CN112281682A - 一种大扭力的临时群桩构造方法及其后背结构 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种大扭力的临时群桩构造方法,包括以下步骤:假设桩中心间距、桩直径、总桩数、群桩受力为水平力设计值及扭矩设计值;根据假设得出每一根桩所分配的水平力;根据每一根桩形心到群桩形心点的距离和扭矩求得扭转水平力;将所有力合并,可求得一根单桩所受水平推力;最终根据单桩所受水平推力以及配筋构造临时群桩。本发明改进后的后背布置取消背后一侧填土,能减少负摩阻对桩的不利影响;遵照前述计算公式求得单桩的水平推力,引用现有规范进行设计计算;改进后的承台表面水平,可以作为混凝土顶柱的预制平台,作为顶进过程中监控量测的观测平台,保持顶进过程中的视通良好。
Description
技术领域
本发明属于高速公路顶进框架桥施工领域,尤其涉及一种大扭力的临时群桩构造方法及其后背结构。
背景技术
下穿高速公路顶进框架桥为顺利顶进施工,需要后背承受桥体结构顶进反力,一般情况下顶进框架桥的后背采用带承台群桩基础,后背通过同步千斤顶,将顶进力传递至后背,因此,考究同步千斤顶的力的分布状况,就可知后背的受力情况。
图1现有技术中下穿高速公路顶进框架桥系统立面布置图;在图中,1-顶进后背(带承台的群桩基础);2-混凝土顶柱;3-滑板;4-接缝护板;5-同步千斤顶;6-顶进盾构框;7-高速公路护坡桩;8-高速公路路面;
一般而言,顶进框架桥施工过程一般经历两个主要施工阶段:(1)空顶阶段;(2)顶进框架桥吃土阶段。
在空顶阶段,顶进压力、顶进千斤顶台数基本正常,只是在方向控制上存在一定的问题,采取控制千斤顶加力,使方向误差控制在入土前纠正到1-2cm以内。
在箱涵吃土后,为了确保顶进框架桥能沿着中心线不发生偏位,需要不断调整千斤顶的布置。对于正向顶进是以框架桥中心线为中心,对称布置千斤顶,只要挖土适当,顶力均匀,框架是不会偏移的。而斜向框架桥斜向顶进,由于两侧土压力形成力偶(两侧土压对框架尾端X-X线的力矩差所造成的,如图2所示),迫使框架桥转动,且入土越深,转动越大,因此,为了正确就位必须把千斤顶布局设计成不对称布置,即锐角一侧多一些,钝角一侧少一些,以克服框架转动,在这种情况下,后背(带承台群桩基础)将受到较大的扭矩。
在千斤顶布局中,有一个与之关联的问题,就是后背。一般而言,在下穿高速公路顶进框架桥中,后背采用群桩基础,从安全、可靠性考虑,后背似乎越大越好,然后后背在整个工程造价中的比重较大。尽管后背只是承受顶进时的水平顶力的一项临时设施,却有着举足轻重的作用,因此必须进行精确的设计计算。使它既不会因顶力过大而产生位移,又不至因为后背设置过大而产生浪费。就目前情况看,一般的顶进框架桥后背布置存在如下不足:
(1)目前在后背施工完成后,在其另外一侧堆土,桩侧土体堆载,引起后背一侧土体的沉降速率大于桩身的沉降速率时, 桩侧土体对桩产生的摩阻力与桩位移方向一致, 即为桩的负摩阻力,桩侧负摩阻力非但不能为承担上部荷载作出贡献,反而要产生作用于桩侧的下拽力,造成桩端地基的屈服或破坏、桩身破坏、结构物不均匀沉降等,显然对后背受力不利。
(2)为便于填土,后背承台上均设置后背座。而一般的后背座标高远大于框架桥桥体底板上缘标高,这将导致框架桥就位后,不得不花大力气凿除后背座,引起浪费,这是不可取的。
(3)目前后背(带承台的群桩基础)设计没有设计规范可寻。究其原因在于其受力复杂,可看做一种扭力较大的临时群桩基础,而现有技术规范多针对受力简单的水平抗推基桩,竖向受力基桩。
发明内容
为了解决背景技术中的问题,本发明提出了一种大扭力的临时群桩构造方法,对后背进行了优化设计,能减少负摩阻对桩的不利影响。
本发明的技术解决方案是:
一种大扭力的临时群桩构造方法,所述构造方法包括以下步骤:
步骤二、根据假设得出每一根桩所分配的水平力为:
步骤三、根据每一根桩形心到群桩形心o点的距离求得扭矩:
步骤五、将所有力合并,可求得一根单桩所受水平推力为:
步骤七、求出每根单桩所受水平推力,进行配筋计算;根据单桩所受水平推力以及配筋构造临时群桩。
上述步骤三的具体步骤是:
由表达式3)得出表达式4)和表达式5):
其中,方向与单桩圆形到群桩形心o的连线垂直,与X轴夹角为α。
