桩锚支护工程PPt.ppt

桩－锚结构支护的基坑工程,李象范同济大学2011年4月,一、围护桩选型1、桩－锚结构与土钉支护的比较与选择,（1）．构造,（2）变形,倾覆①抗拔力不足②材料拉断③桩短踢脚④桩墙折断,滑移①坑底隆起②地表下陷③搅拌桩折断④土钉弯曲,（3）受力机理①桩锚荷载结构体系水土压力桩、墙锚杆锚固段分布到稳定地层中②土钉支护原位加固边坡原位土体抗剪能力边坡土体自重超前支护抗剪能力滑移面后移土钉对边坡的加固作用土体改善拉拔作用,,,4方案选择,原则①安全第一位，造价要重视②周边环境要求变形要求是否严格③开挖深度土钉支护有开挖深度的限制④土质情况锚杆比土钉对地层要求更高⑤施工工艺水平设备、操作、技术要求⑥本地区以往的工程经验,二、桩锚与桩撑,桩锚结构受力示意图,1、方案选择的条件1.地层锚杆对地层依赖性比较大，地层强度较高时用锚，地层条件较差时用撑。2.场地锚杆要出用地红线，场地较开阔时用锚，场地窄小时用撑。3.平面尺寸基坑尺寸较小时用撑，很大时用锚。4.平面形状基坑平面形状规则用撑，不规则、复杂甚至不对称用锚。5.对后续工序的干扰桩锚对挖土、土建无干扰，改善劳动条件和工作效率。桩撑对挖土、土建有干扰，生产效率较低。6.质量管理、可靠度的要求。,2、围护桩排桩式支挡结构（1）排桩式挡墙,（2）钻孔灌注桩直径大于400mm，用钻机在地层中竖向钻孔，清孔后，放入钢筋笼，采用套管法浇筑水下混凝土，一根一根密排的现浇混凝土桩，用圈梁联成整体式墙，承受水土压力。①使用条件深度713m，地层较好时，可以用得更深达1617m；环境②优缺点A、现场浇筑，无挤土效应，对周边环境影响小；B、与地下连续墙比较，设备简单，造价低，速度快；C、平面布置灵活，可以布置成方形、圆形、不规则多边形等；D、圆形截面抗弯刚度大；缺点A、不隔水，在高水位地层，需另外设止水帷幕；B、施工期间大量泥浆排放，易造成环境问题；③施工注意事项A、须间隔跳打，防止串浆；B、受力钢筋宜均匀布置，长度方向上部2/3为全笼钢筋，下部1/3（最大弯距点以下）可减半布置；C、排桩施工顺序安排（3）人工挖孔桩,（3）型钢水泥土搅拌桩墙连续搅拌的水泥桩墙内，插入H型钢，形成即能隔水又能承受水土压力的围护挡墙，又称SMW工法。①使用条件粘性土粉土砂砾石强风化岩石（单轴抗压强度小于60MPa）②构造型式,,,③计算A、H型钢入土深度DhDh基坑抗隆起抗倾覆整体稳定性等、内力变形要求等水泥土搅拌入土深度DcDc抗管涌（流砂）DC.≥Dh0.5-1.0mB、型钢间距L（净间距）满足抗弯能力外，L≤delH2e,、,式中del水泥土搅拌桩厚度（mm）HH型钢高度（mm）e型钢形心轴与截面对称轴的距离（mm）C、水土压力全部由H型钢承担，水泥土搅拌桩仅提高其刚度20左右，刚度提高系数式中--分别为水泥土搅拌桩与H型钢混合体及H型钢的弹性模量（MPa）；分别为水泥土搅拌桩与H型钢混合体及H型钢的惯性矩（mm4）。,,,,,,,水泥土刚度系数а取值D、型钢水泥土搅拌墙的弯矩应全部由型钢承担，并按下式验算型钢的抗弯刚度式中型钢水泥土搅拌墙的弯矩设计值（N.mm），可取计算得到的弯矩标准值乘以相应的分项系数，一般取1.25；型钢沿弯矩作用方向的截面模量（mm3）；型钢的抗弯强度设计值（N/mm2）。,,型钢水泥土搅拌墙的剪力应全部由型钢承担，并按下式验算型钢的抗剪强度式中计算剪力设计值（N/mm2）；型钢水泥土搅拌墙的剪力设计值（kN），可取计算得到的弯矩标准值乘以相应的分项系数，一般取1.25；计算剪应力处的型钢面积矩（mm3）；型钢沿弯矩作用方向的截面惯性矩（mm4）；型钢腹板厚度（mm）；钢材的抗剪强度设计值（N/mm2）。,,,,,④水泥土强度校核型钢水泥土搅拌墙应验算水泥土搅拌桩桩身局部抗剪承载力，包括型钢与水泥土之间的错动剪切和水泥土最薄弱截面处的局部剪切,,,,,,,,（a）型钢与水泥土间错动（b）最薄弱截面剪切剪切破坏验算图破坏验算图搅拌桩局部抗剪强度计算示意图,A、型钢与水泥土之间的错动剪切承载力验算应按下式计算剪力剪应力式中型钢与水泥土之间单位深度范围内的错动剪力标准值（N/mm）；型钢与水泥土之间的错动剪应力标准值（N/mm2）；计算截面处作用的侧压力标准值（N/mm2）型钢翼缘之间的净距（mm）；型钢翼缘处水泥土墙体的有效厚度（mm）；水泥土抗剪强度标准值（N/mm2），可取水泥土无侧限抗压强度标准值的，对于淤泥或淤泥质土层，宜取低值；剪力计算经验系数，可取0.6；水泥土抗剪强度调整系数，可取1.6。