不同剛度圈梁對排樁支護結(jié)構(gòu)力學性狀的影響

1、西南交通大學碩士學位論文不同剛度圈梁對排樁支護結(jié)構(gòu)力學性狀的影響姓名：曲力群申請學位級別：碩士專業(yè)：巖土工程指導教師：羅書學2002.1.1西南交通大學研究生學位論文第口頁高層建筑的日益發(fā)展給巖土工程界不斷帶來新的挑戰(zhàn)，深基坑支護工程就是其中的一個方面?；又ёo工程的優(yōu)劣，直接影響到工程的造價和施工的進 度，因而受到廣泛的重視?；又ёo結(jié)構(gòu)的種類有很多，排樁支護結(jié)構(gòu)是最常見的一種。在當前的設(shè)計與施工中，樁頂圈梁的作用未引起足夠的重視，普遍將其視為安全儲備，而 將排樁與圈梁的整體支護結(jié)構(gòu)視為懸臂梁來計算的，這樣的計算結(jié)果顯然過于 保守不盡合理。本文所開展的試驗研究工作即是針對基坑支護結(jié)構(gòu)中圈梁的

2、剛 度對整體支護結(jié)構(gòu)的性狀影響。本文試驗是以尼龍棒模擬支護樁，以扁鋼模擬樁頂圈梁，采用砂土填筑地基，通過變換圈梁的截面尺寸及堆載進行了八組試驗。試驗結(jié)果表明，圈梁和 排樁的協(xié)同作用使得樁身內(nèi)力與變位明顯不同于無圈梁情況。圈梁與樁的剛度比為23為最佳，有圈梁時樁的入土深度可以考慮占總樁長的30%,但需要 根據(jù)具體的土層性質(zhì)和樁的類型斟酌而定。）本文編制的計算程序?qū)τ谠囼灧治?和工程設(shè)計有重要參考價值，解決了許多復雜的計算問題。圈梁可以有效地控制樁頂位移，可以起到維持基坑周圍建筑物穩(wěn)定的作用.圈梁的抗彎剛度與樁的剛度比對樁身彎矩特別是坑底附近的最大彎矩值也有很大影響?？拥滓陨蠘秱?cè)土壓力采用梯形分布

3、模式，計算結(jié)果與砂土地基的矩形分布實測土壓力符合較好。筆者認為，今后應在以下方面做進一步的探討與研究工作。全面考慮影響排樁一圈梁整體支護結(jié)構(gòu)協(xié)同作用的各種因素，加強各種工況的模擬與研究, 以求得到整體支護結(jié)構(gòu)的最佳效果；需要不斷改進測試和分析的方法，獲得真 實可靠的試驗數(shù)據(jù)，提高分析結(jié)果的可靠性；改善對周圍地面變形計算方法的 精確度，保證基坑周圍建筑物的安全；考慮基坑支護框架結(jié)構(gòu)的“空間效應”， 做出更加符合基坑空間型體的模型.關(guān)罐詞：圈梁，排樁,支護，土壓力，力學性狀abstractnew challenges have constantly been turned up by the de

4、velopment oftall buildings in the field of civil engineering. one of them is the retaining and protecting engineering for deep excavation. now people havelaid stress on because it has construction.it has manythe quality of retaining and protecting engineering influenced the cost of engineering and p

5、rocess of types of the retaining and protecting engineering for excavation. piles in row are one of the most common retaining and protecting structures the affect of top ring beam has not been thought highly at presents which has been regarded as the safety measure. the whole retaining and protectin

6、g structure of piles in row and top ring beam is calculated by the method of cantilever beam, and the result is not reasonable obviously. it is the effect of ring beam in retaining and protecting mechanics properties for excavation that this paper focuses on.in this paper there are eight groups test

7、s. it is on condition of the retaining and protecting piles imitated by nylon sticks, the top ring beam imitated by steel boards the foundation wadded by sandy soil, and the sectional size and extra load changed. the test result makes known that ring beam and piles in row working as a whole is diffe

8、rent from the state having no ring beam. it is best that the stiffness ratio of ring beam to pile is 2 to 3. we think over burying depth of piles is 30% of the whole length when ring beam existing. but it is necessary to decide according to the quality of soil layers and types of piles the computer

9、program of this paper has the important reference value on test analysis and engineering design. it resolves many complicated questions of calculating. ring bean may control the top displacement of piles validly. it has affect on keeping buildings stabling around foundation pit. the stiffness ratio

10、of ring beam to pile affects the maximum value of moment near the bottom of excavated pit. the earth pressure over the pit bottom calculated by the trapezoid mode, and the result is better according with the rectangle mode of sandy foundation.the author proposes making further research work in the f

11、ollowing 西南交通大學研究生學位論文 第m頁respects. it will has veil considered factors on the common affect of piles in row and ring beam whole retaining and protecting structure. we need the best results through enhancing imitating and researching the various situations. it should improve the methods of measure a

12、nd analysis for enhancing the reliability it will find the accurate calculating method on deflection of soil body so as to ensure the safety of buildings near the pit. considering the space effect of retaining and protecting frame structure, it will has a space model fitting excavated pit.keywords :

