建筑施工围护桩设计探讨.pdf

趔 生筮2 期 一 堪芷遮让3 窆 矿p 一≮ 客桩罨 ≈堙辔修 兰州煤矿设计研究院卫德 ∥矽矽吣 叠讨毒 ≮辔辔矽 摘要用静点的土力学理论对高层建筑施工中基坑开挖的防护问题进行探讨，对某工 程的几种防护进行了设计，保证了基础的安全施工。 关键词围护桩 主动土压力 被动土压力 最小埋入深度最大弯矩 目前，兰州地区高层建筑发展很快，其体型复杂，基 础深度达8 9 m 以上。基坑开挖时临空壁的防护涉及到 经济、安全和施工进度等一系列问题。 基本假定 1 同地层相比较，假定桩为钢性的。 2 忽略桩与周围岩、土间的摩擦力，粘着力。 3 锚固段地层的侧壁容许应力成直线变化。 4 柱顶梁作用忽略不计，偏于安全。 1 悬臂桩的受力分析及最小埋入深度 近两年的基坑围护基本是悬臂桩，桩顶设有拉梁，拉 梁端部与边上某个桩 距基坑较远 拉接在～起。实际 上，拉梁只是一种构造措施，将基坑边排桩连在一起，使 其共同工作，计算按悬臂桩。 a 一变位示意； b 卜桩内、外侧主动土压力和被动土压力示意； c 一桩内、外侧主动土压力和被动土压力叠加示意； d 一桩底内、外侧主动土压力和被动土压力的叠加 图1 悬臂桩受力示意 图1 a 所示一悬臂桩A B ，上端A C 及埋入基坑内的B C 靠埋人深度内两侧的土压力维持平衡而工作。桩外侧A B 在主动土压力e 日的作用下，桩身向基坑内侧产生一个位 移，由于桩身位移产生被动土压力，在主动土压力和被动 土压力作用下，桩绕O 点转动 转角零点由于土体不是刚 性材料，O 点不在基坑的表面 。上端A 向基坑内侧倾斜 至A ，，下端向坑外侧移动到B ’ 图1 a ，两者之压力差为 e D e a 图1 b 、1 c ；由下端B ’产生向坑外侧的土压力，其值 为深度h 范围内的被动土压力与坑内侧士压力之差 p p 一仇 图1 d ，由平衡条件 11r 7 ∑H o e a h 一寺e p x 号 e p 一‰ p P p a o z e p x e 。h ／ e p e 。 p p p A 1 ∑M o 吉e ah 2 一吉e p x 2 Z 2 ／6 e p e a p p ～p a o Z 2 e p x 2 一e a h 2 ， e p e 噩 p p p B 2 将公式 1 代入 2 中可求出悬臂桩埋入基坑中的最 小深度x 。 2 土压力e I 、e p 、p p 、“的计算公式及稳定条件 假定桩背面与土壤之间无摩擦力，由朗肯土压力理 论 e a r l l t 者 4 5 。一耐2 3 沿水平方向每m 长的土压力为 E 。{ ‰h 丢詹t o 4 5 0 一叫2 4 作用点距桩底{ h e D I x t 矗 4 5 。 耐2 5 沿水平方向每m 长的土压力为 E p { e p x { Ⅸ2 t 觚2 4 5 。 耐2 6 作用点距桩底x n I x t 舳2 4 5 。一耐2 7 n 由时 4 5 。 耐2 8 式中r 土的重度，k N ／05 巾土壤休止角。 按建筑地基基础设计规范G B ．7 7 8 9 对挡土墙的稳 定条件限制，对悬臂桩 抗滑移安全系数K k ，E a ≥1 ．3 9 抗倾覆安全系数I t E D x ，E a h ≥1 ．5 0 ．9 1 ．3 5 1 0 式 1 0 中1 ．5 0 ．9 是考虑悬臂围护桩为临时结构， 将抗倾覆安全系数降低了1 0 ％。 探 吣掣电秒 一计一 矿语A ≮ 援 ⋯牡{ 『 吣警枣矽 一围一 矿语逸≮ 。薯， ≮睽修矽 一施一 矿西谆≮ 裁 』哪蚴 万方数据 地堪芝遮 土迎 生筮2 期 3 桩的最大弯矩及截面设计 3 ．1 最大弯矩的计算 将式 3 、 5 、 7 和 8 代入 1 和 2 算出x 值，再返 回上述公式中，算出e a 、e p 、R 、E p ，用式 9 和 1 0 检验合 格后，计算桩的最大弯矩‰；若不满足式 1 0 的要求，将 x 加大使之满足式 1 0 ，此时的x 即为桩的人土深度。 