多支點排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　1 前 言</b></p><p>　　基坑工程是一個古老而又具有時代特點的巖土工程課題,特別是20世紀(jì)以來,國內(nèi)外修建了大量的高層建筑、地下工程,并且隨著社會技術(shù)進(jìn)步和對環(huán)境條件的提高,對基坑工程設(shè)計和施工提出了更高的要求。隨著我國高層建筑的高速發(fā)展和舊城區(qū)改造工程的推進(jìn)，出現(xiàn)了許多在鬧市區(qū)開挖基坑的問題，由于環(huán)境條件的限制，不僅要保證基坑內(nèi)的正常作業(yè)

2、的安全，而且要保證周邊邊坡的穩(wěn)定，滿足強(qiáng)度和控制變形的要求，以確?；又車慕ㄖ?，地下管線，電纜及道路和施工人員的安全，對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)提出了更高更嚴(yán)的要求。懸臂式結(jié)構(gòu)和多層支點混合支護(hù)結(jié)構(gòu)已為大部分深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)所采用。</p><p>　　深基坑開挖中大量的實測資料表明:基坑周邊向基坑內(nèi)發(fā)生的水平位移是中間大、兩邊小，深基坑邊坡失穩(wěn)常常以長邊的居中位置發(fā)生，這說明深基坑開挖是一個空間問題。傳統(tǒng)的深基

3、坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計是按平面應(yīng)變問題處理的，對一些細(xì)長條基坑來講,這種平面應(yīng)變假設(shè)比較符合實際,而對近似方形或長方形深基坑則差別比較大。所以，研究空間效應(yīng)對基坑變形的影響是相當(dāng)有必要的。</p><p>　　深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算是一個古老的傳統(tǒng)課題，同時又是一個綜合性的巖土工程難題，它即涉及了土力學(xué)中典型的強(qiáng)度與穩(wěn)定問題，又包含變形問題，同時還涉及到土與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用問題。對這些問題的認(rèn)識及其對策的研究，是隨著

4、土力學(xué)理論，分析技術(shù)，測試儀器以及施工機(jī)械，施工技術(shù)的進(jìn)步和逐步完善的。與支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算密切相關(guān)的是作用在結(jié)構(gòu)上荷載計算與一般上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算所采用的靜、動荷載不盡相同。深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的靜荷載是指作用在結(jié)構(gòu)上的壓力，動荷載并非直接作用在結(jié)構(gòu)上而是通過土體傳遞到結(jié)構(gòu)上。因此，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算區(qū)別于上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算的特點主要在于動、靜荷載的計算。</p><p>　　深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用荷載——土壓力的計算是

5、個十分復(fù)雜的課題。傳統(tǒng)的朗肯庫侖土壓力理論適用于先筑墻后添土的擋墻結(jié)構(gòu)，而深基坑開挖的過程一般是先在地基內(nèi)施工樁和墻，然后在內(nèi)側(cè)挖土；朗肯庫侖理論適用于較長的擋土墻，屬于平面問題，而深基坑一般為矩形平面，具有一定的空間影響。基于上述問題，深基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)土壓力計算問題對經(jīng)典的土壓力理論提出了挑戰(zhàn)。此前，大量的淺挖工程和無需支護(hù)的實踐，使人們已經(jīng)習(xí)慣于一種常規(guī)的“加載”的土力學(xué)方法。土中應(yīng)力與變形均無需做符合開挖邊界的調(diào)整，而深基坑開挖

6、與支護(hù)的應(yīng)力、變形、強(qiáng)度、變形性質(zhì)及其變化等需要進(jìn)行深入研究。我國深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)研究起步較晚，在結(jié)構(gòu)和土共同作用問題上的研究甚少，目前，工程設(shè)計中還是以庫侖朗肯土壓力理論為基礎(chǔ)計算深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工所需的參數(shù)?；又ёo(hù)的內(nèi)力計算往往借助于各種手冊，通過查表獲得。但這樣比較麻煩，本文利用Visual Basic 6.0編制程序，編制了多層支點支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力程序，為工程設(shè)計提供方便。</p><p>　　2 計

7、算多支點支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的等值梁法</p><p>　　2.1 彎矩零點位置確定</p><p>　　等值梁法關(guān)鍵確定支護(hù)結(jié)構(gòu)上在坑底下彎矩為零位置。常用的確定方法有：</p><p>　?。?）彎矩零點位置為坑底下土壓力零點位置；</p><p>　?。?）彎矩零點位置為坑底開挖面與板樁的交接處；</p><p>　　（