13、 ring beam, piles in row, retaining and protecting, earth pressure, mechanics properties交通大學研究生學位論文 第i頁第1章緒論1.1 深基坑支護技術(shù)的研究動態(tài)與應用現(xiàn)狀0年代以來，隨著我國改革開放的推進，高層建筑物不斷增加。根據(jù)構(gòu)造及使用的要求，建筑物高度的增加，使得基礎(chǔ)埋深也越來越大。尤其是進入90年代以后，我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展，大中城市地價穩(wěn)步上漲，空間利用率隨之提高，出現(xiàn)了眾多的超高層建筑，使地下室埋深達20多米，各種深基坑支護的 先進設(shè)計計算方法和施工工藝陸續(xù)產(chǎn)生【卜3】。深基坑支護工程的成敗直接關(guān)系

14、到建筑物的造價和工期。一般而言，基礎(chǔ)造價在建筑物總體造價中所占的比重為1525%,而高層建筑支護結(jié)構(gòu)造價高 達整個基礎(chǔ)造價的2535%,如高度為420米、地下埋深約20米的上海金茂 大廈的基礎(chǔ)開挖支護造價就超過6000萬元。支護工程的不當將導致投資的增 加，甚至整體的投資失控，與此同時必然影響到總工期。因此，需要慎重對待 基坑的開挖與支護的問題，確?；庸こ痰捻樌M行。近十多年來，在我國的建筑工程建設(shè)中逐步涉及到一些技術(shù)難題，如深基坑的支護設(shè)計、施工和監(jiān)測技術(shù)，其中包括基坑的降水和排水、基坑坑壁 的橫向位移控制以及坑外地面的沉降等諸多問題。深基坑的護壁措施，不 僅要保證基坑內(nèi)能正常作業(yè)的安全，

15、而且要防止基底及坑外土體的移動，保 證基坑附近的建筑物、道路和管線處于正常狀態(tài)?；娱_挖是基礎(chǔ)和地下工程施工中的一個古老而傳統(tǒng)的課題，同時又是一個綜合性的巖土工程難題。既涉及土力學中典型的強度與穩(wěn)定問題，又包 含了變形問題，同時還涉及到土與支護結(jié)構(gòu)的共同作用。對于這些問題的認 識及其對策的研究，會隨著土力學理論、分析技術(shù)、測試儀器、施工機械以 及施工技術(shù)的進步而逐步完善.最早提出分析方法的是terzaghi （太沙基）和peck （派克）等人，他們早在40年代就提出了預估挖方穩(wěn)定程度和支撐荷載大小的總應力法。在50年 代，bje門（伯杰如姆）和eide（愛德）給出了分析深基坑底板隆起的方法。6

16、0 年代開始在奧斯陸和星西哥城的軟粘土深基坑中使用了儀器進行監(jiān)測，大量 的實測資料提高了預測的準確性，并從70年代起，產(chǎn)生了相應的指導開挖的西南交通大學研究生學位論文第3頁法規(guī)。80年代初，我國開始分步涉入深基坑設(shè)計與施工領(lǐng)域，在深鈿蚯囪的 第一個深基坑支護工程率先應用了信息施工法，大大節(jié)省了工程造價。進入90 年代后，為了總結(jié)我國深基坑支護設(shè)計與施工經(jīng)驗，開始著手編制深基坑支 護設(shè)計與施工的有關(guān)法規(guī)，這將對今后大量的深基坑工程具有重要的指導意 義和規(guī)范作用。隨著舊城改造工程的推進，對基坑開挖技術(shù)提出了更高、更嚴的要求,即不僅要保證邊坡的穩(wěn)定，而且要滿足變形控制的要求，以確?；又車?建筑物

17、、地下管線、道路等的安全。在軟土地區(qū)或周圍環(huán)境變形要求較高時, 基坑支護結(jié)構(gòu)除滿足強度要求外，還必須滿足變形要求，往往后者在基坑工 程中占主導地位，即從考慮強度控制設(shè)計到考慮變形控制設(shè)計。為了準確 估計由于開挖引起的土體和支護系統(tǒng)的變形，只有把室內(nèi)試驗方法和原位測 試技術(shù)有效地結(jié)合起來，才能更好地解決這個問題?；又ёo技術(shù)隨著分析和計算方法的進步而日臻完善，相繼出現(xiàn)了許多新的支護結(jié)構(gòu)形式與穩(wěn)定坑壁的方法。為了維護坑壁穩(wěn)定，傳統(tǒng)的作法是板 樁支撐系統(tǒng)或板樁錨拉系統(tǒng)。這些方法的優(yōu)點是支撐材料可以回收，但卻存 在許多致命弱點，有的支撐是在開挖之后才施加的，以致坑壁變形難以避免;拔出板樁時仍舊會引起坑

18、壁土體的進一步變形等。因此，在建筑物密集的城 區(qū)或周圍有建筑物及地下設(shè)施的場地，選用傳統(tǒng)方法受到許多限制，處之不 當還常會釀成事故。因此，我們應非常重視對深基坑支護結(jié)構(gòu)形式與穩(wěn)定坑 壁方法的研究，以達到建筑物結(jié)構(gòu)合理、經(jīng)濟安全的目的。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國建造了許多高層建筑。北京、天津、上海、廣州、深圳等地高層建筑都很多，有的高達幾百米，密度也較大。這些 高層建筑下各種地質(zhì)條件及地下水條件和基礎(chǔ)埋深不盡相同，盡管在深基坑 支護設(shè)計、施工中遇到一些問題，但最終都得以解決，滿足了設(shè)計和施工的 要求。表1-1列出了北京地區(qū)高層建筑中一些成功的深基坑的基本情況，最深 的基坑為地下23. 5米。對