M ～的计算由e 。e 。值算得沿桩长度每m 处的土压 力强度值，用结构静力手册中悬臂梁上作用三角形荷 载的公式试算求出最大弯矩，也可用高等数学中求极大 值的方法，求出‰。 3 ．2 桩的截面设计 砼结构设计规范G 彤1 卜8 9 第4 ．1 ．条给出了圆 截面受弯构件配筋的两个公式。因联立解很烦锁，且算 出的钢筋为全截面均匀配筋，对悬臂桩的受力来说，好钢 没有用在刀刃上。 较简单的方法是在圆截面中找一最佳内接矩形截 面，在砼结构计算手册bo 中查出M I l l 虬值的钢筋，集中配 置在桩外侧某一范围内，最大限度地发挥钢筋的能力。 沿桩长向上弯矩逐渐减小，适当截断某些钢筋以取得经 济效益，桩所受水平力及弯矩如图2 所示。 l l 永平力_ i 叁誉 萝 图2 桩所承受的水平力及弯矩图 ￡ 4 算例 曩 亿红砂砉 y 1 5 。5 k N ／一 y 1 9 k N ／f - 1 3 y 2 2 l N ／n 3 图3 某工程基坑示意 某工程2 0 层，基础2 层，埋深7 ．9 m ，基础底面置于强 风化岩层上，地质状况如图3 所示，地下水距地面6 m ，采 用中 ‰的围护桩，计算其配筋及间距。 1 埋入深度 各层土质的重度不同其加权平均值 假定桩入基坑 3 m 丫 2 ．2 1 5 ．5 5 ．4 1 9 3 ．2 2 2 ／ 2 ．2 5 ．4 0 ．3 3 1 9 k N ，矗 由公式 3 ～8 ，取卵石层螂。，红砂岩m 5 俨，则 e 。 1 9 x 7 ．9 掘n 矗 4 5 。一4 5 0 ／2 3 ．3 x 2 5 ．8 e b 2 2 ] 【t a 矛 4 5 0 5 0 。／2 1 6 6 。l x e D e x 1 6 2 ．8 x 一2 5 ．8 风 2 2 北m 2 4 5 。一5 0 。／2 2 ．9 x p b 1 9 x 7 ．9 t a f 4 5 。 4 5 。，2 1 1 0 ．7 x 8 7 4 ．8 p p p a 1 c r 7 ．8 x 8 7 4 ．8 代入 1 和 2 式化简得 一 1 ．4 2 5 ，一4 ．2 】 2 1 3 ．2 8 x 一1 8 ．8 2 0 解得x 2 ．7 5 m ，即为桩埋人基坑中的最小深度。 由式 9 可得l 1 ．3 ，满足； 由式 1 0 可得K E D x ／E a h O ．8 7 3 1 ．3 ，可以； l t E D 】 ，E a h 5 8 1 ．3 5 3 ．5 2 ，[ 3 7 ．3 5 7 ．9 3 ．5 2 ] 1 ．4 6 7 1 ．3 5 ．可以。 2 桩的最大弯矩 假定基坑下y 处的最大弯矩如图4 所示。 县A 图4 某工程悬臂桩所承受的水平力及弯矩图 M 吉 3 ．3 y 2 5 ．8 y 7 ．9 2 一吉x 1 6 6 ．1 y 3 一2 7 ．1y 3 1 3 y 2 1 0 2 ．3 y 2 6 8 ．3 ；由票 o ，化简得y 2 0 ．3 2 y 1 ．2 6 0 解得v 1 ．2 9 m 代入上式得 ‰ 一2 7 ．1 1 ．2 9 3 1 3 1 ．2 9 2 1 0 ．2 3 1 ．2 9 2 6 8 ．3 3 6 3 ．7 k N ，m 3 桩的截面设计及构造措施 蚋 八 l 牡砣h ～缝挈 止龇髓 棚■ } - 避一I ●嚏 图5 桩基拉粱配筋图 近似地按矩形截面设计，取圆内接矩形截面3 5 0 啪 5 0 0 H 吼，查砼结构计算手册表2 1 1 9 ，M 3 6 5 ．2 2 l 【N ， 凡 3 6 9 6 耐，选8 拶，气 4 9 0 ．9 8 3 9 2 7 ．2 矗，钢筋按 万方数据 迎 生筮2 期堪芷遮让生 中煤设计集团沈阳设计研究院阮忠贤 随着经济体制改革的深入，我国基本建设概预算定 额的模式发生了很大变化。但客观地说，目前的工程造 价管理距社会主义市场经济的管理要求，还有很大差距。 下面谈几点看法。 