CN112281682B - 一种大扭力的临时群桩构造方法及其后背结构 - Google Patents

一种大扭力的临时群桩构造方法及其后背结构 Download PDF

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    • E02D27/14—Pile framings, i.e. piles assembled to form the substructure

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

一种大扭力的临时群桩构造方法及其后背结构
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是现有的一种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如图1所示，根据相关理论，分析其存在如下不足：
（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：
步骤一、假设桩中心间距为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，桩直径为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，总桩数为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，群桩受力为水平力设计值
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，扭矩设计值
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤二、根据假设得出每一根桩所分配的水平力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
1）；
其中，水平力设计值N沿X轴方向分量1，即为
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
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：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
2）；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为第i根桩所受水平力，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为第i根桩中心到形心o点的距离；
且：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
3）；
步骤四、再将
Figure 134396DEST_PATH_IMAGE010
分解为沿着X方向
Figure DEST_PATH_IMAGE013
和Y方向
Figure DEST_PATH_IMAGE014
的两个分力，则：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
6）；
步骤五、将所有力合并，可求得一根单桩所受水平推力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
7）；
步骤六、求得每一个单桩所受的水平推力，取每一个
Figure 193748DEST_PATH_IMAGE011
相等的单桩的最大值作为设计桩的设计水平推力，即表达式7）式取﹢号；
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2）和表达式3）得出表达式4）和表达式5）：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
4）；
Figure DEST_PATH_IMAGE018
5）；
其中，
Figure 911168DEST_PATH_IMAGE010
方向与单桩圆心到群桩形心o的连线垂直，与X轴夹角为α。
上述步骤五中
Figure 837536DEST_PATH_IMAGE013
的方向会与
Figure 510963DEST_PATH_IMAGE008
的方向有正负之别。
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a和b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3连接，与滑板3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。
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
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，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是现有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：
步骤一、假设桩中心间距为
Figure 504064DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 443202DEST_PATH_IMAGE002
，桩直径为
Figure 173260DEST_PATH_IMAGE003
，总桩数为
Figure 107718DEST_PATH_IMAGE004
，群桩受力为水平力设计值
Figure 694557DEST_PATH_IMAGE005
，扭矩设计值
Figure 901417DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤二、根据假设得出每一根桩所分配的水平力为：
Figure 310532DEST_PATH_IMAGE007
1）；
其中，水平力设计值N沿X轴方向分量1，即为
Figure 365076DEST_PATH_IMAGE008
；
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：
Figure 716292DEST_PATH_IMAGE009
2）；
其中，
Figure 223496DEST_PATH_IMAGE010
为第i根桩所受水平力，
Figure 905145DEST_PATH_IMAGE011
为第i根桩中心到形心o点的距离；
且：
Figure 814195DEST_PATH_IMAGE012
3）；
由表达式2）和表达式3）得出表达式4）和表达式5）：
Figure 811013DEST_PATH_IMAGE017
4）；
Figure 805514DEST_PATH_IMAGE018
5）；
步骤四、再将
Figure 87590DEST_PATH_IMAGE010
分解为沿着X方向
Figure 241360DEST_PATH_IMAGE013
和Y方向
Figure 544165DEST_PATH_IMAGE014
的两个分力，则：
Figure 166908DEST_PATH_IMAGE015
6）；
步骤五、将所有力合并，可求得一根单桩所受水平推力为：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
7）；
Figure 236364DEST_PATH_IMAGE013
的方向会与
Figure 854427DEST_PATH_IMAGE008
的方向有正负之别。
步骤六、求得每一个单桩所受的水平推力，取每一个
Figure 203500DEST_PATH_IMAGE011
相等的单桩的最大值作为设计桩的设计水平推力，即表达式7）式取﹢号。
步骤七、求出每根单桩所受水平推力，根据《建筑基桩检测技术规范》JGJ 94-2008第5.7条进行配筋计算，其中桩顶竖向力取值为：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
。
采用本实施例的方案，所构造的大扭力的临时群桩详见图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：
步骤一、假设桩中心间距为
Figure 958441DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 428736DEST_PATH_IMAGE002
，桩直径为
Figure 893216DEST_PATH_IMAGE003
，总桩数为
Figure 30936DEST_PATH_IMAGE004
，群桩受力为水平力设计值
Figure 227562DEST_PATH_IMAGE005
，扭矩设计值
Figure 700001DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤二、根据假设得出每一根桩所分配的水平力为：
Figure 702592DEST_PATH_IMAGE007
1）；
其中，水平力设计值N沿X轴方向分量1，即为
Figure 694818DEST_PATH_IMAGE008
；
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：
Figure 327925DEST_PATH_IMAGE009
2）；
其中，
Figure 835130DEST_PATH_IMAGE010
为第i根桩所受水平力，
Figure 579095DEST_PATH_IMAGE011
为第i根桩中心到形心o点的距离；
且：
Figure 675096DEST_PATH_IMAGE012
3）；
步骤四、再将
Figure 275841DEST_PATH_IMAGE010
分解为沿着X方向
Figure 473605DEST_PATH_IMAGE013
和Y方向
Figure 755681DEST_PATH_IMAGE014
的两个分力，则：
Figure 722500DEST_PATH_IMAGE015
6）；
步骤五、将所有力合并，可求得一根单桩所受水平推力为：
Figure 759726DEST_PATH_IMAGE016
7）；
步骤六、求得每一个单桩所受的水平推力，取每一个
Figure 428474DEST_PATH_IMAGE011
相等的单桩的最大值作为设计桩的设计水平推力，即表达式7）式取﹢号；
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。
2.根据权利要求1所述的大扭力的临时群桩构造方法，其特征在于：所述步骤三的具体步骤是：
由表达式2）和表达式3）得出表达式4）和表达式5）：
Figure 514242DEST_PATH_IMAGE017
4）；
Figure 132305DEST_PATH_IMAGE018
5）；
其中，
Figure 543695DEST_PATH_IMAGE010
方向与单桩圆心到群桩形心o的连线垂直，与X轴夹角为α。
3.根据权利要求2所述的大扭力的临时群桩构造方法，其特征在于：所述步骤五中
Figure 184892DEST_PATH_IMAGE013
的方向会与
Figure 323618DEST_PATH_IMAGE008
的方向有正负之别。
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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Pledgor: Hunan Lianzhi Technology Co.,Ltd.

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