19、于上海飽和軟粘土地基，其強度很低，變形大，滲透系數(shù)很小，一般為6x10-72義10%血/$,透水性較差，地下水位較高，常見水位在地下hn 左右，這些工程性質(zhì)給深基坑支護設(shè)計、施工帶來了許多困難和問題。除地 質(zhì)條件以外，以上海地區(qū)為例，深基坑支護工程施工還受如下因素影響:西南交通大學研究生學位論文 第5頁表1t北京地區(qū)部分高層建筑深基坑基本情況表序號2345678910111213141516工程名稱京城大廈國際信托公司大廈王府井賓館京廣中心大廈發(fā)展大廈新華社主樓農(nóng)貿(mào)中心大廈中國人民銀行金融大樓京西賓館金朗大酒店長城飯店國際飯店北京圖書館主樓中國專利局 長富宮大廈 大都飯店高度(m)183101

20、.620980127904096.64883104. 46476.39066.7層數(shù)50281551222627102915223119252515地下部分深度(m)-23.5-13. 5-16-18. 5-11-19,6-15. 1-13.8-11-13. 5-12. 1-14. 3-11.915-14. 33-13.3(1)(2)(3)深基礎(chǔ)施工的條件很差：主要是高層、超高層建筑都集中在市區(qū)，市區(qū) 的建筑密度很大，人口密集，交通擁擠，施工場地狹小?；娱_挖面積大：為了節(jié)約土地，在工程建設(shè)中要充分利用施工場地， 基坑開挖面積約占施工場地面積的90%,緊靠臨近建筑還要求充分利用 地下空間，設(shè)置

21、人防、車庫、機房、倉庫等各種設(shè)施?；A(chǔ)深度越來越 大，地下基坑的開挖深度由一層發(fā)展到兩層，甚至三層?；娱_挖對環(huán)境影響大：深基坑的施工，對周圍環(huán)境勢必有所影響，要減小這一影響，不僅要考慮對鄰近建筑物的影響，還要考慮對周圍地下的煤氣、上水、下水、電訊、電纜等管線的影響。表1-2給出了上海地區(qū)主要高層、超高層建筑物基坑基本情況西南交通大學研究生學位論文第11頁表卜2上海地區(qū)高層建筑深基坑基本情況表序號234567工程名稱上海錦江分植上海國際貿(mào)易中心上海電訊大樓華亭賓館靜安希爾頓酒店銀河賓館陸家宅滬辦大樓上?；▓@飯店910金陵綜合大樓金茂大廈高度(m)153. 09140130.690143. 62

22、105. 06127. 60122. 56139. 70420層數(shù)3724294335373537地下部分深度(m)-11.05-10. 3-12. 75-10. 7-7. 25-9. 30-7. 40-7.00-6. 20一8. 50t9. 651.2 深基坑支護體系的分類和特點基坑支護結(jié)構(gòu)的作用主要是承受基坑開挖卸荷所產(chǎn)生的土壓力和水壓力并將此壓力傳遞到支撐，它是穩(wěn)定基坑的一種施工臨時擋墻結(jié)構(gòu)5?；又ёo體系一般包括兩部分：擋土體系和止水降水體系?；又ёo結(jié)構(gòu)一般要承受土壓力和水壓力，起到擋土和擋水的作用。一般情況下支護結(jié) 構(gòu)和止水帷幕共同形成止水體系。此外還有兩種情況，一種是止水帷幕自成

23、 止水體系，另一種是支護結(jié)構(gòu)本身也起止水帷幕的作用，如水泥土重力式擋 墻和地下連續(xù)墻等。圖1-1放坡開挖示意i支護結(jié)構(gòu)型式主要可以分為下述幾類：放坡開挖及簡易支護、懸臂式11-2草袋裝土擋土示意支護結(jié)構(gòu)、重力式支護結(jié)構(gòu)、內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)、拉錨式支護結(jié)構(gòu)、土釘墻支護 結(jié)構(gòu)和其它型式支護結(jié)構(gòu)。（1） 放坡開挖結(jié)構(gòu)及適用范e放坡開挖就是通過選擇合理的基坑邊坡實現(xiàn)無支護開挖并能保證在開挖過程中邊坡的穩(wěn)定性，包括坡面的自立性和邊坡整體穩(wěn)定性的一種基坑開挖 方法。放坡開挖示意圖如圖1t所示。放坡開挖適用于地基土質(zhì)較好，開挖深 度不深，以及施工現(xiàn)場有足夠放坡場所的工程。放坡開挖一般費用較低，能 采用放坡開挖應

24、盡量采用放坡開挖。有時雖有足夠放坡的場所，但挖土及回 填土方量大，考慮工期、工程費用并不合理，也不宜采用放坡開挖。在放坡開挖過程中，為了增加基坑邊坡穩(wěn)定性，減少挖土土方量，有時也采用簡易支護。如在坡腳采用草袋裝土或塊石堆砌擋土（見圖1-2）或在坡腳采用短樁隔板支護（見圖1-3）等。圖1-4懸臂式支護結(jié)構(gòu)示意圖（2）懸怦式支護結(jié)構(gòu)及適用范圍懸臂式支護結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-4所示。懸臂式支護結(jié)構(gòu)常采用鋼筋混凝土樁排樁墻、木板樁、鋼板樁、鋼筋混凝土板樁、地下連續(xù)墻等型式。鋼筋混 凝土樁常采用鉆孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、沉管灌注樁及預制樁。懸臂式 支護結(jié)構(gòu)依靠其足夠的入土深度和結(jié)構(gòu)的抗彎能力來維持整體的穩(wěn)

