CN110644509A - 一种竖向锚拉衡重式桩板墙及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种竖向锚拉衡重式桩板墙及其施工方法,该桩板墙包括挡土桩、衡重梁、锚固装置、桩身挡土板,挡土桩下端埋入基岩,衡重梁的一端固定连接于挡土桩的挡土面,衡重梁的另一端设置有锚固装置。本发明通过改变桩的结构实现类似于衡重式挡墙的效果,利用自身填土重力部分平衡水平土压力作用,不足部分辅以必要的锚固措施,则横梁下的锚固段只需提供竖向承载力,解决了填土边坡或覆盖层地基支护结构中的桩板墙需要较长的下锚固段提供抗倾覆能力的问题。
Description
技术领域
本发明涉及土木建筑领域,具体涉及一种竖向锚拉衡重式桩板墙及其施工方法。
背景技术
传统桩板墙的桩身为直梁结构,利用锚固段反力及锚索拉力作为平衡力矩来源。当悬臂段水平土压力过大时,相应要求截面尺寸更大的桩身、更长的锚固段和更大吨位的锚索。当地基土为覆盖层或破碎基岩时,靠锚固段平衡水平土压力代价极大。
发明内容
本发明目的是提供一种受力优化的新型桩板墙,解决填土边坡或覆盖层地基支护结构中的桩板墙需要较长的下锚固段提供抗倾覆能力的问题。
本发明采用的技术方案:
一种竖向锚拉半衡重式桩板墙,包括挡土桩、衡重梁、锚固装置、桩身挡土板和挡土板基础,若干个所述挡土桩的下端分别埋入预留孔位,每个所述挡土桩对应一个衡重梁,每个衡重梁对应一个锚固装置,所述衡重梁的一端固定连接在所述挡土桩的挡土面,所述衡重梁的另一端设有所述锚固装置,每两个相邻的所述衡重梁之间设有挡土板基础,所述挡土板基础的上表面与所述衡重梁的上表面齐平,每两个相邻的所述挡土桩之间通过桩身挡土板连接,所述桩身挡土板板面两端紧贴两个相邻所述挡土桩,所述桩身挡土板架设于两个相邻所述衡重梁上。
进一步地,所述衡重梁与所述挡土桩垂直设置。
进一步地,所述锚固装置为锚杆或锚索。
进一步地,所述挡土板基础由基坑砌筑或浇筑而成。
进一步地,所述桩身挡土板的上表面与所述挡土桩顶端齐平。
上述竖向锚拉半衡重式桩板墙的施工方法,其步骤为:
S1:材料准备及制作:按照结构设计方案和要求制作挡土桩、衡重梁钢筋笼、锚固装置;
S2:挡土桩桩孔施工:施工放挡土桩样桩位,清理地表立模浇筑锁口,在样桩位挖孔,逐节下挖并施工护壁,直至挡土桩桩底设计高程;
S3:衡重梁基槽施工:根据设计定位数据进行施工放线后开挖,当开挖到距基底一定高度时检测地基承载力,合格后修整至设计高程,将覆盖层夯实;
S4:挡土桩和衡重梁浇筑:吊装挡土桩钢筋笼、衡重梁钢筋笼,绑扎搭接钢筋并预埋锚固装置套管,立模一体浇筑挡土桩和衡重梁混凝土;
S5:锚固装置端头施工:在衡重梁上确定锚固装置的端头位置并钻孔,将锚杆或锚索放入预埋的套管中后注浆,进行自由段张拉;
S6:挡土板基础施工:挖出基坑后砌筑或浇筑挡土板基础,再进行基坑回填;
S7:桩身挡土板安装及路基填方:安装桩身挡土板,同时开展板后回填,循环进行直至回填至设计高程。
一种竖向锚拉全衡重式桩板墙,包括挡土桩、衡重梁、锚固装置、桩身挡土板和纵向承载板,若干个所述挡土桩的下端分别埋入预留孔位,每个所述挡土桩对应一个衡重梁,每个衡重梁对应一个锚固装置,所述衡重梁的一端固定连接在所述挡土桩的挡土面,所述衡重梁的另一端设有所述锚固装置,每两个相邻的所述挡土桩之间通过桩身挡土板连接,所述桩身挡土板板面两端紧贴两个相邻所述挡土桩,所述桩身挡土板架设于两个相邻所述衡重梁上,每两个相邻所述衡重梁之间由所述纵向承载板连接。
进一步地,所述挡土桩和所述衡重梁垂直设置。