,,,,,,,,,,,B、如型钢为隔孔设置时，除了需验算型钢与水泥土之间的错动剪切承载力外，还应按下式计算水泥土搅拌桩最薄弱断面的局部抗剪强度剪力剪应力式中水泥土最薄弱截面处单位深度范围内的剪力标准值（N/mm）；水泥土最薄弱截面处的局部剪应力标准值（N/mm2）；水泥土最薄弱截面的净距（mm）；水泥土最薄弱截面处墙体的有效厚度（mm）。,,,,,,,,,,,,,C、设备与施工,,,,,,,步履式机械设备履带式机械设备,施工流程,（4）全套管钻孔咬合桩（柱状连续墙）①施工设备双旋转功力钻机，上动力头驱动长螺旋钻杆，下动力头驱动套管，如土力公司R-622HD，R-825和CM-120钻机②施工程序③使用条件及与其他方法比较,,以上对比表明，在软土地区五种常用的挡土围护结构中全套管钻孔咬合桩的综合技术特性显优。,MZ液压摇动式全套管灌注桩机配套设备示意图③捷程MZ液压摇动式全套管钻机由主机（磨桩机）、钢套管、锤式抓斗和液压工作站组成，由于套管安设和拔高，另需履带式吊车。④施工程序,全套管钻孔咬合桩施工示意图示意图,钻孔咬合桩配筋示意图,,（5）日本的柱状连续墙的施工,,,,,三、桩锚结构体系设计1.作用与桩上的水土压力,土压力计算示意图,（1）原则上讲作用于支护桩（墙）上的水土压力，墙前为被动土压力，墙后为主动土压力。土压力值的大小和分布还取决于支撑（锚）的刚度。所以有些规范，在讲到桩排结构时，土压力应进行调整。墙后土压力介于主动土压力和静止土压力之间，墙后土压力按弹性地基梁取值即被动土压力的大小与墙（桩）的水平位移y有关。由于锚杆（索）刚度小于支撑，所以采用极限状态主动极限状态和被动极限状态比较合适。,（2）土压力计算主动区土压力（地下水位以上或水土合算）,,,,,式中，深度z处作用与支护桩上的主动土压力强度标准值；第j层土的天然重度；第j层土的厚度；计算点以上的土层数；第i层土的主动土压力系数；第i层土的内聚力、内摩擦角；,,,,,,,,,,深度z处由地面超载或附加荷载产生的附加水平土压力标准值；深度z处第i层土的被动土压力强度标准值；基坑底面所在土层数；第i土层的被动土压力系数。,,,,,若采用水土分算,式中计算点到地面的距离；地下水重度，；墙后第i层土中的地下水位距地面的距离；墙前第i层土中的地下水位距地面的距离。,,,3地面超载、附加荷载引起的水平压力地面超载地面超载集度的标准值，通常取20KPa。附加荷载外侧有埋深d的条形或矩形基础荷载当时基础底部附加荷载标准值；基础埋深；条形基础宽度；支护桩到基础的水平距离。,,,,,,矩形基础式中，与基坑边垂直方向上的矩形基础宽度；与基坑边平行方向上的矩形基础宽度。当或时，取。,条形（矩形）附加荷载产生的附加水平压力,（4）被动抗力的计算围护桩（墙）在水土压的作用下，在基坑开挖部分随开挖进行，桩身逐步向坑内位移，而开挖面以下的桩体向前位移就使土体被动压缩，位移大到一定数量级就产生被动滑移，达到被动土压力①经典被动土压力对于砂土类颗粒土式中-----基坑开挖面以下深度处的竖向应力标准值------第i土层的被动抗力系数对于粘性土，基坑内侧水平抗力标准为,,,,,,,,,被动土压力计算图,②弹性地基梁设计土体的水平坑力被动的土压力的是达到变形的极限状态，多数情况下水平变形达不到或不允许达到极限状态。水平抗力应与围护桩位移值大小有关，如处于弹性状态，应呈比例，即PKSP-----弹性抗力绝对值KN/m2K----弹性抗力系数KN/m3S----围护桩墙的位移值（m）,杆系有限元法的计算图,根据不同假定，桩基侧向弹性坑力系数分布，有不同分布模式。