25、定和結(jié)構(gòu) 的安全。懸臂式結(jié)構(gòu)對開挖深度很敏感，容易產(chǎn)生較大的變形，對相鄰建筑 物產(chǎn)生不良影響.懸臂式支護結(jié)構(gòu)適用于土質(zhì)較好、開挖深度較淺的基坑工 程。廣義地講，一切沒有支撐和錨固的支護結(jié)構(gòu)均可歸屬于懸臂式支護結(jié)構(gòu),這里僅指沒有內(nèi)撐和錨固的板樁墻、排樁墻和地下連續(xù)墻支護結(jié)構(gòu)。（3）水泥土重力式支護結(jié)構(gòu)及適用范圍水泥土重力式支護結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-5所示。目前在工程中用得較多的水泥土重力式支護結(jié)構(gòu)，常采用深層攪拌法形成，有時也采用高壓噴射注漿法形成。為了節(jié)省投資，常采用格構(gòu)體系（見圖1-6）。水泥土與其包圍的天然土形成重力式擋墻支擋土體，保持基坑邊坡穩(wěn)定。深層攪拌水泥土樁重圖1-6格構(gòu)體系示意圖(a

26、)(b)力式支護結(jié)構(gòu)常用于軟粘土地區(qū)開挖深度約在6. 0m以內(nèi)的基坑工程。采用高壓噴射注漿法施工可以在砂類土地基中形成水泥土擋墻。近幾年來也有采用 較大功率的深層攪拌機械在砂土地基中形成水泥土擋墻的工程實例。水泥土 抗拉強度低，水泥土重力式支護結(jié)構(gòu)適用于較淺的基坑工程。圖1-5水泥土重力式支護結(jié)構(gòu)示意圖（4）內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)及適用范圖1-7水平支撐和斜支撐結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)由支護結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)撐體系兩部分組成。支護結(jié)構(gòu)體系西南交通大學研究生學位論文 第13頁常采用鋼筋混凝土樁排樁墻和地下連續(xù)墻型式。內(nèi)撐體系可采用水平支撐和 斜支撐。根據(jù)不同開挖深度又可采用單層水平支撐、二層水平支撐及多層水

27、平支撐，分別如圖1 -7 (a)、(b)和(c)所示。當基坑平面面積很大，而 開挖深度不太大時，宜采用經(jīng)濟實用的單層斜支撐如圖1-7 (d)所示。內(nèi)撐常采用鋼筋混凝土支撐和鋼管(或型鋼)支撐兩種。鋼筋混凝土支撐體系的優(yōu)點是剛度好、變形小，而鋼管支撐的優(yōu)點是鋼管可以回收，且施加預壓力方便。目前華東地區(qū)采用鋼筋混凝土支撐體系較多。有的采用空間結(jié)構(gòu)體系,1-8是表示一基坑工程空間結(jié)構(gòu)支撐體系的示意圖。內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)適用范圍較廣，可適用各種土層和基坑深度。(a)(b)圖1-8空間結(jié)構(gòu)支撐體系示意圖圖1-9地面拉錨式和雙層錨桿式支護結(jié)構(gòu)示意圖(5)拉錨式支護結(jié)構(gòu)及適用范i拉錨式支護結(jié)構(gòu)由支護結(jié)構(gòu)體系和錨

28、固體系兩部分組成。支護結(jié)構(gòu)體系與內(nèi)撐式支護結(jié)構(gòu)相同，常采用鋼筋混凝土排樁墻和地下連續(xù)墻兩種。錨固 體系可分為錨桿式和地面拉錨式兩種。隨基坑深度不同，錨桿式也可分為單 層錨桿、二層錨桿和多層錨桿。地面拉錨式支護結(jié)構(gòu)和雙層錨桿式支護結(jié)構(gòu) 示意圖分別如圖1-9 (a)和(b)所示。地面拉錨式需要有足夠的場地設(shè)置錨樁或其它錨固物。錨桿式需要地基土能提供錨桿較大的錨固力。錨桿式適 于砂土地基或粘土地基。由于軟粘土地基不能提供錨桿較大的錨固力，所以 錨桿式在這類地基中很少被使用。(6) 土釘墻支護結(jié)構(gòu)及適用范ern交通大學研究生學位論文第8頁土釘一般通過鉆孔、插筋和注漿來設(shè)置，傳統(tǒng)上稱砂漿錨桿。也有采用

29、打入或射入方式設(shè)置土釘。其施工方法為邊開挖基坑，邊在土坡中設(shè)置土釘, 在坡面上鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，并通過噴射混凝土形成混凝土面板，最后形成土釘墻 支護結(jié)構(gòu)。土釘墻支護結(jié)構(gòu)的機理可理解為通過在基坑邊坡中設(shè)置土釘，形 成加筋土重力式擋墻起到擋土作用 土釘墻支護結(jié)構(gòu)示意圖如圖it。所示。土釘墻支護適用于地下水位以上或人工降水后的粘性土、粉土、雜填土及非 松散砂土、卵石土等，不適用于淤泥質(zhì)土及未經(jīng)降水處理地下水位以下土層 地基中的基坑支護。土釘墻支護基坑深度一般不超過18m,使用期限不超過18 個月。圖1-10 土釘墻支護結(jié)構(gòu)示意圖（7）其它型式支護結(jié)構(gòu)及適用范圍其它型式支護結(jié)構(gòu)主要有門架式支護結(jié)構(gòu)、拱式組合

