａＣ梁在ｂ点为拉锚作用点，ｃ点为桩　的终端，ｄ点为弯矩图中的零点即挠曲线的反弯点。若将　梁自ｄ点断开，并在　ｄ点设自由支撑而形成ａｄ　梁，则ａｄ梁的弯矩在同样分　布的荷载作用下保持不变，　即ａｄ梁为ＡＣ梁上ａｄ段的等　值梁。这样可以把桩体划分　为两段假想梁，上部为简支　梁，下部为超静定梁，这样　图１等值梁法计算简图及弩矩图　就可以通过计算得到桩身　内力。　应用等值梁法进行计算，首先应确定反弯点的位置，实际上土压力等于　零的位置与弯矩为零的位置很接近，因此计算时用土压力为零的点代替反弯　点的位置。　３多锚支挡结构计算步骤　等值梁法分为整体等值梁法和分段等值梁法。整体等值粱法就是把反弯　点与桩顶之间的部分当作多跨连续梁，锚点位置为连续梁的支点；分段等值　梁法，就是基坑分步开挖过程中锚杆　设置的位置已经确定的等值梁法。　３．１整体等值梁法计算步骤　（１）按照超载作用下水土分算土　压力计算的方法，根据朗肯土压力计　算理论计算土的侧向压力（图２），计算　时不考虑支护结构与土体的摩擦作　用。地下水以上的土体不考虑水的作　用。地下水以下的土层根据土层的性　１ｔ］２郎肯土压力分布图　质差异需考虑地下水的作用。　（２）计算反弯点。土压力为零的地方为反弯点所以反弯点处满足如下条件：　ＴｙＫｐＫ＝（ｐ＋Ｙ　）　ｆ３　１、　１＝１　、’。一　式中：Ｋ——被动土压力修正系数，根据‘ｐ值取１．８；　ｙ一土压力为零（反弯点）处距基坑底部的距离；　ｇ厂土钉墙上传递到桩顶的附加荷载；　（３）将反弯点以上的桩可按多跨梁计算。按照反弯点处弯矩为零，剪力不　为零的特点根据力矩分配法求出多跨梁的弯矩图和剪力图并求出锚杆设计　拉力。　（４）由等值梁法计算原理可知，反弯点以下两侧荷载经嵌固段被相互抵　消，即嵌固段端点弯矩为０，由此可求出反弯点以下桩的埋入长度。　３．２分段等值梁法计算步骤　每层支撑必须保证设置下层支撑前基坑是稳定的，所以在计算每层支撑　时，取下层支撑所需开挖深度进行支撑计算。　（１）求第ｋ层支撑的反弯点时计算方法同整体等值梁法。　（２）由于此时相当于是静定结构，根据理论力学的多跨梁计算方法求出　第ｋ层支撑的支护力。　（３）求解反弯点以下桩长，此过程同整体等值梁法。　（４）根据各支撑力求解护坡桩的弯矩图及剪力图。　４工程实例　４．１工程概况　某基坑设计开挖深度为２４．５８ｍ，属于超大深基坑，该工程在根据勘察报　告分析后知场地处于建筑密集区用地红线离周围建筑很近。其中南侧紧邻地　铁，东侧与另一基坑距离较近北侧为开发区，西侧为电力公司。因此，深基坑　支护结构的设计必须确保万无一失，在施工期间也应注意施工方法，不能危及　周围建筑及行车安全。　根据勘察报告可知其土层以粉质粘土、粉土和砂土为主，各土层物理力　学参数见下表１。地下水以上层滞水为主，近几年稳定地下水位标高为４１．００ｍ　左右。综合考虑各种因素该基坑采用基坑四周上部土钉墙、复合土钉墙＋下部　桩锚联合支护的方案。　表１基坑下部土体加权后物理力学参数表　土层标号　容重￣，（ｋＮ／ｍ３）　厚度＾（ｍ】　ｃ（ｋＰａ】　妒（。）　１　１９．１Ｏ　１．８０　２０＿３Ｏ　２４－３Ｏ　２　１９．９Ｏ　５．６０　３１．８０　１９－２Ｏ　３　１９．８Ｏ　５．２０　２９．４０　２１．９０　４　１９．ＯＯ　５．９８　ｌ１．０Ｏ　２９．５０　４（１）　１９．Ｏ０　１．４２　ｌ１．０Ｏ　２９．５０　５　１９．７０　６．１Ｏ　Ｏ．００　４１．６０　加权平均值　１９．５２　ｌ７．２Ｏ　２８．２５　４．２按整体等值粱法计算　（１）根据上表ｌ　￣ｌｎ＂知该等土层的加权平均朗肯主动土压力系数为　Ｋｏ＝ｔａｎ　（４５。一　／２）＝ｔａｎ　（４５。一２８．２５。／２）＝０．３６　其被动土压力系数为：　Ｋｐ＝ｔａｎ　（４５。＋　／２）＝ｔａｎ　（４５。＋２８．２５。／２）＝２．