挡土灌注桩计算

1、截面配筋简易计算

挡土灌注桩截面配筋计算利用等刚度的原则换算成等效矩形截面,设桩径D 等效矩形截面边长为b和d,则圆形截面和矩形截面惯性矩相等,

bd/12=31D4,并使64b=h, b=d=0.876D

纵向受拉钢筋截面面积计算可按下式计算:

应该注意的是:采用等效矩形截面配筋的挡土混凝土灌注桩,成孔后吊放钢筋笼,受力纵筋应集中配置在桩的挡土面受拉区边缘处,防止钢筋笼错位或扭转,在基坑侧安放纵向构造钢筋,并在浇筑混凝土前做好隐蔽工程检查和记录。

另一侧受力钢筋按构造配筋即可,参见《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008 。

2、桩上部设土层锚杆的计算

土锚杆计算实例:某大厦高24层,地下室2~3层,基础挖土深度13m,土质为砂土和卵石,桩基采用直径800mm的人工挖孔的灌筑桩,桩距1.5m。工程施工场地狭窄,两面临街,一面紧靠民房,基础挖土不可能放坡大开挖,需用支护结构挡土,垂

直开挖,但挡土板桩不能在地面进行拉结,如作为悬臂桩则截面不满足要求,且变形亦大,因此决定采用一道土锚杆拉结板桩。

1)土锚杆受力计算

根据地质资料和施工条件,确定如下参数:

a.土锚杆设置在地面下4.5m处,水平间距1.5m,钻孔的孔径为φ140mm,土锚杆的倾角13°;

b.地面均布荷载按10kN/m计算;

c.计算主动土压力时,按照土层种类,土的平均重力密度γs=19kN/m,计算被动土压力时,根据土层情况,土的平均重力密度γp=19.5kN/m3。主动土压力处土的内摩擦角φa=40°,被动土压力处土的内摩擦角φp=45°,土的内聚力c=0。

40

)=0.217 主动土压力系数 Ka=tg(45)tg(45222232a

45

)=5.83 被动土压力系数 Kp=tg(45)tg(452222p

①挡土板桩的入土深度计算:

按挡土板桩纵向单位长度计算,则主动土压力:

EA1=1γa(h+t)2Ka 2

1=×19(13+t)2×0.217 2

由地面荷载引起的附加压力:

EA2=q(h+t)Ka

=10×(13+t)×0.217

被动土压力:

1Ep=γpt2Kp 2

1=×19.5×t2×

5.83 2

图1

ΣMB=0得

解之,得t=2.26m,取板桩入土深度为2.30m。

②计算土锚杆的水平拉力:

根据板桩入土深度t=2.30m,则

EA1=11γa(h+t)2Ka=×19(13+2.3)2×0.217=482.5kN 22

11Ep=γpt2Kp=×19.5×2.32×5.83=301kN 22EA2=q(h+t)Ka=10×(13+2.3)×0.217=33.2kN

由ΣMD=0可求出土锚杆所承受拉力T的水平分力Td:

将上述EA1、EA2、EP的数值代入,则求得:Td=229.9kN 由于土锚杆的间距为1.5m,所以每根锚杆所承受拉力的水

平分力为:Td1.5=1.5×229.9=344.8kN

2)土锚杆抗拔计算

土层锚杆锚固段所在的砂土层:

γ=19kN/m3,φ=37,K0=1(静止土压力系数)

①求土锚杆的非锚固段长度(BF):

由图1可知:

BE=(13+2.3-4.5)tg2(45)=10.8tg26.5°=5.38m 20

根据正弦定律:

37

)=63.5°∠BEF=90°-(45)=90°-(45 22

∠BFE=180°-α-63.5°=180°-13°-63.5°=103.5°

5.38sin63.5因此 BF==4.95m sin103.5

∴ 非锚固段长度为4.95m。

②求土锚杆的锚固段长度:

土锚杆拉力的水平分力Td1.5=344.8kN,而土锚杆的倾角α=13°,则该土锚杆的轴向拉力T=344.8/cos13°=353.kN。

由于该土锚杆非高压灌浆,按下式计算土体抗剪强度:

τz=c+k0γhtgφ

其中c是土的内聚力,γ为土层的重度,φ为该土层的内摩擦角假定锚固段长度为10m,图1中的O点为锚固段的中点,则

图1 锚固段长度计算简图

因此,最后确定取锚固段长度为12m。

3)钢拉杆截面选择:如钢拉杆选用1φ40,则其抗拉设计强度为:

As·fy=1256×290=364.24kN>T=353.8kN满足要求。

桩顶部无拉结时,可按同理,锚杆的位置置顶,设桩入土深度为t, ΣMA=0得

EA1*(13+t)*2/3+ EA2*(13+t)/2- Ep*(13+2t/3)=0

得出t即为上部无拉结时的桩入土深度计算。

顶部设拉结锚杆时,根据现场确定单根锚杆能够提供的最大拉力为F,由以上式子反算,假定间距还是1.5米,桩下端埋深设为t,则对最下端D点取力矩为0即可:

