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[摘 要] 简述悬壁灌注桩在深基坑支护中的适用条件、工作原理，以及悬壁灌注桩桩深、最大弯矩、截面配筋计算等。并根据工程应用实例进行深基坑边坡支护计算。
[关键词] 悬壁 灌注桩 深基坑 支护
The application of cantilever filling pile in deep foundation pit
ZOU Peng
(Guangxi Electric Power Industry Inverstigation Design and Research Institude,Nanning 530023,China)
Abstract:On cantilever piles in deep foundation pit of the applicable conditions, working principle, as well as the cantilever pile deep, the greatest moment, reinforced cross-section calculation. And in accordance with engineering application examples of deep foundation pit slope calculation.
Key words:Cantilever arm；Filling pile；Deep foundation pit；Support
1、工程概况
在高层建筑深基坑、地下室的施工中，由于受城市用地紧张，场地狭窄，周围建筑物、道路密集，地下布置的管网较多的影响，为了防止邻近建筑物出现裂缝、倾斜(或将交通和水、电、气等管线切断)，保证正常使用和安全，深基坑土方不宜采用放坡开挖；同样，在工业建筑中(特别是扩建或改建工程)进行设备基础深基坑开挖时，由于施工场地受原有建筑物及地下管线的限制，深基坑土方不具备放坡开挖的条件，为了保证边坡的安全，常采用悬壁灌注桩对深基坑进行支护。
2、悬壁灌注桩工作原理
在基坑底面固定的桩可视为刚性悬臂的静定结构计算。在基坑底面以下为弹性嵌固的桩，悬壁灌注桩地下固定结构简图如(图1)所示：
图1 悬壁灌注桩弹性嵌固计算简图
桩顶无拉杆，为自由端，桩底为弹性嵌固，桩在主动土压力推动作用下，将围绕桩底部反转点D转动，与此同时，在桩脚将产生一种向右转动的力，使桩保持垂直位置，这种阻止转动的力，一是基坑底面至转动点(从M点到D点)向右的被动土压力，一是从转动点至桩底端(从D点到B点)向左的被动土压力，它的大小等于被动土压力与主动土压力之差，即Ep-Ea。
根据布氏(H?Blum)研究认为，上述力系可以进行简化，经简化的布氏代替图如(图2)所示：
图2 布氏替代图
3、悬壁灌注桩计算方法
3.1桩深计算
根据布氏(H·Blum)假定理论，悬壁灌注桩的弯矩计算简图可以简化为(图2)所示：
图2 弹性嵌固悬壁灌注桩荷载与弯矩计算简图
3.3悬壁灌注桩截面配筋计算
圆形截面悬壁灌注桩配筋常用方法有两种，一种是纵向钢筋沿桩周边均匀布置，一种是将钢筋集中布置在受拉区。纵向钢筋沿桩周边均匀布置配筋计算方法如下：
按钢筋混凝土正截面受弯构件计算配筋，对于沿桩周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件，如图4所示：
式中M—标准荷载下的弯矩；
fc—混凝土抗压强度设计值；
r—圆形截面的半径；
A—挡土灌注桩截面面积；
fy—钢筋抗拉强度设计值；
As—全部纵向钢筋截面积；
rs—纵向钢筋所在圆周的半径；
α—受压区混凝土截面面积的圆心角(rad)与2π的比值。
αt—纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，当α＞0.625时，取αt=0。
当采用上述公式计算时，可以根据计算求得桩承受的弯矩值和假定的截面，代入1(式)求出α值，然后将α值代入2(式),即可求得桩需配置的钢筋面积；也可以先假定桩截面和配筋，代入2(式)求出α值，然后将α值代入1(式),即可计算构件能够承受的弯矩值，以验算桩截面和配筋是否满足要求。
4、工程应用实例
4.1工程概况
4.2悬臂挡土灌注悬壁灌注桩计算
4.2.1桩深计算
根据柱基的相关荷载资料分析，将与基坑邻近的原厂房柱基作用，简化成作用在柱基建基面上 =112kN/m2的均布荷载。计算时悬壁灌注桩的挡土高度相应减少1.5m，按5.3m计算，桩径1000mm，桩中心距1.0m，悬壁灌注桩计算简图如图5所示：
根据以上计算结果选用27Φ25，实配钢筋面积As=13254.3mm2＞13072mm2，满足要求。
4.3悬壁灌注桩应用效果
为了使深基坑周围的建筑物及地基不受基坑开挖影响，由基坑开挖引起的不均匀沉降、侧移不应超过《建筑地基基础设计规范》中的相关规定。工程基坑边坡支护完成后，经过对原柱基的变形观测后发现，原柱基的沉降和侧向位移均满足规程要求，悬壁灌注桩保证了原厂房柱基的正常工作，有效的保护了边坡的安全。
5、结语
混凝土悬壁灌注桩具有刚度大，变形小，施工方便等特点，在深基坑边坡支护中，对要求占地面积少、变形小、对周围建筑物影响小的工程，一般可以采用上述方法计算。悬壁灌注桩是属于有弯矩作用的圆形截面构件，钢筋中的拉应力不均衡，布置在中和轴的较近的钢筋，抵抗弯矩的作用很小，一般得，钢筋集中布置在中和轴较远的位置比沿圆周均匀布置钢筋用量要省，但施工起来相对复杂一些，在应用时可以权衡选择。■
参 考 文 献
[1]江正荣.建筑施工计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2002，165-167。
[2]GB 50010-2002，混凝土结构设计规范[S].