８０　在支护桩的设计过程中为了　护坡桩土压力分布图　偏于安全考虑设粘聚力，计算断面　ＩＪ川………ｌｌ……¨ＩＪ　。　＇・＿ｌ　ｉ　的土压力并绘制土压力分布图，如　；　右图３。　（２）按式（３．１）可计算出反弯　ｉ　ｌ　萤　ｌ　点距基坑底部ｙ＝１．９３８ｍ。　（３）根据力矩分配法可以解　三；　ｉ　得锚杆轴力的标准值与设计值　ｌ　三　，　如下表２所示。支护桩的内力图　蚕　Ｉ　ｌ　：　如下图４　图３护坡桩上土压力分布图　。３９３。　国囵团圆　施工技术与应用　袁２整体等值梁与分段等质梁法错杆拉力对比　Ｌ　３６００　３６００　３７Ｏ０　。　３７００　ｓ　。　。　－　ｌ　坨。己　，ｌ　’　Ｒ图　图４一ｂ等值梁弯矩图　图４一ａ等值梁段剪力图　反弯点距离　锚杆ａ反力　锚杆ｂ反力　锚杆ｃ反力　锚杆ｄ反力　锚杆ｅ反力　整体等值梁法　１．９４　７７．６Ｏ　２７７．５４　３８６．２０　３４３．１８　８８０．０ｌ　分段等值梁法　１．９２　１４２．３８　２６６．８５　３７２．８３　４７３．３４　５６８．７７　差值　０．Ｏ２　６４．７８　１Ｏ．６９　１３．３７　１３０．１６　３１１．２４　图４护坡桩内力分布图　５结论　从上述计算可以看出，整体等值梁法和分段等值粱法锚杆水平拉力值计　算结果比较接近，２种方法得出的桩人土深度也相差不大。分段等值粱法算出　的锚杆轴力比整体等值梁法算出的锚杆轴力偏大，偏平均，计算偏于安全。因　此设计时，锚杆拉力的计算可采用整体等值梁法或分段等值梁法，但对于岩　性力学性质较差的基坑采用分段等值梁法设计锚杆更为合适一些。　参考文献　（４）由等值梁法计算原理可知，反弯点ｇ以下两侧荷载经嵌固段ｘ区段后　被相互抵消，即嵌固段端点弯矩为０，由此可求出Ｘ。其满足下列关系式：　＝ｙ（　Ｐ一　）ｘ　／２×　／３：丫（　Ｐ—Ｋａ）ｘ　／６　厂—　一　解之桩的嵌固深度　ｊ　４・ｏ８ｍ；　所以最ｘｂＡ￣深度ｔｏ＝ｙ＋ｘ＝１．９３８＋４．０８＝６．Ｏ１８ｍ。　４．３按分段等值梁法计算　ｆ１］李仁民，施占新，刘松玉等．弹性地基梁法和等值梁法进行基坑支护设计研　究Ⅱ１．西部探矿工程，２００７，（１０）：１７—２Ｏ．　分段等值梁的计算方法与整体等值梁方法计算类似，区别于整体等值梁　法是该方法在进行多锚支撑在分工况进行计算时，等效出的多跨粱是静定结　构。根据施工情况分如下五种工况分别进行计算：工况一（基坑开挖至３．９ｍ第　二道锚杆位置）；工况二（开挖至第三道锚杆位置７．５ｍ处）；工况三（开挖至第　四道锚杆位置１１．２ｍ处）；工况四（开挖至第五道锚杆位置１４．９ｍ处）；工况五　（开挖至基坑底部（１４．９ｍ））。根据该方法计算出的锚杆轴力与整体等值梁法　计算的轴力对比如下表２：　ｆ２］殷德顺，王保田．等值梁法的改进Ⅱ］．探矿工程，２００８，（４）：３５—３８．　【３］谢猛，侯克鹏，傅鹤林．等值梁法在深基坑支护设计中的应用【Ｉ１．土工基础，　２００８，２２（１）：１４—１７．　【４】刘峰，江巍基坑支护设计中等值梁法的应用ＩＪ］ｌ施工技术，２００６，３５（２）：４７—４８．　【５】朱丽霞．基于等值粱￣；－Ｉ－ｇＪ基坑支护设计Ｕ】＿，土工基础，２０１０，２４（６）：４２－４５　【６】刘协强，彭振斌．土钉墙支护在超深基坑中的应用田．工程建比２ｏｏ７，３９（４）：４３—４６．　１７Ｉ曹作忠，汪斌．土钉、土锚联合加固法在带有软弱夹层坑壁加固中的应用ＩＪ］　施工应用，２００１，（６）：４１１－４１２．　（上接第３８３页）　依据灌区的实际情况统计，本改扩建工程的大小水闸共　方面的工作：其一，建立健全灌区渠道防渗改建工程规章制度，为渠道改建工　计６２座，新建的机耕桥人行桥共计７１座，新建暗涵ｌ座，渡槽共计６座。虽然部　程的开展营造良好的制度环境；其二，不断提高渠道防渗改建工程队伍整体素　分建筑工程任务量比较小，但是其对于整体施工质量的影响是不容小觑的。　