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双排混凝土灌注桩支护 一单排灌注桩和双排灌注桩二双排桩布置与特点三双排桩的模型试验四双排桩工程实测五双排桩的设计计算探讨六双排桩的内力计算七工程实例 一单排灌注桩和双排灌注桩悬臂式单排混凝土灌注桩在粘土 沙土地区 基坑深10m以内 用的比较多 但是桩顶水平位移较大 基坑深大于10m的 就必须做支撑或锚杆 但施工复杂 且工期加长 因此考虑用双排悬臂桩 施工简单 无须延长工期 将单排桩每间隔一根桩 推出一根桩往后排形成梅花桩 或每间隔一根桩抽出一根桩将其排列在后排 这样桩距增大一倍 桩数相同 在桩顶建一连圈梁 梁宽一般为排距尺寸 厚500mm 前后排桩与桩顶圈梁组成刚度很大的结构 1土质对悬臂桩的影响 1 模型试验情况基坑长10m 宽4m 深2m多 以 30铜管作为挡土桩 桩长1 8m 黄铜管上贴电阻片 2 粘性土与砂土试验参数 3 模型试验实测绘制曲线图图1为实测土压力对比 图2为桩顶位移对比 图3为桩内力分布对比 4 试验结果砂性土桩的主动土压力明显大于粘性土 粘聚力c起了很大作用 粘土的主动土压力分布呈三角形状态 桩顶位移 从曲线图看出当基坑开挖到1 1m时砂性土B已达极限状态 而粘性土A 在开挖到1 4m时才达极限状态 再次说明砂性土的土压力大于粘土的土压力 实测桩内力 砂性土弯矩大于粘性土 最大弯矩砂土是粘土的3 6倍 图4双排桩土压力分布及随开挖深度的变化 双排桩的土压力模型试验 排距1 2m的土压力 如图4所示 排距2 4m的土压力如图5所示 2双排桩的土压力分布 图5双排桩实测土压力分布及随开挖深度的变化 双排桩土压力分布及随开挖深度变化如图4及图5 试验中分别在前排与后排桩及两排桩间埋设压力盒 图中所示是后排桩体一侧与前排桩挖土面一侧嵌固段上的土压力测试分布 测试结果说明 土压力与单排悬臂桩图土压力变化规律相同 是悬臂桩的土压力分布规律 可以得出 双排桩的土压力分布与单排悬臂桩的土压力分布是相同的 是悬臂桩规律 二双排桩布置与特点 1布置双排桩的布置分前后排桩及梅花型桩 如图6所示 桩顶必须用圈梁连起 成为整体 2特点由于桩顶圈梁与双排桩连接成整体 可以把桩入土嵌固部分 看成是个刚架 在承受水平荷载时 位移很小 弯矩也小 模型试验和工程计算的弯矩 位移都说明其特点 1 位移小 从图6双排桩计算位移为30mm 单排桩计算位移80mm 为双排桩的2 7倍 与模型试验相同 2 弯矩 单排桩计算最大弯矩为450kN m 后排弯矩为350kN m 3 施工简单 不需用锚杆经济效益好 如在安外华侨大厦公寓 深基坑14m 采用双排桩 取得了约50万元的经济效果 三双排装的模型试验 1模型试验概况模型试验在中国建筑科学研究院地基所模型试验室进行 试验坑长10m 宽4m 模型桩采用黄铜管直径30mm 桩长1 8m 在黄铜管外壁上贴电阻片 经标定后作为正式护坡桩 单排桩间距为60mm 双排桩间距大一倍 排距试验为120mm或240mm两种 试验土料为粘性土及砂土 其物理力学指标及颗粒组成百分比从略 土压力测量采用应变式的微形土压力盒 直径25mm 厚7mm 并专门设计压力盒支座 2模型试验的布置模型试验为两种不同排距的双排桩 与单排桩的对比试验 如图7所示 单排桩桩间距60mm 