进一步地,所述锚固装置为锚杆或锚索。
进一步地,所述桩身挡土板的上表面与所述挡土桩顶端齐平。
上述竖向锚拉全衡重式桩板墙的施工方法,其步骤为:
S1:材料准备及制作:按照结构设计方案和要求制作挡土桩、衡重梁钢筋笼、锚固装置;
S2:挡土桩桩孔施工:施工放挡土桩样桩位,清理地表立模浇筑锁口,而后采用人工挖孔逐节下挖并施工护壁,直至挡土桩桩底设计高程;
S3:衡重梁基槽施工:根据设计定位数据进行施工放线后开挖,当开挖到距基底一定高度时检测地基承载力,合格后修整至设计高程,将覆盖层夯实;
S4:挡土桩和衡重梁浇筑:吊装挡土桩钢筋笼、衡重梁钢筋笼,绑扎搭接钢筋并预埋锚固装置套管,立模一体浇筑挡土桩和衡重梁混凝土;
S5:锚固装置端头施工:在衡重梁上确定锚固装置的端头位置并钻孔,将锚杆或锚索放入预埋的套管中后注浆,进行自由段张拉;
S6:安装纵向承载板;
S7:桩身挡土板安装及路基填方:安装桩身挡土板,同时开展板后回填,循环进行直至回填至设计高程。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
通过改变桩的结构实现类似于衡重式挡墙的效果,利用自身填土重力部分平衡水平土压力作用,不足部分辅以必要的锚固措施,则横梁下的锚固段只需提供竖向承载力,大大减小桩身工程规模,因桩基础段水平力大大减小,可有效缩短基础埋置深度,降低结构工程量。同时变拉槽式挡墙基础开挖为局部点桩基坑开挖,特别适用于覆盖层性质较差而下伏基岩较坚硬的陡斜坡路基或顺层边坡路基,有效保证了施工安全。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为竖向锚拉衡重式桩板墙结构示意图(半衡重式);
图2为竖向锚拉衡重式桩板墙结构示意图(全衡重式);
图3为竖向锚拉衡重式桩板墙立面图;
图4为竖向锚拉衡重式桩板墙受力分析图。
附图标记:
1-挡土桩;2-衡重梁;3-锚固装置;4-桩身挡土板;5-挡土板基础;6-纵向承载板
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例
一种竖向锚拉半衡重式桩板墙,包括挡土桩1、衡重梁2、锚固装置3、桩身挡土板4和挡土板基础5,若干个挡土桩1的下端分别埋入预留孔位,每个挡土桩1对应一个衡重梁2,每个衡重梁2对应一个锚固装置3,衡重梁2的一端固定连接在挡土桩1的挡土面,由于衡重梁2上覆土层的竖向土压力作用,在衡重梁2处会产生一弯矩,此弯矩与作用于挡土桩1地面部分的水平土压力形成的弯矩方向相反,从而使水平土压力产生的倾覆力矩减小,增加了桩板墙的抗倾覆能力。衡重梁2的另一端设有锚固装置3,衡重梁2相当于锚固装置3的力臂,相对于直接在桩身设置锚固效果更优。另外,由于回填土和衡重梁2之间的相互作用,产生了一定的水平摩阻力,一定程度上增加了桩板墙的抗滑移能力。
每两个相邻的衡重梁2之间设有挡土板基础5,挡土板基础5为基坑砌筑或浇筑而成,挡土板基础5的上表面与衡重梁2的上表面齐平,挡土板基础5承受了相邻衡重梁2之间的土压力,衡重梁2仅承受梁身范围的竖向土重力。每两个相邻的挡土桩1之间通过桩身挡土板4连接,桩身挡土板4板面两端紧贴两个相邻挡土桩1,桩身挡土板4架设于两个相邻衡重梁2上。
在上一种实施例的基础上,桩身挡土板4为多个形状大小相同的板自衡重梁2上表面由下而上放置形成的整体板,桩身挡土板4的上表面与挡土桩1的顶端齐平。
在上一种实施例的基础上,衡重梁2与挡土桩1为垂直设置,锚固装置3为锚杆或锚索。