30、型支護結(jié)構(gòu)、噴錨 網(wǎng)支護結(jié)構(gòu)、沉井支護結(jié)構(gòu)、加筋水泥土墻支護結(jié)構(gòu)和凍結(jié)法支護等。門架式支護結(jié)構(gòu)適用于開挖深度已超過懸臂式支護結(jié)構(gòu)的合理支護深度的基坑工程。采用內(nèi)撐式支護型式，合理應用拱式組合型支護結(jié)構(gòu)可取得較 好經(jīng)濟效益。噴錨網(wǎng)支護結(jié)構(gòu)常用于土坡穩(wěn)定加固，不適用于含淤泥土和流 砂的土層。在重力式支護結(jié)構(gòu)中，為了提高深層攪拌樁水泥土墻的抗拉強度, 常在水泥土擋墻中插入毛竹、鋼筋或型鋼形成加筋水泥土擋墻支護結(jié)構(gòu)。凍 結(jié)法支護利用凍結(jié)土抗剪強度高，止水性能好的特性，保持基坑邊坡穩(wěn)定， 對地基土類適用范圍廣，但應考慮其凍融過程對周圍的影響，電源不能中斷, 以及工程費用等問題。西南交通大學研究生學位論文

31、第9頁在進行基坑支護體系設(shè)計時，對同一基比時因地制宜采用一種或斜支護結(jié)構(gòu)相結(jié)合的型式，如放坡開挖與支護結(jié)構(gòu)相結(jié)合，拉錨與內(nèi)撐相結(jié)合， 排樁墻與門架式相結(jié)合，對于復雜形狀的基坑工程更需綜合應用多種支護結(jié) 構(gòu)型式。1.3 深基坑支護體系設(shè)計的主要內(nèi)容及應注意的問題深基坑工程支護體系設(shè)計一般包括下述內(nèi)容皿-:(1)支護體系的選型，包括支護結(jié)構(gòu)型式和止水體系;(2)支護結(jié)構(gòu)的強度和變形計算(對錨撐結(jié)構(gòu)，包括錨固體系或支撐體系)；(3)(4)(5)(6)止水體系的設(shè)計計算;基坑內(nèi)外土體穩(wěn)定性驗算;基坑挖土施工組織設(shè)計;監(jiān)測設(shè)計及應急措施的制定。支護結(jié)構(gòu)的選型可根據(jù)基坑周邊環(huán)境、開挖深度、工程地質(zhì)與水文地

32、質(zhì)、 施工作業(yè)設(shè)備和施工季節(jié)等條件，選用排樁、地下連續(xù)墻、水泥土墻、逆作 拱墻、土釘墻、原狀土放坡或采用上述型式的組合。因排樁支護結(jié)構(gòu)有利于 基坑側(cè)壁的變形控制，故較廣泛地應用于城市中建筑物密集地區(qū)的建筑工程。支護結(jié)構(gòu)選型還應考慮結(jié)構(gòu)的空間效應必22和受力特點，采用有利于支護結(jié)構(gòu)材料受力性狀的型式。如軟土場地可采用深層攪拌、注漿、間隔或全 部加固等方法對局部或整個基坑底土進行加固，或采用降水措施提高基坑內(nèi) 側(cè)被動抗力。23基坑支護結(jié)構(gòu)應采用以分項系數(shù)表示的極限狀態(tài)設(shè)計表達式進行設(shè)計-基坑支護結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)可分為下列兩類：一是承載能力極限狀態(tài)，即對 應于支護結(jié)構(gòu)達到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過大變形

33、導致支護結(jié)構(gòu)或基坑邊環(huán)境破壞；二是正常使用極限狀態(tài)，即對應于支護結(jié)構(gòu)的變形己妨礙地下結(jié)構(gòu)施工或影響基坑周邊環(huán)境的正常使用功能。支護結(jié)構(gòu)設(shè)計應考慮其結(jié)構(gòu)水平變形由、地下水的變化對周邊環(huán)境的水平與豎向變形的影響，根據(jù)周邊環(huán)境的重要性、對變形的適應能力及土的性質(zhì)等因素確定支護結(jié)構(gòu)的水平變形限值mmo當場地內(nèi)有地下水時，應根據(jù)場地及周邊區(qū)域的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境情況和支護結(jié) 構(gòu)與基礎(chǔ)型式等因素，確定地下水控制方法。當場地周圍有地表水匯流、排西南交通大學研究生學位論文第1。頁 瀉或地下水管滲漏時，應好基坑采取保護相缸根據(jù)承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計要求，基坑支護應按下列規(guī)定進

34、行計算和驗算。根據(jù)基坑支護形式及其受力特點進行土體穩(wěn)定性計算;基坑支護結(jié)構(gòu)的受壓(拉)、受彎、受剪承載力計算;(1)(2)(3)(4)基坑支護結(jié)構(gòu)均應進行承載能力極限狀態(tài)的計算，內(nèi)容應包括:應對基坑周邊環(huán)境及支護結(jié)構(gòu)變形進行驗算o當有錨桿或支撐時，應對其進行承載力計算和穩(wěn)定性驗算?；又ёo結(jié)構(gòu)還應對地下水的控制進行計算和驗算：(1)抗?jié)B透穩(wěn)定性驗算；(2)基坑底突涌穩(wěn)定性驗算；(3)根據(jù)支護結(jié)構(gòu)設(shè)計要求進行地下水位控制計算?；又ёo設(shè)計內(nèi)容應包括對支護結(jié)構(gòu)的計算和驗算、質(zhì)量檢測及施工監(jiān)控m 33的要求。當有條件時，基坑應采用局部或全部放坡開挖，放坡坡度應滿足其穩(wěn)定性要求?；娱_挖應根據(jù)支護結(jié)構(gòu)