8、3）太沙基經(jīng)驗公式，根據(jù)太沙基給出的反彎矩點距開挖面的深度y與土體的內(nèi)摩擦角的近似關(guān)系。適用于無粘性土、地表無超載、墻后無較高的地下水位時的情況。</p><p>　　表2-1 y與土體的內(nèi)摩擦角的近似關(guān)系</p><p>　　（4）根據(jù)土層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗資料確定，根據(jù)土層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗給出的反彎矩點距開挖面的深度y與標(biāo)貫擊數(shù)N的近似關(guān)系。</p><p>　　表2-

9、2 y與標(biāo)貫擊數(shù)N的關(guān)系</p><p>　　2.2 計算多支點支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的等值梁法</p><p>　　等值梁法是一種簡化的分析法。樁入坑底土內(nèi)有彈性嵌固(鉸結(jié))與固定兩種，現(xiàn)按前述第三種情況，即可當(dāng)作—端彈性嵌固另一端簡支的梁來研究。擋墻兩側(cè)作用著分布荷載，即主動土壓力與被功土壓力，如圖2-1a所示。在計算過程中所要求出的仍是樁的入土深度、支撐反力及跨中最大彎矩。</p&g

10、t;<p>　　單支撐擋墻下端為彈性嵌固時，其彎矩圖如圖2-1c所示，若在得出此彎矩圖前已知彎矩零點位置，并于彎矩零點處將梁(即樁)斷開以簡支計算，則不難看出所得該段的彎矩圖將同整梁計算時一樣，此斷梁段即稱為整梁該段的等值梁。對于下端為彈性支撐的單支撐擋墻其凈土壓力零點位置與彎矩零點位置很接近，因此可在壓力零點處將板樁劃開作為兩個相聯(lián)的簡支梁來計，這種簡化計算法就稱為等值梁法</p><p>　　圖

11、2-1 等值梁計算簡圖</p><p>　　2.2.1 第一層支撐驗算</p><p>　　(1) 根據(jù)基坑深度、勘察資料等，如圖2-2，計算主動土壓力與被動土壓力，求出土壓力零點B的位置，計算B點至坑底的距離u值；</p><p>　　圖2-2 開挖一層等值梁計算簡圖</p><p>　　(2) 由等值梁AB根據(jù)平衡方程計算支撐反力及B

12、點剪力</p><p>　　（3）由等值梁BG求算板樁的入土深度，取，則</p><p><b>　　由上式求得：</b></p><p>　　由上式求得x后，樁的最小入土深度可由下式求得：</p><p>　　如樁端為一般的土質(zhì)條件，應(yīng)乘系數(shù)1.1～1.2，即</p><p>　?。?）由等值梁

13、求算最大彎矩值：</p><p>　　主動土壓力彎矩最大值:</p><p>　　被動土壓力彎矩最大值:</p><p>　　比較兩個值得到最大彎矩。</p><p>　　2.2.2 第二層支撐驗算</p><p><b>　　支撐反力與剪力：</b></p><p>　　

14、主動土壓力的最大彎矩：</p><p>　　圖2-3 開挖二層等值梁計算簡圖</p><p>　　被動土壓力的最大彎矩：</p><p>　　2.2.3 第三層支撐驗算</p><p><b>　　支撐反力與剪力：</b></p><p>　　主動土壓力的最大彎矩：</p><

15、;p>　　圖2-4 開挖三層等值梁計算簡圖</p><p>　　被動土壓力的最大彎矩：</p><p>　　2.2.4 第四層支撐驗算</p><p><b>　　支撐反力與剪力：</b></p><p>　　主動土壓力的最大彎矩：</p><p>　　圖2-5 開挖四層等值梁計算簡圖&

16、lt;/p><p>　　被動土壓力的最大彎矩：</p><p>　　2.2.5 第五層支撐驗算</p><p><b>　　支撐反力與剪力：</b></p><p>　　圖2-6 開挖五層等值梁計算簡圖</p><p>　　主動土壓力的最大彎矩：</p><p>　　被動土壓

17、力的最大彎矩：</p><p>　　3　多支點排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算程序設(shè)計</p><p>　　根據(jù)2.1中給出多支點深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算方法，并參考《深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)實用內(nèi)力計算手冊》，采用Visual Basic 6.0 編制可視化的使用計算程序。該計算程序界面友好，操作靈活，便于用戶修改，避免了大量圖表的查取，為工程設(shè)計人員提供了設(shè)計依據(jù)。</p><p>　