双排桩桩间距120mm 排距一种是120mm 另一是240mm 桩顶处为模拟工程实际圈梁刚度 用扁钢条作为连接梁 用螺栓将两排桩连接 在相对应的前后排桩上也用扁钢连接 而使前后排桩形成一个模型实际双排桩结构 做三组试验 单排桩 排距为120mm的双排桩 排距为240mm的双排桩 单排桩桩距60mm 双排桩桩距120mm 桩长相同 皆为1 8m 桩径相同 皆为30mm 桩数相同 皆为50根 得出各项不同结果 3双排桩位移在桩数相同的条件下 也就是双排桩间距为单排桩间距2倍的情况下 双排桩的位移小于单排桩的位移 图8为三组试验桩顶位移随开挖深度的变化曲线 由图8可以得出 当桩长1 8m 挖深1 4m 嵌固0 4m时 得出表2的位移量 从图8及表2可以看出 单排桩的位移量约为双排桩的2 5倍到3 4倍 而双排桩排距不同 相差不大 这一试验结果对实际工程意义很大 以为有的深基坑开挖工程 要求支护结构位移不能太大 在不用锚杆的情况下 双排桩可以解决位移打得问题 由试验实测桩体位移曲线发现 由于双排桩结构的刚性连梁作用 不但桩顶位移量相差很多 而且沿桩长的挠度曲线形状也不相同 图9为双排桩与单排桩模型试验桩体位移曲线图 实测的双排桩前排 挖土侧 桩桩体位移曲线 与相应单排桩的桩体位移曲线对比 由图9中 a 单排桩 b c 的双排桩在不同挖土深度下前排桩的变形曲线 双排桩由于桩顶刚性连接梁的约束 限制了自变形与桩顶的转角 变形形式象受水平力作用下的刚架变形 而排距不同的 b c 双排桩 在挖深1 4m 1 5m时 变形也有所不同 在1 5m时 排距120mm的前排桩变形达42mm 排桩240mm的仅为24mm 相差级多 有后排桩通过刚性连梁拉住前排桩的趋势 4双排桩的内力通过模型试验对双排桩的内力分析 排距不同得出不同的结果 排距与桩径的关系分析如下 1 排距为L 4d d为桩直径 即L 120mm的情况如图7 10所示 可以得出实际受力规律不同于将前后排桩及桩间土看做是一个整体的组合梁受力 而近似于受有水平力的刚架 桩间土看做是作用在刚架上的荷载 图中显示无论是前排还是后排桩 都受到交变应力 庄上段弯矩与下段弯矩符号相反 连接前后排桩的圈梁的刚度对这种分布形式的弯矩影响很大 连梁与节点的刚度越大 交变应力会越明显 即桩上段的弯矩会越大 模型试验刚度不是很大 实际工程中的圈梁刚度很大 在方庄小区及安外华侨公寓工程中实测 得到验证 2 排距为L 8d 桩径为30mm 时即L 240mm的双排桩 测出的内力分布如图7 11 当排距从120mm增至240mm 增加一倍时 土压力主要作用在前排桩 后排桩主要是通过连梁 受到前排桩的拉力 起到拉桩作用 这时桩的受力状态 与排距小的状态是完全不同的 可以认为排距大的桩 L 2D 8d 的模型试验 已经不是双排桩 而是锚拉桩 另外从图9双排桩桩体位移曲线 在挖土1 5m时 b 图L 120mm时位移达42mm 而 c 图L 240mm时位移仅24mm 但实测的都是前排桩 挖土侧 的桩体位移曲线 从位移曲线图 b 及 c 比较 说明在L 240mm时 前排桩因有后排桩的拉结作用 位移小下来 这在挖土深度1 5m时特别明显 从内力测量和位移测试都充分说明 L 2D 240mm时的双排桩 已经是拉结桩 而不是双排桩 4双排桩的内力通过模型试验对双排桩的内力分析 