被动区土体加固对支护桩内力 和坑底插入深度的影响陆怡 ,林伊方 ,孔唐 ( 浙江泛华工程监理有限公司 ,浙江 杭州 310005)摘摘 要要 :通过计算实例 ,论述了被动区土体加固对支护桩内力和坑底插入深度的影响 ,对于基坑支护设计 ,特别是软土 地区的基坑支护设计具有重要的参考价值 。关关键键词词 :软土 ;被动区土体加固 ;被动土抗力 ;复合地基支护桩内力 ;坑底插入深度文文章章编编号号 :1008 - 3707 (2004) 05 - 0020 - 03中中图图分分类类号号 : TU447文文献献标标识识码码 :B软土地区基坑支护设计时 ,由于软土的力学 指标内摩擦角 和凝聚力 C 很低 ,为了取得足够 的被动土压力 ,保持支护结构的稳定 ,支护桩插入 坑底的深度往往很大 ,而且需要较大的桩径和较 多的配筋 , 这时 , 如果对被动区土体进行改良加 固 ,提高被动区土抗力 ,不但支护桩插入坑底的深 度大大减少 ,而且改善了支护桩的受力条件 ,减少 了桩身的内力和桩身水平位移 ,还提高了坑底土 体的稳定性 ,防止了坑底的隆起和管涌 ,具有显著 的经济技术效益 。本文结合浙江世贸中心二期工 程深基坑工程 ,通过对被动区土体进行加固和不 加固二种方案计算实例的比较 ,阐明被动区土体 加固对支护桩内力和坑底插入深度的影响 。表表 1 浙江世浙江世贸贸中心二期工程地中心二期工程地层层物理力学性物理力学性质质重度内磨擦角粘聚力c ( kPa)层厚(m)岩土名称(kN/ m3)() 杂填土18 . 01083 . 70 粉质粘土19 . 019290 . 60- 1 淤泥质粘土17 . 310119 . 90- 2 淤泥质粘土含砂17 . 210111 . 30- 3 粉质粘土混砂19 . 418361 . 90 粉质粘土19 . 317391 . 20计算采用等值梁法 ,土压力采用朗肯土压力理论分层进行计算 ,不计土体对支护体的摩阻力 , 并假定土压力的作用方向都是水平的 ; 由于本支 护结构涉及范围内的土质均为粘性土 ,故土压力计算时采用水土合算 。1计计算算实实例例浙江 世 贸 中 心 二 期 工 程 基 坑 开 挖 深 度 为7185 m ,支护形式采用一道内支撑板桩墙结构 ( 见 图 1) 。场地地层物理力学性质详见表 1 。1 . 1对被动区施打水泥搅拌土加固短桩(1) 作用在板桩墙的土压力 : q1 = 20 kN/ m2 ,q2 = 18 . 0 kN/ m3 2 . 0 = 36 . 0 kN/ m2 。 支护墙背任意处的主动土压力强度 :ea = (ztan2 (45 - / 2) - 2ctan (45 - / 2)则ea3. 70 = 38 . 72 kN/ m2 ,ea4. 30 = 1 . 96 kN/ m2 , ea7. 85 = 83 . 34 kN/ m2 。- 3 . 65 kN/ m2 ;ea3. 70 =ea4. 30 = 41 . 44 kN/ m2 ;坑底被动区施打水泥搅拌土加固短桩后 ,按复合地基土计算 :坑底加固桩 : qu = 800 kPa , C=0 . 12qu = 96 kPa , = 20, m = 25 % 。图图 1 支支护结护结构剖面构剖面图图收收稿稿日日期期 :2004 - 06 - 16次计算的结果为 ep7. 85 = 26 . 22 kN/ m2 , 坑底处主动土压力和被动土压力的差值为 57 . 26 kN/ m2 ,土 压力为零点的位置 d = 4 . 62 m ,D 点以上土压力合 力 Ea 为 387 . 11 kN , M a = 2 090 . 1 kNm ,板桩的总 长为 22105 m , Mmax = 684 . 32 kNm ,配 1125 。图图 2 计计算算简图简图 (一一)坑底复合土 : c = 32 . 25 kPa , = 12 . 5, =19 . 0 kN/ m3 。坑底处被动土压力强度 :ep = 2ctan (45 + / 2) 。则ep7. 85 = 80 . 36 kN/ m2 ,图图 3 计计算算简图简图 (二二)ep7. 85 = 3 . 12 kN/ m2 。ea7. 85 -2分析与比分析与比较较 被动 、 主动土压力差值系数 :B = ( Kp - Ka ) = 14 . 67 。 土压力为零点的位置 :以上计算结果列表于表 2 , 可见当对被动区土体进行改良加固以后 ,被动区土抗力大大提高 ,2位于坑底处的 被 动 土 压 力 ep7. 85 由 26 . 22 kN/ md = ( ea7. 85 -ep7. 85) / B = 3 . 12/ 14 . 67 = 0 . 21 m 2提高到 80 . 36 kN/ m ,土压力为零点的位置上移至坑底以下 0 . 21 m 处 ,继而 ,土压力合力 Ea 大大减 少 ,桩长由 22 . 00 m 减少至 16 . 22 m ,最大弯矩亦 由 684 . 32 kNm 降至 211 . 8 kNm.表表 2 被动区土体加固与未加固比较表被动区土体加固与未加固比较表(2) 支撑力 E1 和假设支点的反力 EDD 点以上土压力合力 : Ea = 255 . 52 kN 支撑点离 D 点的距离 : a1 = 7 . 85 - 2 . 