[3]JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程[S].
[关键词] 悬壁 灌注桩 深基坑 支护
The application of cantilever filling pile in deep foundation pit
ZOU Peng
(Guangxi Electric Power Industry Inverstigation Design and Research Institude,Nanning 530023,China)
Abstract:On cantilever piles in deep foundation pit of the applicable conditions, working principle, as well as the cantilever pile deep, the greatest moment, reinforced cross-section calculation. And in accordance with engineering application examples of deep foundation pit slope calculation.
Key words:Cantilever arm；Filling pile；Deep foundation pit；Support
1、工程概况
在高层建筑深基坑、地下室的施工中，由于受城市用地紧张，场地狭窄，周围建筑物、道路密集，地下布置的管网较多的影响，为了防止邻近建筑物出现裂缝、倾斜(或将交通和水、电、气等管线切断)，保证正常使用和安全，深基坑土方不宜采用放坡开挖；同样，在工业建筑中(特别是扩建或改建工程)进行设备基础深基坑开挖时，由于施工场地受原有建筑物及地下管线的限制，深基坑土方不具备放坡开挖的条件，为了保证边坡的安全，常采用悬壁灌注桩对深基坑进行支护。
2、悬壁灌注桩工作原理
在基坑底面固定的桩可视为刚性悬臂的静定结构计算。在基坑底面以下为弹性嵌固的桩，悬壁灌注桩地下固定结构简图如(图1)所示：
图1 悬壁灌注桩弹性嵌固计算简图
桩顶无拉杆，为自由端，桩底为弹性嵌固，桩在主动土压力推动作用下，将围绕桩底部反转点D转动，与此同时，在桩脚将产生一种向右转动的力，使桩保持垂直位置，这种阻止转动的力，一是基坑底面至转动点(从M点到D点)向右的被动土压力，一是从转动点至桩底端(从D点到B点)向左的被动土压力，它的大小等于被动土压力与主动土压力之差，即Ep-Ea。
根据布氏(H?Blum)研究认为，上述力系可以进行简化，经简化的布氏代替图如(图2)所示：
图2 布氏替代图
3、悬壁灌注桩计算方法
3.1桩深计算
根据布氏(H·Blum)假定理论，悬壁灌注桩的弯矩计算简图可以简化为(图2)所示：
图2 弹性嵌固悬壁灌注桩荷载与弯矩计算简图
3.3悬壁灌注桩截面配筋计算
圆形截面悬壁灌注桩配筋常用方法有两种，一种是纵向钢筋沿桩周边均匀布置，一种是将钢筋集中布置在受拉区。纵向钢筋沿桩周边均匀布置配筋计算方法如下：
按钢筋混凝土正截面受弯构件计算配筋，对于沿桩周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件，如图4所示：
式中M—标准荷载下的弯矩；
fc—混凝土抗压强度设计值；
r—圆形截面的半径；
A—挡土灌注桩截面面积；
fy—钢筋抗拉强度设计值；
As—全部纵向钢筋截面积；
rs—纵向钢筋所在圆周的半径；
α—受压区混凝土截面面积的圆心角(rad)与2π的比值。
αt—纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，当α＞0.625时，取αt=0。
当采用上述公式计算时，可以根据计算求得桩承受的弯矩值和假定的截面，代入1(式)求出α值，然后将α值代入2(式),即可求得桩需配置的钢筋面积；也可以先假定桩截面和配筋，代入2(式)求出α值，然后将α值代入1(式),即可计算构件能够承受的弯矩值，以验算桩截面和配筋是否满足要求。
4、工程应用实例
4.1工程概况
4.2悬臂挡土灌注悬壁灌注桩计算
4.2.1桩深计算
根据柱基的相关荷载资料分析，将与基坑邻近的原厂房柱基作用，简化成作用在柱基建基面上 =112kN/m2的均布荷载。计算时悬壁灌注桩的挡土高度相应减少1.5m，按5.3m计算，桩径1000mm，桩中心距1.0m，悬壁灌注桩计算简图如图5所示：
根据以上计算结果选用27Φ25，实配钢筋面积As=13254.3mm2＞13072mm2，满足要求。
4.3悬壁灌注桩应用效果
为了使深基坑周围的建筑物及地基不受基坑开挖影响，由基坑开挖引起的不均匀沉降、侧移不应超过《建筑地基基础设计规范》中的相关规定。工程基坑边坡支护完成后，经过对原柱基的变形观测后发现，原柱基的沉降和侧向位移均满足规程要求，悬壁灌注桩保证了原厂房柱基的正常工作，有效的保护了边坡的安全。
5、结语
混凝土悬壁灌注桩具有刚度大，变形小，施工方便等特点，在深基坑边坡支护中，对要求占地面积少、变形小、对周围建筑物影响小的工程，一般可以采用上述方法计算。悬壁灌注桩是属于有弯矩作用的圆形截面构件，钢筋中的拉应力不均衡，布置在中和轴的较近的钢筋，抵抗弯矩的作用很小，一般得，钢筋集中布置在中和轴较远的位置比沿圆周均匀布置钢筋用量要省，但施工起来相对复杂一些，在应用时可以权衡选择。■
参 考 文 献
[1]江正荣.建筑施工计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2002，165-167。
[2]GB 50010-2002，混凝土结构设计规范[S].
[3]JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程[S].