排距不同得出不同的结果 排距与桩径的关系分析如下 1 排距为L 4d d为桩直径 即L 120mm的情况如图10所示 可以得出实际受力规律不同于将前后排桩及桩间土看做是一个整体的组合梁受力 而近似于受有水平力的刚架 桩间土看做是作用在刚架上的荷载 图中显示无论是前排还是后排桩 都受到交变应力 庄上段弯矩与下段弯矩符号相反 连接前后排桩的圈梁的刚度对这种分布形式的弯矩影响很大 连梁与节点的刚度越大 交变应力会越明显 即桩上段的弯矩会越大 模型试验刚度不是很大 实际工程中的圈梁刚度很大 在方庄小区及安外华侨公寓工程中实测 得到验证 2 排距为L 8d 桩径为30mm 时即L 240mm的双排桩 测出的内力分布如图11 当排距从120mm增至240mm 增加一倍时 土压力主要作用在前排桩 后排桩主要是通过连梁 受到前排桩的拉力 起到拉桩作用 这时桩的受力状态 与排距小的状态是完全不同的 可以认为排距大的桩 L 2D 8d 的模型试验 已经不是双排桩 而是锚拉桩 另外从图7 9双排桩桩体位移曲线 在挖土1 5m时 b 图L 120mm时位移达42mm 而 c 图L 240mm时位移仅24mm 但实测的都是前排桩 挖土侧 的桩体位移曲线 从位移曲线图 b 及 c 比较 说明在L 240mm时 前排桩因有后排桩的拉结作用 位移小下来 这在挖土深度1 5m时特别明显 从内力测量和位移测试都充分说明 L 2D 240mm时的双排桩 已经是拉结桩 而不是双排桩 四双排桩工程实例1方庄小区6号楼工程实测北京方庄小区方城园5 6及10号楼 基坑采用双排桩支护 6号楼基坑深9 8m 采用 600灌注桩 桩埋入坑下4 6m 梅花形布置 桩距2m 排距1 2m L 2d l连接圈梁呈斜形 基坑以上主要为粘土 坑下为砂土层 实测内力如图7 12 内力分布基本与模型试验图7 10相同 其差异在于上部拉应力比下部在另一侧所受的拉应力大 这是由于实际工程顶部连梁刚度大的原因 2安定门外华侨公寓工程实测北京安定门外华侨公寓 基坑深14m 桩径采用 600 梅花形布置 桩距2m 排距1 2m 顶上连接圈梁为矩形钢筋混凝土梁 宽1 8m 厚0 5m 实测双排桩内力见工程第3实例图9 7 从实测图与模型试验小排距 L 4d 图皆相似 充分说明排距L与桩径关系密切 五双排桩测试结果小结通过模型试验及工程实测结果 提出如下小结 1双排桩的桩径以 400 600为宜 2双排桩的排距与桩径关系密切 排距L 1 5d 3d为宜 3当L 8d时 已不是双排桩的概念 已经是拉结桩的关系 六双排桩的设计计算探讨1计算基本假定 1 因桩顶用钢筋混凝土圈梁连接 其平面如图6所示 因此可将前后排桩与桩顶连梁 看做一个底端嵌固的刚架结构 如图13 结点A B可视为直角刚结点 2 由于连梁AB与桩长相比约 12 很小 且实际工程采用的连梁刚度很大 约1800mmx500mm 所以可将梁AB看做没有变形的绝对刚体 基坑开挖后 在土压力作用下 假定梁AB只能平移而不产生转角 3 因梁AB为刚体 不产生压缩或伸缩变形 因此A点的水平位移等于B点的水平位移 即 A B 2土压力的计算 通常双排桩分梅花式排列和前后排对看排列 如图15所示 梅花式排列在实际工程中应用较普遍 但桩距较大 前后桩相对排列的形式 模型试验中已是试验 两者试验结果是一致的 1 梅花式排列如图7