35、設(shè)計、降排水要求，確定開挖方案?；舆吔缰車孛鎽O(shè)排水溝，且應避免漏水、滲水進入坑內(nèi)；放坡開挖時，應對坡 頂、坡面、坡腳采取降排水措施?；又苓厙澜押奢d。軟土基坑必須分 層均衡開挖，層高不宜超過1ru基坑開挖過程中，應采取措施防止碰撞支護 結(jié)構(gòu)、工程樁或擾動基底原狀土。發(fā)生異常情況時，應立即停止挖土，并應 立即查清原因和采取措施，方能繼續(xù)挖土。開挖至坑底標高后坑底應及時滿 封閉并進行基礎(chǔ)工程施工。地下結(jié)構(gòu)工程施工過程中應及時進行夯實回填土 施工。1.4 本文研究的主要內(nèi)容及其意義深基坑支護工程是高層建筑基礎(chǔ)施工所必須具備的臨時結(jié)構(gòu)，深大基坑 支護的施工造價與設(shè)計的合理性緊密相關(guān)，合理的設(shè)

36、計是影響整個工程施工 其是各個設(shè)計者的經(jīng)驗往往是影響基坑支護設(shè)計合理性的因素，較好的設(shè)計 方案可能會使同一支護工程花較少的費用而獲得更安全的結(jié)果。如何選擇經(jīng) 濟、安全和進度之間的合理平衡是每個設(shè)計者首先必須意識到的問題。進度與造價的關(guān)鍵所在。由于地基土的不定性,i環(huán)境條件的不同等，尤西e交通大學研究生學位論文第n頁為了取得更好的經(jīng)濟效益和社會效益，本文立足于現(xiàn)有的科學研究與實踐的成果3 35j,試圖通過室內(nèi)模型試驗，研究圈梁對樁頂?shù)募s束作用36. 37以及二者之間相對剛度的關(guān)系，確定符合實際情況的支護樁的計算圖式并合 理計算土壓力，給予設(shè)計和施工提供可靠的試驗及理論依據(jù)，使設(shè)計趨于合 理由。本

37、文試驗是以尼龍棒模擬支護樁，用不同截面尺寸的扁鋼模擬不同剛度的樁頂圈梁，通過測得貼在尼龍棒上的應變片的應變，間接地求得尼龍棒在 不同的圈梁、開挖階段和堆載條件下產(chǎn)生的隨深度而變化的應力，進而得到 樁身的應力分布和彎矩分布，同時推算樁側(cè)土壓力，確定合理的土壓力計算 方法。然后，通過對試驗數(shù)據(jù)的處理與分析，評價圈梁橫向抗彎剛度對樁身 內(nèi)力的影響，確定經(jīng)濟合理的圈梁與支護樁的剛度比。在當前的國內(nèi)外文獻中有關(guān)專門研究支護結(jié)構(gòu)中圈梁作用的報道較少,提到有圈梁支護結(jié)構(gòu)的文獻中多數(shù)算法是，將圈梁視為安全儲備，把整體支護結(jié)構(gòu)作為懸臂梁來計算。這樣一種考慮方法雖然簡單，但過于保守，對提 一方面，在設(shè)計與施工中正

38、確分析圈梁的約束作用，可以減少不必要的投資, 其經(jīng)濟效益是顯著的；另一方面，充分發(fā)揮圈梁的約束作用，并配合其它有 效的支護措施，可以優(yōu)化深基坑的支護結(jié)構(gòu)，達到方便施工和縮短工期的目 的。高支護結(jié)構(gòu)工程的經(jīng)濟性不利。此，本文所做的工作有其重要的參考價值,西南交通大學研究生學位論文第13頁第2章 排樁式支護技術(shù)與相關(guān)理論排樁式支護結(jié)構(gòu)形式簡單，造價較低，廣泛應用于大中型深基坑工程。這種支護結(jié)構(gòu)在各種地質(zhì)條件下反映出的不同力學性狀，是巖土工程界關(guān)注的熱 點問題之一。特別是樁頂圈梁的效用還有待進一步深入研究，為此本文重點對 排樁式支護結(jié)構(gòu)的力學性狀和不同剛度圈梁的作用展開討論2.1 排樁式支護體系的特

39、點與設(shè)計方法基坑開挖時，對不能放坡或由于場地限制不能采用攪拌樁支護，開挖深度 在6-10m左右時，即可采用排樁支護。排樁支護可采用鉆孔灌注樁、人工挖(基坑內(nèi)側(cè))/孔灌注樁 ooooeoo鉆孔灌注樁水泥土樁(a)(b)(c)孔樁、預制鋼筋混凝土板樁或鋼板樁等。(基坑外側(cè))圖2t排樁支護結(jié)構(gòu)圖排樁支護結(jié)構(gòu)可分為:(d柱列式排樁支護：當邊坡土質(zhì)尚好、地下水位較低時，可利用土拱作用,以稀疏鉆孔灌注樁或挖孔樁支擋土坡，見圖2-1 (a)。(2)連續(xù)排樁支護：在軟土中一般不能形成土拱，支擋樁應該連續(xù)密排。密排的鉆孔樁可以互相搭接，或在樁身混凝土強度尚未形成時，在相鄰樁之間做 一根素混凝土樹根樁把鉆孔樁排連

