鋼筋混凝土板樁支撐或錨碇設計

板樁牆支護結構分類有懸臂式結構、內支撐式結構、錨杆式結構、錨碇式結構四種。

一、懸臂式結構

懸臂式板樁結構亦稱自立式板樁結構,或稱無拉結無支撐板樁結構,由於在開挖過程中不需要採取任何拉錨或支撐的設置,對於開挖淺基坑或水工基坑易被採用,如圖 15-7 懸臂式板樁結構圖所示。但由於自立式板樁牆對於高度、載荷、土質、地下水位的變化特別敏感,與錨碇式或支撐式情況相比易於產生較大的側向變形,除非對側向變形無嚴格要求,否則不宜採用。另一方面其擋土高度亦有所限制,一般在軟土地區不宜超過 3m。其插入深度按抗傾覆計算,要保證其抗傾覆安全係數不小於 2,由此算得的插入深度尚須增加 15%。由於計算插入深度要比錨碇式、支撐式深得多,且要驗算截面抗彎能力,技術經濟上不佔優勢。

二、內支撐式結構

內側支撐板樁結構也可以說是一種最基本最原始的支護方式,採取邊撐邊挖法施工,板樁位移可以得到有效控制,內支撐一般採用 H 型鋼、各種鋼管或現澆鋼筋混凝土支撐,如圖15-8 內支撐板樁結構圖所示。鋼支撐可施加預應力,支撐時必須保持先撐後挖緊密配合,支撐的拆除也必須結合內部結構情況,及時換撐或回填,以儘量減少因拆除支撐而帶來的板樁的位移。

內支撐預加應力的一般方法,即在鋼管支撐或 H 型鋼支撐兩側對稱設液壓千斤頂,頂緊後其端部縫隙澆灌快硬混凝土,一天後,據試塊強度,拆除千斤頂。這項技術已在國內外多項大型工程中普遍採用,效果較好,可以保證支撐的頂緊與傳力的合理。

三、錨杆式結構

大型基坑採用內支撐方式,因內部支撐縱橫交叉,支柱林立,挖土機具難以直接下坑作業,挖土進度緩慢,有時難以滿足工期要求,尤其是邊長較大或形狀複雜的大面積基坑,內支撐佈置也很困難,往往是成本高、工期長。採用斜地錨方式替代內部支撐可以解決上述難題,錨杆式板樁結構如圖 15-9 所示。因此近幾年錨杆支護技術在國內外已得到了明顯發展。

採用斜地錨式擋牆結構後內部地下結構施工就可以完全按照地上結構同樣方法施工,既毋須考慮支撐與結構層施工時的相互影響,亦毋須考慮支撐如何拆除以及拆除時是否增加擋牆的變形,這些都是當前大基坑採用斜地錨的主要優點。斜地錨在國內外已獲得廣泛應用,國內北京、廣州等地已大量使用。上海地區由於土質軟弱地下水位高,在淤泥質軟粘土中錨杆的抗拉能力低,施工期間的蠕變位移等問題一直沒有完全搞清,錨杆的使用發展受到一定影響。1986 年上海太平洋大飯店基坑開挖深 12.6m,長寬 80m×120m,首次採用鋼筋混凝土板樁斜地錨,由於採用先進的二次劈裂注漿工藝,每根錨杆的承受能力在 N=0~2 的淤泥質土層中可達到 880~1000KN,為在淤泥質土層中採用錨杆支護開創了一條道路。2007 年在寶鋼某改造項目中應用斜地錨,在老廠房內閉口施工,開挖深 10m、長 60m、寬 30m 基坑,圍護牆最大累計水平位移僅僅 29.5mm,寶鋼某改造項目地錨,如圖 15-10a 和 15-10b 所示。

四、錨碇式結構

錨碇式板樁結構系在板樁牆後用拉桿將板樁所受側向推力錨拉至其後較遠的結構上,通常為另一組錨碇板樁,如圖 15-11 錨碇式板樁結構圖所示。採用錨拉的方式使基坑內無支撐,便於開挖及坑內作業。錨座式錨碇板樁應設置在下述範圍以外:當為非粘性土時,應使錨座或錨碇板樁的被動土楔位於擋牆主動土楔之外而不發生相互影響;當為粘性土時,拉桿長度應使該拉桿長度範圍內的總水平抗剪力不小於錨座的極限抵抗力,且不小於構成牆身的板樁總長度。由於錨座設計中採用的被動土壓力值都是極限值,因此一般對錨座工作載荷必須乘以不小於 2.0 的載荷係數。對於拉桿,要儘量採用屈服點的 0.45~0.50 作為穩妥的拉桿工作應力,拉桿端頭必須配以螺栓或用花籃螺栓(緊固器)緊固拉桿以減少拉桿的延伸伸長。

由於錨碇方式很難有效控制位移,對位移要求比較嚴格支護工程就不得不採取坑內支撐或用斜地錨錨拉方式。

鋼筋混凝土板樁支撐或錨碇設計

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