质和水平，实现工程水平的不断提高；其三，不断借鉴先进的灌区渠道防渗改　从这个角度来讲，我们必须找这个阶段高度重视混凝土施工规范和操作工　建工程的经验和教训，实现灌区渠道防渗改建管理水平和技术水平的提高。　序。具体来讲，其一，在施工过程中，应该保证放线的准确性，使得模板处于平　参考文献：　整均匀的状态；其二，在施工过程之后，应该及时的进行挖面的填平，做好碾　【１】窦旌菘．浅谈暖通工程全过程监理质量的控制要点．Ⅱ］机电信息，２０１２，０６：　压工作，对于施工场地药进行合理的平整，避免其对于施工环境造成负面的　影响；其三，每包段应配备六台混凝土拌合机，容量为０．４ｍ３，采用人工配料，　架子车运输混凝土入仓，机械进行振捣，配备１台１５ｋＷ发电机作为施工备用　电源。建筑物回填砂砾石必须夯实，以防管涌沉陷造成建筑物破坏。　５５—５８．　【２】阎会绒．试谈设备监理质量控制实施程序．太原科技，２００３，５：９８—１０２．　【３】盛家富．房屋建筑土建监理质量控制措施Ｕ］．中华建设，　２０１２，０５：１６５—１６９．　‘　三、结束语　新老相结合的灌区渠道防渗改建工程涉及面比较广泛，牵涉的内容比较　多，其施工难度也比较大。要想保证此工程的顺利进行，我们需要做好以下几　（上接第３９０页）就要运用跳打的方法１７］。　３．３泥浆护壁成孔灌注桩施工技术　泥浆护壁成孔灌注桩是采用原土自然造浆或人工进行造浆护壁，利用　泥浆循环排除土渣，从而形成灌注孔，吊放钢筋笼后，在水下进行混凝土浇　【４］＇ｆＬ新燕．希尼尔水库大坝施工监理质量控制卟水利技术　监督，２０１２，０２：２５６—２５９．　【５】高喜永　倪河水库除险加固工程监理质量控制河南水利与南水北调，　２０１１．２０：６５－６９　４总结　随着科技的发展，钢筋混凝土灌注桩的施工方式越来越多，施工工艺也　筑，其适用于地下水位高或低的土层中，泥浆护壁成孑Ｌ灌注桩在施工的过　程中要注意一下几方面的要求。其一，在埋设护筒的时候，护筒要由较厚钢　板制成，其内径要比钻头的直径大２５厘米。通常采用挖埋的方式进行埋设　护筒。其二，在护壁泥浆方面，要防止内壁漏水，塌孔等因素，在沙土中进行　钻孔，需要灌注专门制备的泥浆，其泥浆是膨润土、高塑性黏土以及水拌合　越来越完善［９１。总之，灌注桩施工技术在土木工程的项目中占有重要地位，　灌注桩的施工技术需要极强的综合性知识以及技术，在施工的过程中，要　监控好施工过程中每一个环节，控制好土木工程中灌注桩施工技术［１０】。在　实际施工的过程中，要不断的完善和创新灌注桩技术，控制好土木工程的　施工质量，从而提高建筑工程的质量与价值，促进社会向现代化转型，提　高建筑工程的施工技术，促进建筑行业的健康稳定的发展，早日与国际接　的混合物。其三，在成孔方面，成孔机械有多种多样，其中回转钻机运用的　轨，让中国特色的建筑工程技术水准走出国门，走上全世界。以上是笔者　频率较多。由于泥浆　对土木工程中灌注桩施工技术的初步见解，希望能与更多同专业人员共　的循环方式不同，可　同探讨。　以分为正循环回转　钻机以及反循环回　转钻机　。其循环工　参考文献　［１］赵志缙，应惠清．建筑施工技术探讨【Ｍ】．上海：同济大学，２０１０　艺如图３所示。其四，　在清孔方面，要注意　６）正循环成孔工艺　ｂ）反循环成孔工艺　【２］肖金媛，魏霍霖，刘世明．建筑施工技术【Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，　２０１１　，　清洗干净，泥浆的相　对密度降到１．１６到　１．２６之间，就表示清　洗干净。　嘲刘军，元祥和．油田公路工程施工中钻孔灌注桩技术的应用研究ＩＪ］．中国石　油和化工标准与质量，２０１３　［４１５２，王晓伦．公路桥梁工程钻孔灌注桩施工与质量控制ＩＪ１．交通世界，２０１３　［５】傅沥．某工程冲孔灌注桩施工技术分析Ⅱ】．华东科技，２０１２（０３）：１２１—１２２　图３泥浆循环成孔工艺　‘３９４‘