常数法，K----为常数，不随深度变化M法，K-----随深度呈正比例增加C法，K-----埋置浅时，随曲线增加，深埋时为常数K法，K----浅时随曲线增加，深埋时为常数常数法、m法、C法，可用同一个公式概括即式中，Z----基坑开挖面以下的深度当K0K0为常数，n0,即KK0,即常数法mm为土体弹性比例系数，n1,则KmZ，即为m法c，n0.5时，，即为C法取常用m法，但m法对砂性土比较合适，竖向荷载为零处（即开挖后）抗力为零，但粘性土在该处抗力不为零，为杜绝这一矛盾，引用一初始计算深度Z0，即为KHmZZ0式中，KH------侧向弹性抗力系数m-------土体的弹性比例系数z--------开挖面算起深度Z0-------初始计算深度KH，m工程现场试验取得，多数情况参考规范、规程表格也可采用地勘报告的标准贯入击数N，和土体无侧限抗压强度qu计算弹性抗力系数经验公式,,,,桩基侧向弹性抗力系数的分布图（a）常数法；（b）m法；（c）c法；（d）k法KH2x103NKH5-8x102qu,,（5）土压力经验修正①、提高主动土压力周边环境要求严格，不允许围护产生较大位移，达不到主动压力压力的位移值或②、被动土压力系数折减不允许产生较大位移，将被动压力折减,,,,,,式中Da-----被动土体容许位移值Dp------被动极限状态所需位移值Dp（0.02～0.04）h0h0-----开挖系数,③、被动土压力增大系数考虑被动土压力土体与围护桩（墙）之间的摩阻力，提高被动土压力值,,,2、锚杆的支撑力（1）单撑（单锚）受力体系,两个未知数Ra、D，不能直接求解。,可采用等值梁法进行求解,求解Ra、Po及上部桩墙弯矩图,,,,最终，根据Ra、t，画出弯矩图作为设计锚杆的依据,,（2）二道或多道锚杆等反力布置、等弯矩布置、程序计算理正软件、同济启明星,,二层及二层以上的多支撑（锚杆）的围护体，第二层及二层以上的支撑或锚杆的支护体系是超静定结构，必须作一些假定才能计算，如等反力布置，等弯矩布置等。如果考虑到多支撑体系的施工过程，也可逐步将超静定问题化为静定问题进行求解，就像前面所讲的等值梁法那样。如假定深基坑支护桩布置有N道锚杆或支撑，根据挖一层撑一层的原则，必须分为N1次挖土.,,①第一步，开挖一定深度作第一次锚杆；挖深H1，悬臂桩挡墙，计算得到②施工完成第一道锚杆，挖土至第二层锚杆位置，挖深H2，单支点挡墙，计算得到③第三步开挖作第二层锚杆，以后再挖至第三锚杆位置，挖深H3，二支挡墙，但T1为已知，又可按单支撑计算，计算得到n第N次开挖挖至Hn，这时为多支点围护桩，但T1、T2T（N-2）是已知，未知力仅为，同样照等值梁法求得。将每个工况情况的正、负弯矩比较取大者。分层等值梁法，将超静定转化为静定问题解决。,第k1次开挖至坑底，开挖深度为Hk，上面作用有（k-1）个已知支撑力。T1、T2Tk-2，根据ΣXOΣYOΣM0求出各支撑力与主动土压力平衡点，即剪应力为零，取得最大弯矩和；求hKO1,,,有了即计算得,,同样求，求出最大弯矩。,,最终设计值,,,,,嵌固深度hd,,,,还取决于稳定性验算。,3锚杆布置滑移面外12m,圆柱型注浆锚杆长度式中，锚杆倾角；锚固段直径，取钻孔直径的1.2倍；锚固段穿过的土层数；第i土层与锚固段的摩阻力；抗拔安全系数；锚固长度对粘结强度的影响系数，10m时，1；10m，1.0。见有关规范,,,,,,,,①关于计算方法第i土层相应锚固段中点埋深；锚固段与第i层土体的摩阻力，取决于施工方法第i土层内聚力。参考地质报告中钻孔灌注桩的边壁摩阻力相关规范手则进行拉拔试验通过综合比较，取值,,一次注浆,二次注浆,②关于Lm锚杆长度计算剪应力的分布计算中按均匀分布，实际上如下图可见，Lm太长无用岩石地层Lm6.0m土质地层Lm流出水泥浆,4.锚头及联系梁①螺杆D3640mm，粗车螺纹，多用于钢筋锚杆②夹具锚头OVM系列、HVM系列,5.张拉及锁定通常与验收试验结合进行锚杆设计荷载标准值，分为十等级，加载到1.5倍设计荷载标准值，分级退至0.80.6设计荷载，安设外墙头、锁定,五、土层锚杆的试验研究1.基本试验可行性试验、新的锚杆形式、全新的地层、新的施工工艺、特别大型的工程目的考验设计理论、施工工艺及对地层的适应性成果荷载位移曲线包括荷载弹性及塑性位移曲线数量3根，可以是工程锚杆，也可以是另外施作,2.验收试验每根必做荷载位移曲线,3.蠕变及松弛试验对于粘土地层，要求长期工作的，需进行蠕变和松弛试验,谢谢,