40、起來。也可以采用鋼板樁、鋼筋混凝土板樁, 見圖 2-1 (b)。(3)組合式排樁支護：在地下水位較高的軟土地區(qū)，可采用鉆孔灌注樁排樁與水泥土樁防滲墻組合的形式，見圖2t (c)o按基坑開挖深度及支擋結(jié)構(gòu)受力情況，排樁支護可分為以下幾種:西南交通大學研究生學位論文第”頁 一(1)無支撐(懸臂)支護結(jié)構(gòu)：靠坑開挖深度不大，即可利用懸臂作用擋住 墻后土體。(2)單支撐結(jié)構(gòu)：當基坑開挖深度較大時，不能采用無支撐支護結(jié)構(gòu)，可以 在支護結(jié)構(gòu)頂部附近設(shè)置一單支撐(或拉錨)。(3)多支撐結(jié)構(gòu)：當基坑開挖深度較深時，可設(shè)置多道支撐，以減少擋墻的內(nèi)力。根據(jù)上海地區(qū)的施工實踐由，對于開挖深度v6m的基坑，在場地條件

41、允許的情況下，采用重力式深層攪拌樁擋墻較為理想。當場地受限制時，也可先用4)600mm密排懸臂鉆孔樁，樁與樁之間可用樹根樁封密，也可在灌注樁后注漿或打水泥攪拌樁作防水帷幕；對于開挖深度在46m的基坑，根據(jù)場地條件和環(huán)境可選用重力式深層攪拌樁擋墻，或打入預制混凝土板樁或鋼板樁，其后注漿或加攪拌樁防滲，設(shè)一道圍楝和支撐，也可采用6600mm鉆孔樁，后面 用攪拌樁防淮，頂部設(shè)一道圈梁和支撐；對于開挖深度為6-10m的基坑，常采用6 8001000mm的鉆孔樁，后面加深層攪拌樁或注漿防水，并設(shè)23道支撐，支撐道數(shù)視土質(zhì)情況、i環(huán)境及圍護結(jié)構(gòu)變形要求而定；對于開挖深度大于10m的基坑，以往常采用地下連續(xù)

42、墻，設(shè)多層支撐，雖然安全可靠，但價 格昂貴。近來上海常采用。8001000mm大直徑鉆孔樁代替地下連續(xù)墻，同樣 采用深層攪拌樁防水，多道支撐或中心島施工法，這種支護結(jié)構(gòu)已成功用于開 挖深度達到131n的基坑。49-s32.2 排樁式支護體系的力學分析排樁式支護體系的力學分析4x3包括水壓力計算網(wǎng)、土壓力計算樁身入土深度計算、樁身內(nèi)力計算、支撐計算、基坑穩(wěn)定性計算和樁身與基坑 變形計算等。無支撐(懸臂)支護結(jié)構(gòu)施工簡便，工期短，造價低，應用廣泛。本文重點研究懸臂式排樁支護結(jié)構(gòu)的特點與圈梁的影響作用。大多數(shù)基坑工程均為先降 水后開挖的形式進行，即所謂的“干作業(yè)”，因此本文暫不考慮水壓力的作用。2.

43、 2.1樁側(cè)土壓力由于工程實際地質(zhì)情況的多樣性，無錨撐基坑樁側(cè)土壓力的分布受土的性西南交通大學研究生學位論文第15頁質(zhì)、地下水位、樁的型式和開挖深度等多種因素的影響，因此土壓力分布有多 種形式刖，包括矩形、三角形、梯形和拋物線等。為了能夠綜合反映以上多種 形式，土壓力分布假定為如圖2-2 (b)所示的沿樁長呈三段式，其中包括一般 實測的三角形土壓力分布形式。樁身下段朋梁/777?7777瓦qh mkm mhpa pi *777777777777772(a)(b)z(c)圖2-2樁的計算圖式土壓力的大小可以由式2-1中的士壓力系數(shù)來控制，樁身上段z深度處的截面彎矩計算值如下:= k，u - q/

44、z 一 mr(2-1)其中：叫kq-z -坑底以上樁段各實測截面彎矩計算值， 土壓力系數(shù)；隨深度z變化的變量， 樁頂圈梁約束力，(kn)； 量測截面深度值，(m)；樁頂圈梁約束彎矩，(kn,m).為了尋求適合于樁身彎矩分布的最佳土壓力分布圖式，需要不斷地調(diào)整圖2-2 (b)中耳、也和兒的值，和也均可在0力內(nèi)取值，同時應滿足 v h3wa的條件.這樣，通過改變力八為和43的值，得到不同形式的土壓力分布圖西南交通大學研究生學位論文第1s頁式，當z=九二0時，即為經(jīng)典的朗肯土壓力三角形分布圖式。由于對樁側(cè)土壓力分三段（即瓦、也和方p 進行計算， 的值隨深度z的變化而異，值的計算過程如下：當2 wd時

45、：因此式（2-1）中1zz o 1 印2 z ksd 八 1 ,ms = p一s+ 一 z s = (3g+* z)22a36 從ai =(3q 4 z)(2-2)當 hj2 whi+ 為時：m5 = z。, sz + p。方k,s 2232=h0qz2 +刑(3z 2%)+ 3加z-h1)2j 6% = w，3qz2 + 制43z-2餌)+3曲”死 尸/o(2-3)當力4h2z/方時:m$ =z2 . s + 2?, 方(z _ i ) , s+p?a2(zft1) s2232所% -力2產(chǎn)s+2fz-aj -h2) c 一 .j(z-h -h?)3zz-3qz2 + jmi、(3z -2月

