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第五章:锚拉式支挡结构的设计(基坑)

本章我们将为用户介绍如何设计锚拉式支挡结构。 

例题源文件请在这里下载:http://pan.baidu.com/s/1jIgNWkI

任务

  在基坑中,采用排桩加一排锚杆的支护形式构成锚拉式支挡结构。根据“中国 - 国家标准(GB)”, 对排桩和锚杆进行设计。本算例中,基坑开挖深度为 5.0m,锚杆位于地面以下 1.5m处,岩土材料、剖面地层、地下水位线和坑内地形尺寸均和第四章算例相同,但地下水位(埋藏深度 1m)在整个计算过程中不变。

图5.1.png

图 5.1 支锚式排桩工程算例

计算

  为了解决该问题,我们采用“GEO5 深基坑支护结构设计”软件(2017版)进行分析,分析过程 包括如下两部分:

  分析工况[1]:持久设计状况——底部固支的锚拉式支挡结构(等值梁法) 

  分析工况[2]:持久设计状况——底部铰支的锚拉式支挡结构(桩底弯矩和剪力均为零)

分析工况[1]:基本参数输入

  「分析设置」,「剖面土层」,「岩土材料」,「墙后坡面」以及「地下水」界面中的参数均和第四章算例的工况阶段[1] 相同。如果用户直接采用第四章算例的文件,请删除其中的工况阶段[2],并作如下修改:

  选择「尺寸」界面,设置基坑深度为 5.0m。 

  选择「锚杆」界面 →「添加」,在本算例中,设置深度 1.5m,锚杆水平间距为 2.5m,倾角为 15°,并设置锚固段和自由段的长度(GEO5 2017的“深基坑支护结构设计”模块中暂不对锚杆的抗拔和抗拉进行验算,因此,锚杆长度值对“深基坑支护结构设计”模块的计算结果并无影响,仅仅是为了视图需要。当然,进行整体稳定性分析时,锚杆自由段的长度有可能对整体稳定性分析结果产生影响)。

图5.2.png

图 5.2 「锚杆」界面 

  在「工况阶段设置」界面中,选择“持久设计状况”。 

  下一步,选择「分析」界面,将支座类型设置为“固支”,然后点击「分析」,得出计算结果,如图 5.3。

5-1.png

图 5.3 「分析」界面 —— 计算结果(分析工况 1)

  分析工况[1]:计算结果

—       排桩长度                     9.84m

—       嵌固深度                     4.84m

—       锚固力标准值              128.00kN

—       最大弯矩标准值           73.00kNm/m * 1.5m = 109.5kNm

—       最大剪力标准值           108.48kN/m * 1.5m = 162.72kN

  接下来,添加分析工况[2],将支座类型为“铰支”,然后对比分析工况[1]、[2]的计算结果,给出最终设计值。

  分析工况[2]:基本参数输入

  在图形窗口下方水平工具栏上点击:「添加」,添加分析工况[2]。

5-2.png

图 5.4 「分析工况」工具栏

  在此分析工况内,“支座类型”设置为“铰支”,然后点击「分析」,进行分析工况[2]的计算:

5-3.png

图 5.5 「分析」界面 —— 计算结果(分析工况 2)

  分析工况[2]:计算结果

—       排桩长度                     7.44m

—       嵌固深度                     2.44m

—       锚固力标准值              159.30kN

—       最大弯矩标准值           90.57kNm/m * 1.5m = 135.855kNm

—       最大剪力标准值           54.78kN/m * 1.5m = 82.17kN

结论

  计算时,固支类型支座采用“等值梁法”进行计算,铰支类型支座采用“静力平衡法”进行计算。 在实际工程中,支护结构的支座类型介于固支与铰支之间,因此,支挡结构总长度也应处于“H固支- H铰支之间。当支挡结构底端支座类型为固支时,所需支挡结构长度较长,但锚固力较小;支座类型为铰支时则相反。所以锚固力越大,所需支挡结构长度越小;锚固力越小,所需支挡结构长度越长。用 户可根据具体情况进行桩长、桩身截面和锚固力的初步设计,得出设计方案。在第六章中,我们会将该基坑支护的设计方案导入“深基坑支护结构分析”软件中进行进一步验算分析。

  需要说明的一点是,对于支撑式支护结构,其计算原理和锚拉式基本相同。

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