0 + 0 . 21= 6 . 06 m , 则土压力对 D 点的力矩 : Ma = 559 . 93 kNm , 支撑 力 : E = Ma/ a1 = 559 . 93/ 6 . 06 = 92 . 39 kN ,D 点要求支撑力 Ed = Ea - E1 = 163 . 13 kN 。 (3) 板桩最小入土深度和总长度 :t =6 Ed/ B =6 163 . 13/ 14 . 67 = 8 . 16 m ,L = 7 . 85 + 0 . 21 + 8 . 16 = 16 . 22 m。项目被动区土体未加固被动区土体加固后2ep7. 85 ( kN/ m )ea7. 85 - ep7. 85 (kN/ m2) D (m)Ea ( kN)a126. 2257. 264 . 62387 . 1110. 472 090 . 1199 . 639 . 5322. 00684 . 32700112580. 363 . 120 . 21255 . 526 . 06559 . 9392. 398 . 1616. 22211 . 18700716M kNmE1 ( kN)tLa ( )(4) 最 大 弯 矩Mmax 按 剪 力 为 零 条 件 计 算 :Mmax = 211 . 18 kNm 。(5) 钻孔灌注桩的配筋计算 。拟采用 700 钻孔灌注桩 ,混凝土强度等级 C25 , HRB335 ( II) 钢 筋 ,采用等效矩形截面并按等刚度进行配筋计算 : 得 : A s = Mmax/ sf yho = 1 375 . 77 mm2 ,配 716 。1 . 2未对被动区土体进行改良加固 当未对被动 区土体进行改良时 ( 见图 3) , 依Mmax ( kNm)桩径 配 筋 A s3结结语语(1) 在深基坑工程中 ,不论支护结构为何种形式 ,为了确保其稳定性 ,减少支护结构的位移 , 防止坑底土的隆起 ,坑底土的稳定是一个极为重要的因素 ,这就需要有足够的被动土抗力 。对被动区土体进行改良加固 ,可以达到显著的效果 ,特 别是在软土地区更是如此 ,不但减少了支护桩插 入坑底的深度 ,而且改善了支护桩的受力条件 ,减 少了支护桩的内力 ,往往比采取其他措施更为经济有效 。(2) 被动区土体加固后 ,被动土压力的计算 一般有两种计算方法 ,一种是加固后的被动区土 体按复合地基考虑 ,用复合后坑底的 、C 值 ,应 用朗肯土压力理论计算被动土压力 ; 另一种计算方法是假定土体为弹性变形介质 ,地基反力系数 沿深度按线性增大的 “m” 法 。朗肯土压力理论是 建立在极限平衡状态概念基础上 ,在实际工程中 , 由于支护结构常常不允许产生达到极限平衡状态所需要的足够大的位移 ,计算所得的被动土压力往往偏大 ; 而 “m” 法则由于考虑了土体的弹性抗 力作用 ,计算结果更接近于实际 。(3) 被动区土体的加固效果 ,与加固方法 、 布 置形式 、 加固区的范围以及置换率等因素有关 。被动区土体的加固范围从理论上讲 ,应该覆盖朗 肯破裂面范围内的土体 。实践经验表明 ,在软土 地基加固宽度宜取开挖深度 0 . 60 . 7 倍 ,加固深 度则宜取开挖深度的 0 . 50 . 6 倍 。(4) 深层搅拌法 、 高压喷射注浆法和注浆法 是被动区土体常用的三种加固方法 。这三种方法 都有它自已的适用范围和局限性 ,选用时要因地 制宜 ,结合当地的工程地质条件 、 土体加固经验和 施工技术条件 ,综合考虑后加以选用 。(上接第 19 页)要对准孔位 ,吊直扶稳 ,缓缓下沉 ,避免碰撞孔壁 。 两段钢筋连接 ,应采用焊接 。2 . 5二次清孔 由于挤扩过程中 ,又会有大量沉渣 ,放完钢筋 笼后立即进行二次清孔 , 泥浆密度控制在 1 . 11 . 2 g/ cm3 左右 ,含砂量 1 . 5 m3 ,以确保初灌埋管 ,并高于底盘的 顶部 1 m 以上 。(3) 灌注过程中须不断上下窜动导管 , 尤其是在灌注至扩盘部位时 ,应集中多次冲捣上下窜 动反插 ,使扩盘处混凝土密实 。3结结束束语语挤扩支盘灌注桩工程是一个系统工程 ,施工环节较多 ,制约工程质量因素多 ,不同的工程 ,影 响质量的因素也各不相同 。因此在工程实践中要认真分析 ,根据实际情况采取相应的措施 ,来保证 成桩的质量 。特别是在项目部的组成 、 人员素质 、 技术水平 、 材料质量 、 施工工艺 、 灌注操作等诸方 面加强管理把好关 ,并针对施工中发生的问题及时采取相应的处理措施 ,桩质量才能够达到和超 过设计的要求 ,满足工程建设的需要 。参参 考考 文文 献献1蔡志勇 , 吴海宁等. 挤扩多支盘桩的质量控制. 建筑技术. 2001 ,32(2) :188189 . 张东红. 浅谈钻孔灌注桩的质量监控要点. 山西交通科技. 2003 , (10) :102121 . 赵龙龙. 钻孔灌注桩的施工及质量控制 ,山西建筑. 2003 ,29 (18) :2829 .23file:/D|/新建 Microsoft Word 文档.txtdf机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldffile:/D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56