上述竖向锚拉半衡重式桩板墙的施工方法,其步骤为:
S1:材料准备及制作:按照结构设计方案和要求制作挡土桩1、衡重梁2钢筋笼、锚固装置3;
S2:挡土桩1桩孔施工:施工放挡土桩1样桩位,清理地表立模浇筑锁口,采用人工挖孔逐节下挖并施工护壁,直至挡土桩1桩底设计高程;
S3:衡重梁2基槽施工:根据设计定位数据进行施工放线后采用机械开挖,当开挖到距基底30cm时检测地基承载力,合格后采用人工修整至设计高程,将覆盖层用打夯机夯实;
S4:挡土桩1和衡重梁2浇筑:吊装挡土桩1钢筋笼、衡重梁2钢筋笼,绑扎搭接钢筋并预埋锚固装置3套管,立模一体浇筑挡土桩1和衡重梁2混凝土;
S5:锚固装置3端头施工:在衡重梁2上确定锚固装置3的端头位置并钻孔,将锚杆或锚索放入预埋的套管中后注浆,进行自由段张拉;
S6:挡土板基础5施工:挖出基坑后砌筑或浇筑挡土板基础5,再进行基坑回填;
S7:桩身挡土板4安装及路基填方:采用机械吊装方式逐个自下而上安装桩身挡土板4,同时开展板后回填,循环进行直至回填至设计高程。
一种竖向锚拉全衡重式桩板墙,挡土桩1、衡重梁2和锚固装置3的结构与半衡重式相同,每两个相邻的挡土桩1之间通过桩身挡土板4连接,桩身挡土板4板面两端紧贴两个相邻挡土桩1,桩身挡土板4架设于两个相邻衡重梁2上,每两个相邻衡重梁2之间由纵向承载板6连接,此时,纵向承载板2承受桩距范围内全部土重。
在上一种实施例的基础上,桩身挡土板4为多个形状大小相同的板自衡重梁2上表面由下而上放置形成的整体板,桩身挡土板4的上表面与挡土桩1的顶端齐平。
在上一种实施例的基础上,衡重梁2与挡土桩1为垂直设置,锚固装置3为锚杆或锚索。
在上一种实施例的基础上,纵向承载板6为多个形状大小相同的板横跨铺设在两个相邻的衡重梁2表面形成的整体板。
上述竖向锚拉全衡重式桩板墙的施工方法,其步骤为:
S1:材料准备及制作:按照结构设计方案和要求制作挡土桩1、衡重梁2钢筋笼、锚固装置3;
S2:挡土桩1桩孔施工:施工放挡土桩1样桩位,清理地表立模浇筑锁口,采用人工挖孔逐节下挖并施工护壁,直至挡土桩1桩底设计高程;
S3:衡重梁2基槽施工:根据设计定位数据进行施工放线后采用机械开挖,当开挖到距基底30cm时检测地基承载力,合格后采用人工修整至设计高程,将覆盖层用打夯机夯实;
S4:挡土桩1和衡重梁2浇筑:吊装挡土桩1钢筋笼、衡重梁2钢筋笼,绑扎搭接钢筋并预埋锚固装置3套管,立模一体浇筑挡土桩1和衡重梁2混凝土;
S5:锚固装置3端头施工:在衡重梁2上确定锚固装置3的端头位置并钻孔,将锚杆或锚索放入预埋的套管中后注浆,进行自由段张拉;
S6:安装纵向承载板6;
S7:桩身挡土板4安装及路基填方:采用机械吊装方式逐个自下而上安装桩身挡土板4,同时开展板后回填,循环进行直至回填至设计高程。
以下为对竖向锚拉衡重式桩板墙结构的受力分析与计算:
结构荷载主要包括土压力Ea,土重力Eh,锚固力Ft,其中土压力由土重力和锚固力共同平衡,确保O点下端内力为零,则下部桩身仅承受竖向荷载,桩端嵌入基岩满足3~5倍桩径或短边长度即可,荷载结构计算模型见图4。
基本计算过程为:初拟桩梁长度与截面尺寸,采用极限平衡法计算衡重梁端头在同时满足设计要求的抗滑稳定性系数1.3和抗倾覆稳定性系数1.5的情况下锚杆或锚索需提供的水平锚固力和竖向锚固力,进而选用锚杆或锚索的截面和锚固倾角。
典型算例:
(1)半衡重式桩板墙算例
某半衡重式桩板墙悬臂段(挡土桩1的地面部分)高10m,截面尺寸1.5×2.0m,衡重梁尺寸1.5×2.0m,横长3m(设锚固点距桩身净距2.5m),桩中心距5m,土体重度21KN/m3,综合内摩擦角35°,土体与衡重梁摩擦系数0.5。