上述步骤一之前,还包括根据群桩构造进行基本假设:1.1)承台体满足刚体假定;1.2)后背为临时结构,忽略群桩效应;1.3)符合《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-2008)要求。
大扭力的临时群桩构造方法的后背结构,包括桩基础、承台以及滑板;承台分为1和2两个部分,两个部分同时浇筑为一个钢筋混凝土的整体,第1部分与滑板3连接,与滑板3高度齐平;第2部分作为千斤顶顶力的受力平台,标高比框架桥底板标高低。
上述承台第一部分与滑板3通过普通钢筋连接,与滑板3高度齐平。
本发明的有益效果:
1)改进后的后背布置取消背后一侧填土,能减少负摩阻对桩的不利影响;
2)改进后的后背可以遵照前述计算公式求得单桩的水平推力,从而可引用现有规范进行设计计算;
3)改进后的后背承台分两部分浇筑,第一部分作为滑板的一部分,第二部分作为千斤顶着力平台,且第二部分顶面标高小于底板顶面标高,因而不需要额外进行凿除,且第二部分的重力作为桩顶竖向力,能进一步增加基桩的水平抗推承载力。
4)改进后的承台表面水平,可以作为混凝土顶柱的预制平台,作为顶进过程中监控量测的观测平台,且保持顶进过程中的视通良好。
附图说明
图1是本发明的一种下穿高速公路顶进框架桥系统立面布置图;
图2是本发明的现有斜向框架桥斜向顶进布置图;
图3是本发明的设计示意图;
图4是本发明的后背结构示意图。
具体实施方式
本发明的一种大扭力的临时群桩构造方法及其后背结构,需要将后背设计进行优化,通过简单的公式,将其转化为规范能接受的计算理论,因此,可分为如下几个步骤:
基本假设:1.1)承台体满足刚体假定;1.2)鉴于后背为临时结构,忽略群桩效应,这一点是本发明中至关重要的;1.3)其他符合《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)相关要求。这一点确保设计流程与现有规范对接。
如图3所示,本发明的构造方法:
步骤二、根据假设得出每一根桩所分配的水平力为:
步骤三、根据每一根桩形心到群桩形心o点的距离求得扭矩:
由表达式3)得出表达式4)和表达式5):
步骤五、将所有力合并,可求得一根单桩所受水平推力为:
其中,方向与单桩圆形到群桩形心o的连线垂直,与X轴夹角为α。
采用本实施例的方案,大扭力的临时群桩构造详见图3。
参见图4,本发明的构造方法的后背布置图,结构分为三个部分,第一部位为桩基础,第二部分为承台(标号为a和b两部分),第三部分为滑板。各部分具体作用或者原理如下:
(1)承台部分分为两个部分,两个部分同时浇筑为一个钢筋混凝土的整体,第一部分与滑板通过普通钢筋连接在一起,为了防止滑板与后背脱离,与滑板高度齐平;第二部分作为千斤顶顶力的受力平台,承受千斤顶的顶力,其标高比框架桥底板标高略低,确保视通良好,便于顶进过程中的监控量测,且便于后续施工路基路面工程。
(2)位防止承台在千斤顶作用下水平位移过大,采用群桩基础来承受水平力。
(3)各部分为一个钢筋混凝土的整体结构,通过预埋钢筋实现整体连接。
Claims (6)
1.一种大扭力的临时群桩构造方法,其特征在于:所述构造方法包括以下步骤:
步骤二、根据假设得出每一根桩所分配的水平力为:
步骤三、根据每一根桩形心到群桩形心o点的距离求得扭矩:
步骤五、将所有力合并,可求得一根单桩所受水平推力为:
步骤七、求出每根单桩所受水平推力,进行配筋计算;根据单桩所受水平推力以及配筋构造临时群桩。
4.根据权利要求3所述的大扭力的临时群桩构造方法,其特征在于:所述步骤一之前,还包括根据群桩构造进行基本假设:1.1)承台体满足刚体假定;1.2)后背为临时结构,忽略群桩效应。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的大扭力的临时群桩构造方法的后背结构,其特征在于:包括桩基础、承台以及滑板;承台分为两个部分,两个部分同时浇筑为一个钢筋混凝土的整体,第一部分与滑板连接,与滑板高度齐平;第二部分作为千斤顶顶力的受力平台,标高比框架桥底板标高低。
6.根据权利要求5所述的大扭力的临时群桩构造方法的后背结构,其特征在于:所述承台第一部分与滑板通过普通钢筋连接,与滑板高度齐平。
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