欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

双排桩结构设计(步骤)介绍

1637 2021-03-16 17:42:53


双排桩的嵌固深度应满足嵌固稳定性要求。嵌固稳定性验算问题与单排悬臂桩类似,应满足作用在后排桩上的主动土压力与作用在前排桩嵌固段上的被动土压力的力矩平衡条件。


与单排桩不同的是,在双排桩的抗倾覆稳定性验算中,应将双排桩与桩间土看作整体而将其作为力的平衡分析对象,并且考虑了土与桩自重的抗倾覆作用。具体应按图 5.53 计算并符合下式规定∶


双排桩结构设计


双排桩结构的设计步骤通常是先进行桩的平面和竖向布置,设定桩长、桩距、排距,然后进行结构内力的计算和嵌固稳定性验算,确定设置的桩长和桩距是否合理可行,再以截面承载力要求设计桩径以及刚架梁和冠梁截面尺寸,并进行桩身和刚架梁、冠梁的配筋。


1、双排桩布置

双排桩结构要求地下结构外墙与规划红线之间有足够的空间。典型的平面布置方式有前后排等桩距的矩形布置(图5.50)和梅花形布置,以及前后排桩距不相等和格栅形布置等。在竖向,

前后排桩可等长和非等长布置,前后桩桩顶标高可相同也可不同。由于双排桩的应用研积累不多,上述平面刚架内力计算方法仅适用于排桩矩形布置的计算,因此,一般可按等长、桩顶标高相同的等桩距矩形布置方式进行设计,在有足够经验时,可采取其他布方式。

2、桩长、桩距和排距的设计

双排桩平面刚架计算模型,需要设定桩长和排距,在计算作用在刚架上的土压力时需要设定桩长和桩距。因此,在设计前先应初步设定桩长、桩距和排距。以内力计算结果合理的要求确定桩距,再以满足双排桩的嵌固稳定性验算的要求确定桩长和排距。


桩的嵌固深度是保证双排桩结构嵌固稳定性的重要参数。在初步设置时,对淤泥质土,不宜小于基坑深度,对淤泥,不宜小于1.2倍基坑深度;对一般黏性土、砂土,不宜小于0.6倍基坑深度。


桩距的设置对土压力和结构内力的计算结果产生较大影响,排桩间距的选取应按结构弯矩大小与变形要求确定。一般排桩的中心距不宜大于桩直径的2.0倍,特殊情况下,排桩间距的确定还要考虑桩间土的稳定性要求,根据工程经验,对大桩径或黏性土,排桩的净间距在 900mm以内,对小桩径或砂土,排桩的净间距在 600mm以内较常见。


双排桩的排距是双排桩设计的重要参数。根据结构力学的基本原理及计算分析结果,双排桩刚架结构中的桩与单排的受力特点有较大的区别。锚拉式、支撑式、悬臂式排桩,在水平荷载作用下只产生弯矩和剪力。而双排桩刚架结构在水平荷载作用下,桩的内力除弯矩、剪力外,还有轴力,前排桩的轴力为压力,后排桩的轴力为拉力。桩身轴力的存在,使得前排桩发生向下的竖向位移,后排桩发生向上的竖向位移。前后排桩出现不同方向的竖向位移,就意味着双排桩刚架出现了向基坑方向的整体倾斜,增大了双排桩刚架顶部的水平位移。而在其他参数不变的条件下,桩身轴力随着双排桩排距的减小而增大。因此,排距过小时,将使得刚架结构受力不合理,但排距过大刚架效果将减弱,其合理的范围为2~5倍桩径。

3、桩径以及桩身配筋计算

平面刚架结构计算出来的桩身内力,有弯矩、剪力和轴力,并且前排桩的轴力为压力,后排桩的轴力为拉力,因此,除应按第4.5.1节的要求进行桩的受弯、受剪承载力计算外,还应对前排桩按偏心受压构件、后排桩按偏心受拉构件进行受压、受拉截面承载力计算,并以此进行桩径与桩身配筋设计;其截面承载力和构造应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010 的有关规定。


4、钢架梁和冠梁的截面尺寸和配筋计算刚架梁的宽度不应小于桩径。

刚架梁高度是双排桩设计的重要参数,双排桩顶部水平位移将随刚架梁高度的增大而减小,但当梁高大于桩径时,再增大梁高桩顶水平位移就基本不变了,因此,在初步设置时,刚架梁高度不宜小于 0.8d,且刚架梁高度与双排桩排距的比值取1/6~1/3 为宜。根据平面刚架结构计算出来的刚架梁的内力,并以跨高比判别刚架梁是否属于深受弯构件,再根据《混凝土结构设计规范》GB 50010 按普通受弯构件或深受弯构件进行截面承载力计算,确定钢筋配置。


冠梁在双排桩支护结构中是作为一项构造措施考虑,可按照单排桩设计中的要求设置。


5、节点设计

钢架梁与桩顶的刚性连接,使得结构计算模型可按上述平面刚架计算模型;同时,刚接使前后排桩的协同作用能更好地发挥,刚架梁对内力的分配使得内力结果最合理经济,桩顶的位移也很小,因此,设计应采用刚性连接。节点处桩与刚架梁受拉钢筋的搭接长度不应小于1.5倍受拉钢筋的锚固长度。因桩顶与刚架梁的连接按完全刚接考虑,其受力特点类似于混凝土结构中框架顶层,故其节点构造应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010 对框架顶层端节点的有关规定。


实际施工过程中,因施工质量和工序问题,也可能使原来设计的刚接变成铰接方式。铰接节点只能传递轴力和剪力,不能承担弯矩作用,实际上这道梁就成为一根链杆,因而应加强施工管理,杜绝此类情况发生。


6、前排桩设置要求

普通刚架结构对相邻柱间的沉降差非常敏感。双排桩刚架结构前、后排桩内的轴力,使前后排桩产生的沉降差对结构的内力、变形影响很大。在其他条件不变的情况下,桩顶水平位移、桩身最大弯矩一般随着前、后排桩沉降差的增大基本呈线性增加。后排桩由于全桩长范围有土的约束,向上的竖向位移很小,因此须采取措施减小前排桩的沉降。有效的措施有∶桩端选择桩端阻力较高的土层、泥浆护壁钻孔桩控制沉渣厚度不大于 50mm或采用桩底后注浆加固沉渣。