悬臂段主动土压力Ea=1/2γH2Ka=259KN
主动土压力水平分力Ex=259×cos(17.5°)=247KN
主动土压力竖向分力Ey=259×sin(17.5°)=78KN
单桩承受水平力Fx=247×5=1235KN
竖向力Fy=78×5=390KN
衡重梁承受竖向土压力G=21*[5*10-1/2*3.5*1/2*3.5*tan(45°+1/2*35°)]*3=2779KN
竖向土压力提供的摩擦力=2779*0.5=1390KN
锚固需提供的水平力Px=1235*1.3-1390=216KN
锚固需提供的竖向力Py=(1235*10/3*1.5-2779*3/2)/2.5=800KN
可得:锚固力Pt=(2162+8002)1/2=1046KN
锚固下倾角α=arctan(216/800)=15.1°
因衡重梁以下桩体基本只承受竖向,其基底压力为:(390+2779)/(1.5*2)=1056Kpa
(2)全衡重式桩板墙算例
某全衡重式桩板墙悬臂段高10m,截面尺寸1.5×2.0m,衡重梁尺寸1.5×2.0m,横长3m(设锚固点距桩身净距2.5m,其中靠桩段2m范围布置挡土板),桩中心距5m,土体重度21KN/m3,综合内摩擦角35°,土体与衡重梁摩擦系数0.5。
悬臂段主动土压力Ea=1/2γH2Ka=259KN
主动土压力水平分力Ex=259×cos(17.5°)=247KN
主动土压力竖向分力Ey=259×sin(17.5°)=78KN
单桩承受水平力Fx=247×5=1235KN
竖向力Fy=78×5=390KN
衡重梁承受竖向土压力G=21*10*5*2+21*[5*10-1/2*3.5*1/2*3.5*tan(45°
+1/2*35°)]*1=2100+926=3026KN
竖向土压力提供的摩擦力=3026*0.5=1513KN
锚固需提供的水平力Px=1235*1.3-1513=93KN
锚固需提供的竖向力Py=(1235*10/3*1.5-2100*1-926*2.5)/2.5=704KN
可得:锚固力Pt=(932+7042)1/2=711KN
锚固下倾角α=arctan(93/704)=7.5°
因衡重梁以下桩体基本只承受竖向,其基底压力为:(390+3026)/(1.5*2)=1139Kpa
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种竖向锚拉半衡重式桩板墙,其特征在于,包括挡土桩(1)、衡重梁(2)、锚固装置(3)、桩身挡土板(4)和挡土板基础(5),若干个所述挡土桩(1)的下端分别埋入预留孔位,每个所述挡土桩(1)对应一个衡重梁(2),每个衡重梁(2)对应一个锚固装置(3),所述衡重梁(2)的一端固定连接在所述挡土桩(1)的挡土面,所述衡重梁(2)的另一端设有所述锚固装置(3),每两个相邻的所述衡重梁(2)之间设有挡土板基础(5),所述挡土板基础(5)的上表面与所述衡重梁(2)的上表面齐平,每两个相邻的所述挡土桩(1)之间通过桩身挡土板(4)连接,所述桩身挡土板(4)板面两端紧贴两个相邻所述挡土桩(1),所述桩身挡土板(4)架设于两个相邻所述衡重梁(2)上。
2.如权利要求1所述的一种竖向锚拉半衡重式桩板墙,其特征在于,所述衡重梁(2)与所述挡土桩(1)垂直设置。
3.如权利要求1所述的一种竖向锚拉半衡重式桩板墙,其特征在于,所述锚固装置(3)为锚杆或锚索。