F/1.5*(13+T)+ Ep*T/3= EA1*(13+T)/3+ EA2*(13+t)/2

解出T即是桩下端入土深度

1、截面配筋简易计算

挡土灌注桩截面配筋计算利用等刚度的原则换算成等效矩形截面,设桩径D 等效矩形截面边长为b和d,则圆形截面和矩形截面惯性矩相等,

bd/12=31D4,并使64b=h, b=d=0.876D

纵向受拉钢筋截面面积计算可按下式计算:

应该注意的是:采用等效矩形截面配筋的挡土混凝土灌注桩,成孔后吊放钢筋笼,受力纵筋应集中配置在桩的挡土面受拉区边缘处,防止钢筋笼错位或扭转,在基坑侧安放纵向构造钢筋,并在浇筑混凝土前做好隐蔽工程检查和记录。

另一侧受力钢筋按构造配筋即可,参见《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008 。

2、桩上部设土层锚杆的计算

土锚杆计算实例:某大厦高24层,地下室2~3层,基础挖土深度13m,土质为砂土和卵石,桩基采用直径800mm的人工挖孔的灌筑桩,桩距1.5m。工程施工场地狭窄,两面临街,一面紧靠民房,基础挖土不可能放坡大开挖,需用支护结构挡土,垂

直开挖,但挡土板桩不能在地面进行拉结,如作为悬臂桩则截面不满足要求,且变形亦大,因此决定采用一道土锚杆拉结板桩。

1)土锚杆受力计算

根据地质资料和施工条件,确定如下参数:

a.土锚杆设置在地面下4.5m处,水平间距1.5m,钻孔的孔径为φ140mm,土锚杆的倾角13°;

b.地面均布荷载按10kN/m计算;

c.计算主动土压力时,按照土层种类,土的平均重力密度γs=19kN/m,计算被动土压力时,根据土层情况,土的平均重力密度γp=19.5kN/m3。主动土压力处土的内摩擦角φa=40°,被动土压力处土的内摩擦角φp=45°,土的内聚力c=0。

40

)=0.217 主动土压力系数 Ka=tg(45)tg(45222232a

45

)=5.83 被动土压力系数 Kp=tg(45)tg(452222p

①挡土板桩的入土深度计算:

按挡土板桩纵向单位长度计算,则主动土压力:

EA1=1γa(h+t)2Ka 2

1=×19(13+t)2×0.217 2

由地面荷载引起的附加压力:

EA2=q(h+t)Ka

=10×(13+t)×0.217

被动土压力:

1Ep=γpt2Kp 2

1=×19.5×t2×

5.83 2

图1

ΣMB=0得

解之,得t=2.26m,取板桩入土深度为2.30m。

②计算土锚杆的水平拉力:

根据板桩入土深度t=2.30m,则

EA1=11γa(h+t)2Ka=×19(13+2.3)2×0.217=482.5kN 22

11Ep=γpt2Kp=×19.5×2.32×5.83=301kN 22EA2=q(h+t)Ka=10×(13+2.3)×0.217=33.2kN

由ΣMD=0可求出土锚杆所承受拉力T的水平分力Td:

将上述EA1、EA2、EP的数值代入,则求得:Td=229.9kN 由于土锚杆的间距为1.5m,所以每根锚杆所承受拉力的水

平分力为:Td1.5=1.5×229.9=344.8kN

2)土锚杆抗拔计算

土层锚杆锚固段所在的砂土层:

γ=19kN/m3,φ=37,K0=1(静止土压力系数)

①求土锚杆的非锚固段长度(BF):

由图1可知:

BE=(13+2.3-4.5)tg2(45)=10.8tg26.5°=5.38m 20

根据正弦定律:

37

)=63.5°∠BEF=90°-(45)=90°-(45 22

∠BFE=180°-α-63.5°=180°-13°-63.5°=103.5°

5.38sin63.5因此 BF==4.95m sin103.5

∴ 非锚固段长度为4.95m。

②求土锚杆的锚固段长度:

土锚杆拉力的水平分力Td1.5=344.8kN,而土锚杆的倾角α=13°,则该土锚杆的轴向拉力T=344.8/cos13°=353.kN。

由于该土锚杆非高压灌浆,按下式计算土体抗剪强度:

τz=c+k0γhtgφ

其中c是土的内聚力,γ为土层的重度,φ为该土层的内摩擦角假定锚固段长度为10m,图1中的O点为锚固段的中点,则

图1 锚固段长度计算简图

因此,最后确定取锚固段长度为12m。

3)钢拉杆截面选择:如钢拉杆选用1φ40,则其抗拉设计强度为:

As·fy=1256×290=364.24kN>T=353.8kN满足要求。

桩顶部无拉结时,可按同理,锚杆的位置置顶,设桩入土深度为t, ΣMA=0得

EA1*(13+t)*2/3+ EA2*(13+t)/2- Ep*(13+2t/3)=0

得出t即为上部无拉结时的桩入土深度计算。

顶部设拉结锚杆时,根据现场确定单根锚杆能够提供的最大拉力为F,由以上式子反算,假定间距还是1.5米,桩下端埋深设为t,则对最下端D点取力矩为0即可:

F/1.5*(13+T)+ Ep*T/3= EA1*(13+T)/3+ EA2*(13+t)/2

解出T即是桩下端入土深度


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