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2.3钻孔咬和桩等效连续墙计算方法
地下连续墙是常规的围护结构,为了便于比较两种围护结构的刚度差异,在设计咬和桩时,可以考虑将钻孔咬和桩等效为连续墙:
如图1所示,Ⅰ序桩为素混凝土桩或配长方形钢筋笼混凝土桩,一般采用C15、C20混凝土,Ⅱ序桩放钢筋笼混凝土桩,一般采用C25、C30混凝土。
不考虑配筋,确定两桩初始刚度比为:
式中: —Ⅰ序桩抗弯刚度;
—Ⅱ序桩抗弯刚度。
按图5所示计算
图5 Ⅰ序桩惯性矩计算图
式中: —桩半径;
—两桩咬和距离。
将钻孔咬和桩等效为连续墙,则连续墙等效厚度 按下式计算:
式中: —咬和桩直径;
—连续墙混凝土弹性模量。
计算单位长度连续墙开挖过程中承受的最大弯矩 ,得到Ⅰ序桩和Ⅱ序桩承受的最大弯矩:
然后,根据两个弯矩值对钢筋配筋后,重新计算两桩抗弯刚度,再重复以上计算直至前后两次配筋结构相同。
此后,可按照设计地下连续墙的方法设计钻孔咬和桩围护结构。
3 工程实例
本工程位于上海市轨道交通杨浦线(M8线)虹口体育场站,呈东西走向,紧邻虹口足球场南端,横跨东江湾路、西江湾路以及花园路。车站主体结构外包尺寸为187.7m(长)×20.8m(宽),车站覆土厚度为2.5m,底板埋深约15.5m,为地下二层三跨双柱岛式车站。其中车站主体7~13轴从运营中的轨道交通明珠线高架桥下垂直穿越,以9轴线为界,分为7~9轴线顺筑区(高架桥外)和9~13轴逆筑区(高架桥内)。逆筑区基坑围护结构设计许可变形量为15㎜,车站围护结构外边线距离轻轨高架桥墩承台边只有30~50㎝。
施工区域土层地质情况从上至下依次为:①:杂填土,松散,厚0.90~3.80m;②1:褐黄-灰黄色粉质粘土,可塑,厚0.00~2.20m;②3-1:灰色粉质粘土,稍密,0.00~3.80m;③:灰色淤泥质粉质粘土夹粉土,流塑,2.70~6.60m;④:灰色淤泥质粘土,流塑,厚7.60~9.35m;⑤1-1:灰色粘土,软塑,厚2.30~3.30m;⑤1-2灰色粉质粘土,软塑,厚3.70~5.30m;⑥:暗绿-草黄色粉质粘土,影塑,3.20~4.30m;⑦1:暗绿-灰黄色砂质粘土,中密,5.60~9.70m;⑦2灰黄-灰色粉砂,中密~密实,5.10~9.30m。本车站场地范围内上部均为饱和粘性土,可视为不透水层,承压水埋藏于第⑦层砂质粉土-粉砂中。
由于本车站围护外边线距离轻轨高价桥桩承台仅30㎝,且车站基坑开挖较深,必须考虑围护结构的施工对桩及承台的影响。常规的地下连续墙、搅拌桩、灌注桩等都对周围环境影响较大,因此采用钻孔咬和桩。采用直径1270㎜的钻孔咬和桩,桩长28m,咬和厚度175㎜。咬和桩穿越的①~⑥层土中,较多含有粉性土或砂性土,故采用较好的护壁方法—全钢套管护壁,能有效防止孔内流砂、涌砂及防止土体坍方,提高混凝土成桩质量。施工时土体变形极小,从而减少对轻轨高架桥立柱桩基的扰动。
据现场监测发现:钻孔咬和桩阶段,各测点最大水平位移为12.2㎜,位于围护结构下6m处。土体最大水平位移分布区域集中在4.5~6m范围内。基坑开挖阶段,展开咬和桩围护结构水平位移变化比较稳定,土体的最大水平位移大都发生在开挖面下1~2m范围内,各阶段的最大水平位移1.42㎜、5.87㎜、8.44㎜、17.77㎜;对应土体深度分布为6.5m、11.5m、14.5m、15m处。可以看到开挖过程中,围护结构的水平位移增量变化是比较小的。经过分析可见,采用了钻孔咬和桩的围护结构有效地控制了对周围土体地影响,保护了轻轨明珠线的安全。
4 结论与建议
(1) 钻孔咬合桩是一种新型施工工艺,其受力机理还需要进一步研究。
(2) 钻孔咬合桩属干孔作业,施工安全,噪音干扰小,无泥浆排放,利于环保。咬合桩机成孔全套管跟进,对周围土体扰动小,利于管线和建筑物保护。
(3) 钻孔咬和桩具有施工进度快、成孔成桩质量好、工程造价低、经济效益可观等优点 。
(4) 上海轨道交通M8线虹口体育场站采用钻孔咬和桩围护结构取得了良好的效果,证明了钻孔咬和桩在上海软土地区的适用性。
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