4.如权利要求1所述的一种竖向锚拉半衡重式桩板墙,其特征在于,所述桩身挡土板(4)的上表面与所述挡土桩(1)顶端齐平。
5.如权利要求1~4任意一项所述的竖向锚拉半衡重式桩板墙的施工方法,其特征在于,其步骤为:
S1:材料准备及制作:按照结构设计方案和要求制作挡土桩(1)、衡重梁(2)钢筋笼、锚固装置(3);
S2:挡土桩(1)桩孔施工:施工放挡土桩(1)样桩位,清理地表立模浇筑锁口,在样桩位挖孔,逐节下挖并施工护壁,直至挡土桩(1)桩底设计高程;
S3:衡重梁(2)基槽施工:根据设计定位数据进行施工放线后开挖,当开挖到距基底一定高度时检测地基承载力,合格后修整至设计高程,将覆盖层夯实;
S4:挡土桩(1)和衡重梁(2)浇筑:吊装挡土桩(1)钢筋笼、衡重梁(2)钢筋笼,绑扎搭接钢筋并预埋锚固装置(3)套管,立模一体浇筑挡土桩(1)和衡重梁(2)混凝土;
S5:锚固装置(3)端头施工:在衡重梁(2)上确定锚固装置(3)的端头位置并钻孔,将锚杆或锚索放入预埋的套管中后注浆,进行自由段张拉;
S6:挡土板基础(5)施工:挖出基坑后砌筑或浇筑挡土板基础(5),再进行基坑回填;
S7:桩身挡土板(4)安装及路基填方:安装桩身挡土板(4),同时开展板后回填,循环进行直至回填至设计高程。
6.一种竖向锚拉全衡重式桩板墙,其特征在于,包括挡土桩(1)、衡重梁(2)、锚固装置(3)、桩身挡土板(4)和纵向承载板(6),若干个所述挡土桩(1)的下端分别埋入预留孔位,每个所述挡土桩(1)对应一个衡重梁(2),每个衡重梁(2)对应一个锚固装置(3),所述衡重梁(2)的一端固定连接在所述挡土桩(1)的挡土面,所述衡重梁(2)的另一端设有所述锚固装置(3),每两个相邻的所述挡土桩(1)之间通过桩身挡土板(4)连接,所述桩身挡土板(4)板面两端紧贴两个相邻所述挡土桩(1),所述桩身挡土板(4)架设于两个相邻所述衡重梁(2)上,每两个相邻所述衡重梁(2)之间由所述纵向承载板(6)连接。
7.如权利要求6所述的一种竖向锚拉全衡重式桩板墙,其特征在于,所述挡土桩(1)和所述衡重梁(2)垂直设置。
8.如权利要求6所述的一种竖向锚拉全衡重式桩板墙,其特征在于,所述锚固装置(3)为锚杆或锚索。
9.如权利要求6所述的一种竖向锚拉全衡重式桩板墙,其特征在于,所述桩身挡土板(4)的上表面与所述挡土桩(1)顶端齐平。
10.如权利要求6~9任意一项所述的竖向锚拉全衡重式桩板墙的施工方法,其特征在于,其步骤为:
S1:材料准备及制作:按照结构设计方案和要求制作挡土桩(1)、衡重梁(2)钢筋笼、锚固装置(3);
S2:挡土桩(1)桩孔施工:施工放挡土桩(1)样桩位,清理地表立模浇筑锁口,而后采用人工挖孔逐节下挖并施工护壁,直至挡土桩(1)桩底设计高程;
S3:衡重梁(2)基槽施工:根据设计定位数据进行施工放线后开挖,当开挖到距基底一定高度时检测地基承载力,合格后修整至设计高程,将覆盖层夯实;
S4:挡土桩(1)和衡重梁(2)浇筑:吊装挡土桩(1)钢筋笼、衡重梁(2)钢筋笼,绑扎搭接钢筋并预埋锚固装置(3)套管,立模一体浇筑挡土桩(1)和衡重梁(2)混凝土;
S5:锚固装置(3)端头施工:在衡重梁(2)上确定锚固装置(3)的端头位置并钻孔,将锚杆或锚索放入预埋的套管中后注浆,进行自由段张拉;
S6:安装纵向承载板(6);
S7:桩身挡土板(4)安装及路基填方:安装桩身挡土板(4),同时开展板后回填,循环进行直至回填至设计高程。
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