悬臂式钻孔灌注护坡桩计算方法..doc

悬臂式钻孔灌注护坡桩计算方法 ? 　　【摘要】　通过分析基坑与护坡桩相互作用时土压力的特点，从力学角度出发，提出了悬臂式钻孔灌注护坡桩的计算、设计方法，并有工程实例。　　【关键词】　基坑　土压力　悬臂式钻孔灌注护坡桩　　【Abstract】　Based on the characteristics of earth pressure when foundation pit and protecting piles interact,the calculation and design method of cantilever retaining drilled hole cast-in pile is put forward in the view of mechanics,and the project examples are given.　　【Key words】　foundation pit　earth pressure　cantilever retaining drilled hole cast-in pile 0　前言　　当前城市建设工程受场地小与周围施工条件限制，许多基坑开挖放坡已不可能，需进行垂直开挖。钻孔灌注桩施工简便占地少，质量容易控制且造价相对较低，在基坑开挖支护中被普遍采用。根据西安地区施工经验，悬臂式钻孔灌注护坡桩不仅适用于开挖深度不大的基坑，也适用于深基坑开挖中，目前用于支护的最大开挖深度达12.0m。1　悬臂桩的受力特点　　基坑支护在土力学中属土与构筑物互相作用的范畴，边坡稳定体系由桩土共同构成。　　随着基坑的开挖，当开挖至设计标高时，由于受两侧土压力的作用，桩发生挠曲变形，其整体趋势向基坑内倾斜。为了保证其稳定性必须使其在土下某一处产生一个反弯点“O”，用其下部所受力抵消上部倾向基坑的土压力。处于稳定后的悬臂桩变形状况见图1。由于产生主动土压力支护桩只须产生较小的位移(位移量为桩长的1／1 000左右)，不影响其稳定性，在工程中是允许的，这时AO段在桩后、OG段在桩前将产生主动土压力Ea1、Ea3；而产生被动土压力所需要的位移较大(位移量为桩长的1／50～1／100)，工程中一般不允许支护桩产生太大变位，因此在实践中桩前CO段，桩后CG段将产生大于主动土压力而小于被动土压力的土压力E2、E4。为了保证桩有足够的稳定安全系数，设计时通常控制E2、E4不超过按朗肯土压力理论计算的被动土压力Ep2、Ep4的1／2～2／3［1］。由于桩前CO段和桩后OG段中每一点的受力情况及其复杂程度也不尽相同，为了便于生产实践中的分析计算，我们假设其中每一点实际所受力与该点由朗肯土压力计算的被动土压力之比值为一常数K。悬臂式支护桩的土压力分布情况见图2。 图 1　悬臂桩稳定后的变形 图 2　悬臂护坡桩土压力分布情况 2　悬臂式支护桩的计算原理及方法　　了解了支护桩变形情况及其前后土压力的分布特征，就可以计算桩长和其最大弯距了。　　悬臂式支护桩实质为在三角形、梯形分布的平面力系作用下处于平衡状态的构件。根据其受力后的变形情况可知只有O点处其挠度为零，可得： ∑M=0 (1) 式中：Ｍ——Ｏ点处的变距kN·m。　　当支护桩处于平衡状态时，其所受全部力合力为零，可得： ∑F=0 (2) 式中：Ｆ——护坡桩所受全部外力，kN。　　以(1)、(2)式做为基本条件，分别求E2、E4以及最大弯距及其所在位置，供进一步设计计算。　　在O点处取一截面n—n′，取其上部桩为研究对象。根据弯距平衡方程式，可知Ea1、E2在O点的弯距之和为零。Ea1可通过朗肯土压力理论求得，其大小等于对AO段上各点的主动土压力积分值，作用点位置可通过二重积分求得。对于E2由于其各深度处所受力等于K1与该处由朗肯土压力理论计算出的被动土压力的乘积，根据二重积分计算出Ep2的合力作用点l′处即为E2的合力作用点所在。根据(1)式可列出： Ea1．l=E2．l′ (3) 式中：Eal——Ｏ点上段护坡桩所受总主动土压力，kN；　　　E2——O点上段护坡桩所受总土压力，kN；　　　　l——总主动土压力作用点位置到O点距离，m；　　　　l′——总土压力作用点位置到O点距离，m。即可求得E2。然后验算E2，当E2／E2p=K1介于1／2～2／3之间，E2满足要求，否则不然。E2求出，Ea3可按Ea1方法求得，通过(2)式可列出： 　　Ea1＋E4=E2＋Ea3 (4) 式中：Ea1、E2——同前；　　　Ea3——O点下段护坡桩所受总主动土压力，kN；　　　E4——O点下段护坡桩所受总土压力，kN。即可求出E4。与E2一样需进行验算E4，E4/Ep4=K2是否介于1/2～1／3之间。　　当E2、E4求出之后，支护桩的受力情况