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云计算-红粘土地区悬臂支护桩应用与计算.pdf
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are
studied
referring
to
cantilever—type
retaining
pile
in
excavation
engineering,and
the
calculation
methods
and
specific
adVices
are
pro
sed.The
paper
recommends
the
chief
way
of
inside
force
and
defo
rmation
calculation
of
cantilever·type
retaining
pile,and
adopts
the
finite
element
method
of
continuous
medium
t0
compare.
After
theory
and
caIcuIation
comprehensive
anaIysis,the
paper
suggests
according
to
the
soft
o
r hard
state
of
soil,the
fix
of
the
earth
stress
coefficient
Ksi
of
the
calculation
and numerical
value
of
cantilever-type
retaining
pile
is
fairly
good.In
the
adamicearth
area,
if
it
meet
the
checking
calculation
of
stability
resistance
cap
size,We
need
not
check
calculation
of
stability
no
matter
if
the
crack
exist,
but
it
must
consider
the
caIm
water
pressure
if
the
underground
water
exj
st
in
the
c
rack.
Keywords:admicearth;cantilever·type
retaining
piIe;analysis
of
stability;inside
force;deformation;】imit
element
method
III
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红粘土地区悬臂支护桩应用与计算
1.1概要
第一章绪论
在深基坑工程中采用钢筋混凝土灌注桩形成排桩式支护结
构,其中有悬臂式钢筋混凝土支护桩桩径一般为中600~l000mm,
桩顶设置圈梁(如图1.1),在各地得到较广泛应用。可按分离式
问隔布置,也可密排式布置,可嵌入土层中,也可嵌入岩层中,
由于悬臂式支护桩结构可承受较大弯矩,当重力式挡墙因场地宽
度不够而不能采用时,悬臂式支护桩就能克服这一缺点,可以在
1.5m左右的狭窄范围设置悬臂式支护桩,嵌入在土层中悬臂支护
桩基坑工程为防止支护桩位移过大,开挖深度一般不超过5m,嵌
入基岩中悬臂支护桩可不受此限制,它有时既作工程桩又兼作支
护桩,经济效果较好。尤其是施工无震动,对周围临近的建筑物、
道路和地下管线不会造成危害,可以机械成孔,也可以人工成孔,
造价较低。
悬臂支护桩是依靠足够的入土深度hd或嵌入完整岩石内一定
深度维持整体稳定,依靠支护桩自身强度抗弯能力保证结构的安
全,依靠支护桩自身刚度和与周
围土体相互作用保证支护桩不
产生过大的变形和位移来满足
工程要求,因此在悬臂支护桩的
计算分析中必须考虑支护体系
的稳定问题,以及支护桩的结构
内力和变形问题。在基坑支护结
构分析计算中,目前有两种主要
基本理论和方法,一种主要是以
极限平衡理论为依据的传统计
基坑顶地面
图
1.1
算方法,该种方法是将支护体系稳定问题与结构内力变形问题分
贵州大学硕t研究生学位论文
土
潞
捧支
竺,
Ⅲ
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红粘土地区悬臂支护桩应用与计算
开的,首先采用极限平衡理论计算分析支护的稳定问题,然后采
用古典土压力理论计算土压力,将土压力作为一种荷载采用结构
力学方法计算支护体系内力和变形(如弹性地基梁法)。另一种是
考虑支护结构与土体介质相互作用的现代数值分析方法,如其中
的连续介质有限元法,该方法是将支护结构与周围土体介质有机
连成一体进行整体分析,可以考虑各种边界条件,初始状态结构