46、)+ 3#hz(2z 2a-3) 6+zz 一向a2尸 +-(z-hh)3 s3 =彳3qz2 +制i(3z- 2%)+3例iz(2z-2% -電)+滬(a-nz-aj -h2)2 +(z-hy -h3)3j(2-4)其中:坑底以上樁段土壓力產(chǎn)生的樁身彎矩計算值，（kn,m）；交通大學研究生學位論文第17頁(2-7)plpz地面堆載產(chǎn)生的土側(cè)壓力（p1=g （kpa）；土的自重產(chǎn)生的土側(cè)壓力 5=丫的,（kpa）；s 相鄰樁的間距，（m）;q 地面堆載，（kpa）；y 土的容重，（kn/m3）；h 最終開挖深度，（m）o2. 2. 2確定樁頂?shù)暮图巴翂毫ο禂?shù)k給定用、勿和83的值，即設(shè)定土壓力

47、的分布，則z深度處值己知，式（2t） 等號右邊k。和也是未知量，這三個量可以用最小二乘法，由坑底以上各截面彎矩計算值叫與實測值耳的離差平方和。最小的條件，建立方程組解得。根據(jù)最小二乘法原理，首先求出坑底以上樁身各截面彎矩實測值此與計算值m的離差平方和。，見式（2-5）,然后用。分別對k。和也求導，得到方程組（2-7）,解之即可求出適合于樁身彎矩分布的爪a和姓的最佳值。（i）當有圈梁時:5/i=lg = 0公1,2adxi(2-5)(26)其中:mc 坑底以上樁段各量測截面彎矩實測值，（kn-m）；mt 坑底以上樁段各量測截面彎矩計算值，（knn）；xi x、為和為分別表示k、q和mt o當式（

48、2-6）成立時，。取得最小值，并得到如下方程組:= a4。21k -。23m, 二 b?。31k -。32。了一。3期，=4西南交通大學研究生學位論文第23頁（2）當無圈梁時;在方程組（2-7）中,必與。均等于零，。對其與q的偏導數(shù)等于零，即:3外 刈 =-2,% % %o故由式（2-7）第一式:(2-8)通過解方程組（2-7）,不僅可以得到土壓力系數(shù)木樁頂力。和姓，還可得到瓦、到和一的值,分別是0、0. 44hn和0.009m,與文獻49所提到的砂土地基的矩形土壓力分布比較接近。計算程序框圖如圖27,程序內(nèi)容見附錄一。程序部分說明:1）讀入初始數(shù)據(jù)，即彎矩實測值u及各組試驗每一測試樁的參數(shù)值

49、;2)調(diào)用子程序svkqm,可求a指數(shù)（力產(chǎn)為定值時適合。山的和此值;3）調(diào)用子程序arrange,選擇。指數(shù)、尸指數(shù)白尸尸八。）田均為定值時適合。切的爪4和4值;4）調(diào)用子程序svab,求得方程組系數(shù)矩陣和b;5）調(diào)用子程序agaus，解方程組求得放q,、姓值和。值;圖2-3計算樂&和傀程序框圖6）調(diào)用子程序arrange,排序求最小值;7）調(diào)用子程序find,找到適合吸切的k 4和優(yōu)值;8）調(diào)用子程序output,輸出結(jié)果；9）循環(huán)次數(shù)為24,由3根測試樁和8組試驗構(gòu)成。如圖2-4所示,2. 2.3確定樁頂位移值軸表示深度，軸表示樁頂側(cè)向位移。坑底以上樁段所受荷載包括均布土壓力0、最大值為

50、小的梯形分布的土壓力、樁頂橫向力。和z （深度）圖2-4樁頂側(cè)向分位移內(nèi)示意圖樁頂力矩它們引起的樁頂水平位移分別為八%、%和修?？拥滓韵聵抖?所受荷載為坑底處的樁身剪力&和彎矩4，二者共同作用引起的樁頂水平位 移為與。假定樁身截面位移較小，位移滿足疊加原理，以上各水平分位移之和 即樁頂位移值。首先，求梯形分布土壓力產(chǎn)生的樁頂水平分位移物，由材料力學中梁的撓度和彎矩之間的微分關(guān)系聞:(29)d2x m=dz2 ei將式（2-2）中的代入上式，用力-z替換z,并積分一次得:西南交通大學研究生學位論文 第如頁=h, =%=0dz 3(2-10)再對z積分一次得:(2-11)同理可得:j2治-7 =%

51、)=5 dze3 罌=零% bg -z)-2用+302 + 砥 - z)2 dz 6e3 笑 =強瓦_氨卜_2丫 -2hz-a+h-zy)+cdz 62e3%=竽出agz)3_hiz2j+；制+h-z)4)+cz + d624d?xe3 = m3=m3dz2e3 工 防36-2)-2力+332(力2 +2力3 -2z)+乎(萬3 - z)2 az o3+(%3 -z)3 h3.e3 = (hi-wg-zy-2hizj+3h2f&2 +2h3)z-z2 az o 2十(彳-一冬3/ +與力3 -z)4) + 力34322n3根據(jù)坑底處樁身的邊界條件:西南交通大學研究生學位論文第2】頁(2-12)(2-13)e =+a。尸=_鬻（5瓦方3+尺）由坑底以上樁身的協(xié)調(diào)條件:(2-18)(2-14)(2-15)可得:c =卜幼2卜3g2 +卜3)+6卜也2 +36+4局d 工-l加帥;g +