l 造价管理的重点不应仅放在工程实施阶段 目前，在市场经济刚刚起步形势下，我国大型企业尤 其是基础工业是以国家为投资主体的。因此，设计是建 设工程造价合理确定及控制的关键，也就是说，设计阶段 影响造价的程度远大于工程实施阶段。 我院在平朔安岭露天煤矿项目设计中，实施了三个 阶段的投资控制 1 可行性研究阶段。该可研是1 9 9 4 年编制 动态投 资6 9 亿元的 的，1 9 9 5 年正赶上国家财税制度改革，按新 的财税制度的要求对原可研进行调整，调整后项目动态 投资达9 r 7 ．4 3 亿元。由于投资大、还款期长，企业举债经 营，投资风险也大。1 9 9 6 年我院根据国务院关于投资管 理体制改革的有关精神，解放思想，转变观念，以经济效 益为中心，对该可研从8 个方面、采取4 2 项措施进行优 化。在项目规模不变的情况下，投资减少到4 9 ．1 7 亿元， 减少了4 9 ．5 3 ％；工期由2 ．5 年减为2 年；财务内部收益率 由1 1 ．4 7 ％提高到1 2 ．7 7 ％；贷款偿还期由2 0 ．8 年缩短到 1 4 ．6 年。得到了业主的认可及国家计委的好评。 2 初步设计阶段。对各单位工程进行技术方案优 选，例如专业仓库，可研估算投资6 2 1 ．1 5 万元，在初设时 考虑了两种屋面结构、砼梁、大型屋面板和梯形钢屋架、 彩钢夹心板的方案。从技术上讲，方案均可行；从经济上 讲，前者要节约投资，后者要突破可研估算。经优选决定 采用前一种形式，比估算节省投资5 1 万元。初设阶段通 过对各单位工程的进一步优化，静态总投资仅突破估算 投资的3 ．6 ％，控制在国家规定的1 0 ％以内。 3 施工图阶段再次进行预算造价控制。施工图设 计是控制工程造价的重要阶段，项目经理按照国家批准 的初步设计概算，把投资限额分块，分配到采矿、运输、土 斗e 斗枣辱e 斗辜斗e 斗e 斗e 艇c 斗辜斗枣斗e 艇c 斗皋拍c 斗g 斗e 斗鲁斗辜斗e 拍f 斗e 斗e 斗辜片e 斗e 斗e 斗e ■e 斗枣斗晕耳e 斗e 斗e 拍c 斗e 斗搴斗皋斗e 斗e 拍c 斗辜艇斗辜斗e 图5 排列；在基坑以上每隔2 m 截断2 牺，剩钟沥为止，至 地面以下2 ．5 m 将桩截断，其上作拉梁印O m 4 0 0 咖，配 6 巾1 8 钢筋 p O ．3 ％ ，见图5 。压梁顶上按7 5 。～8 0 0 放坡 用砖墙砌至地面防护，桩与桩之间，地下水位以下用 2 0 0 l I 舫厚的砼壁，配柘 2 0 0 的双向钢筋网 钢筋需锚人 桩内 防护；地下水位以上可用砖墙围护，如卵石层较密实 也可用砂袋围护。 按计算，本例桩间距为l m ，考虑到桩为临时结构，砼 强度等级由C 2 5 降至C 2 0 。桩入土深度由于基坑四周排 水沟及集水井自撇置取4 ．0 m 。 5 结论 影响桩的经济指标为①垂值，西值越大，桩埋入基坑 的深度越小。笔者观察到兰州地区的卵石层顶部较松散， 下部密实，有些基坑直立开挖，暴露很长时间都不坍塌，按 经验中值可达7 伊以上，取5 伊～5 5 0 之间合宜，可使％值减 少。红砂岩暴露在外部极易分化，取5 0 。合理；②基坑以上 桩长l l a ，可取到拉梁底或更低些，其上高度的土自重折合 成外荷载q ，计算e a 值，也可使桩埋人深度减少，另外在 ‰计算公式 I l a y 2 中，l l a 减小会使‰值减小 本例 中 k y 2 7 ．9 y 2 。笔者曾取h 。 4 ．5 m ，其上3 ．4 m 的土重按q 5 7 k N ，o 的均布荷载计算，e a 减小，用同一桩 径及配筋，桩距增大至2 m ，桩数减少一半，取得较好的经 济效益。 参考文献 1 黄熙龄、秦宝玖，地基基础的设计与计算，中国建筑工业出版 社，1 9 8 1 ．1 2 2 天津大学、西安冶金建筑学院、哈尔滨建筑工程学院等，地基 与基础，中国建筑工业出版社，1 9 r 7 8 ．1 0 3 北京钢铁设计总院主编，混凝土结构计算手册，中国建筑工业 出版社，1 9 8 9 责任编辑马光辉 万方数据