外形,多种岩土介质(如上层为不同土层,下面为基岩)等复杂
因素,也可以考虑岩土介质各向异性,弹塑性,粘滞性等多种性
态和本构关系。三维问题的有限元,还可以考虑沿基坑纵向分区
丌挖的空间受力效应,描述整个基坑丌挖过程中支护桩荷载效应
和土体中的内力位移以及应力状态,判别其塑性破坏区,总之从
理论上来说连续介质有限元法是先进的,但是由于土体本构关系
和土体参数难以确定,以及土体按连续介质模拟时采用的边界条
件与实际工程之间可能存在差异,土塑性区发展范围与支护体系
稳定定量关系难以确定,使其应用受到限制,加之传统计算方法
简单方便,因此目前实际工程中现行规范¨“2“3“4“5’推荐采用
的仍为传统计算方法,在大型复杂基坑工程中一般采用连续介质
有限元法对实际工程问题进行分析对比,使得对问题有着更全面
更深入的理解认识,以便使设计更符合实际,正确指导施工。
任一种支护结构设计计算,不仅要考虑支护结构形式,也要
考虑其工程地质条件,同时任何计算理论方法都建立有一定假设
条件,解题则有一定局限性。因此本文根据红粘土较典型的地质
条件的特点,结合工程实际针对悬臂支护桩,采用传统计算方法
所存在的问题进行讨论研究,并提出处理和计算方法,还采用连
续介质有限元法进行对比分析和校核。
1.2红粘土工程地质特点
由于红粘土成因环境条件特殊,固其工程性质、分布等具有
贵州大学硕士研究生学位论文
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红粘十地区悬臂支护桩应用与计算
典型特点,它与悬臂支护桩工作受力条件,失效模式有直接影响,
是基坑工程设计的主要依据,其主要特点如下:
(1)土层厚薄不均上硬下软:在天然竖向剖面上地表呈坚硬,
硬塑状态,向下逐渐变软,土的含水量、孔隙比随深度递增,力
学性质相应降低,据统计上部呈肇硬硬塑状态部分占总统计土层
厚度的75%以上,它的厚度一般大于5m,可塑部分占lO%~20%,
软塑占5%~l
0%,较软土层多分布于岩面的凹洼处,水平分布不连
续。红粘土总的平均厚度不大,在高原或山区,它的分布较零星,
一般厚度为l
O~1
5m,少数达l
5—30m;在准平原或丘陵地区,分
布连续,一般厚度为l
O~l
5m,最厚达30余米。土层厚度随岩面
起伏而变,沿承平方向变化很大,相距lm水平距离处,土厚耜差
5m以上。
(2)内磨擦角击=O”,粘聚力较大:红粘土天然重度r为
1
6.5~l
8.5(KN/m3),室内三轴试验内磨擦角为O。~3。,粘聚力c
为50~1
50Kpa,无侧限抗压强度q。为200~400Kpa,压缩系数a1.2
为O.1~0.4,压缩模量E。一般为6.O~16.0MP。,变形模量E。一般为
lO.0—30.0MP。。
(3)红粘土胀缩性能以收缩为主,膨胀性很小,收缩率很高,
地农收缩裂隙发育一般深度为2~4m,最深者已达8m,破坏了土
的整体性、连续性。对土体稳定的影响应进行研究。
(4)当红粘土为致密结构时。可视为不透水,其渗透系数为
i×10“…/s。粒间孔隙饱和,浸水或雨季含水量也不会明显增加。
由于土中裂隙的存在土体具有一定透水透气性,则地表水或大气
降水可渗入其中,这种水的存在极不稳定,一般无统一水面,随
补给而变,当补给充分,埋藏位最低洼,才可测到初见与稳定水
位,一般水量不大。因此根据以上所述在基坑工程中,如无地表
贯州大学硕士研究生学位论文
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红秕十地区悬臂支护桩应用与计算
水渗入土体中,可不考虑地下水的影响。
1.3悬臂支护桩嵌入坑底以下土(岩)层中的类型
为了研究悬臂支护桩实效、破坏模式,确定桩底处边界,首
先将支护桩根据嵌入坑底以下土(岩)层中条件进行分类。以便
按传统计算方法进行设计计算。
由于红粘±层厚度变化较大,基岩起伏以及基坑开挖深度不同,
悬臂支护桩按嵌入坑底以下土(岩)层条件一般可有如下四种类
型。
土
坑项
·.卜
一
Y
土 土
=■’『7
土
土
f{
一
——
等不
土|i!z
嘉
r
图1.2支护桩嵌入坑底类型
a、嵌入坑底以下至桩底端全为红粘土层,如图1.2(a)
b、嵌入坑底以下为红粘土层,但桩底端支承在基岩面如图1。2
(b)
c、嵌入坑底以下部分为红粘土层,但桩底端嵌入较完整岩层
有一定嵌固深度如图1.2(c)
d、坑底下全为岩层,桩底端全嵌入较完整岩层有~定嵌固深
度如图1.2(d)
1.4红粘土地区悬臂支护桩实效模式
责州大学颔十j研究生学位论文
4
iiiiijHii二i什¨¨叶二i、
~.三
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