18、　3.1 程序界面的設(shè)計</p><p>　　用戶界面是應(yīng)用程序中最重要的部分。對用戶而言，界面就是應(yīng)用程序，他們感覺不到幕后正在執(zhí)行的代碼。不論花多少時間和精力來編制和優(yōu)化代碼，應(yīng)用程序的可用性仍然依賴于界面。</p><p>　　根據(jù)單支點深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計基本資料，設(shè)計程序界面。程序界面如圖3.1所示。界面土層厚度、重度、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角和支點位置采用列表輸入，坑底以上土層數(shù)、基坑開

19、挖深度、支點數(shù)和坑上荷載采用文本框形式。界面上的按鈕包括開始新的工程、打開工程文檔、將工程導(dǎo)出文檔和退出工程。計算按鈕為開始計算。計算結(jié)果以列表形式和文檔形式保存。便于用戶進(jìn)行查詢及計算方案的比較。</p><p>　　圖　3.1 程序界面</p><p>　　3.2 程序代碼設(shè)計</p><p>　　創(chuàng)建應(yīng)用程序過程當(dāng)中，很多人只注重界面的設(shè)計，而忽視了代碼的結(jié)構(gòu)

20、設(shè)計。其實，程序編寫代碼的機(jī)制是很重要的，程序代碼的構(gòu)造方法不同，將造成程序的性能及代碼的可維護(hù)性，可使用性的不同。</p><p>　　簡單應(yīng)用程序只有一個窗體，應(yīng)用程序的代碼都駐留在窗體模塊中。然而現(xiàn)在要編寫的程序是復(fù)雜的，它含有多個窗體。這幾個窗體中要執(zhí)行的公共代碼,如定義公共變量，公用子程序等等，應(yīng)該放在一個獨立的標(biāo)準(zhǔn)模塊里。</p><p>　　每個標(biāo)準(zhǔn)模塊、標(biāo)準(zhǔn)模塊、窗體模塊都

21、可以包含一下元素：聲明，如對常數(shù)、類型、變量的聲明；過程，如Event過程、Sub過程或Function過程，以及Property過程都可以作為單元來執(zhí)行的代碼片段。</p><p>　　在編寫代碼時，程序中添加了適量的注釋語句，利于以后檢查程序源代碼，便于程序的修改，提高程序的可讀性。</p><p>　　3.3 程序調(diào)試及錯誤處理</p><p>　　在此程序的

22、調(diào)試過程中，遇到的錯誤大體可以歸納分為以下三類：編譯錯誤，運行時錯誤和邏輯錯誤。</p><p>　　從軟件工程的角度嚴(yán)格地說，程序是不可能沒有錯誤的，因此，盡量發(fā)現(xiàn)錯誤和一旦出現(xiàn)錯誤時能夠進(jìn)行妥善處理，是程序設(shè)計人員所必須掌握的技術(shù)。</p><p>　　為了處理因某些可能發(fā)生的事情在代碼運行中引起運行錯誤，需要將錯誤處理代碼添加到過程中。有時，錯誤也可能出現(xiàn)在代碼內(nèi)部，我們通常稱這類錯

23、誤為缺陷（bug）。</p><p>　　為了避免這種情況，在Visual Basic中可用錯誤處理功能截?fù)翦e誤并執(zhí)行正確操作（截?fù)翦e誤亦稱作捕獲錯誤）。當(dāng)錯誤發(fā)生時，Visual Basic將設(shè)置錯誤對象Err的各種屬性，如錯誤號、描述等。這樣，在錯誤處理例程中就能使用Err對象及其屬性，以便應(yīng)用程序能夠智能化地對錯誤狀況做出相應(yīng)。</p><p><b>　　4　工程實例&

24、lt;/b></p><p>　　北京京城大廈，超高層建筑，地上52層，地下4層，地面以上高183.53m，箱形基礎(chǔ)，埋深23.76m（按23.5m計算），采用進(jìn)口27m長的H型鋼樁（488mm×300mm）擋墻土，錘擊打入，間距1.1m。三層錨桿拉結(jié)。地質(zhì)資料如圖8-15所示。</p><p>　　各層土平均重度γ＝19 KN/m3，土的內(nèi)摩擦角平均為300,粘聚力c=1

25、0kPa，23m以下為卵石，貫入度大于100,φ=350~430,潛水位于的圓礫石中，深10m內(nèi)有上層滯水。地面荷載按10kN/m2計。</p><p>　　圖4-1 北京京城大廈地質(zhì)剖面及錨桿示意圖</p><p>　　使用程序得到以下結(jié)果：</p><p>　　在基坑開挖深度處輸入5.5m</p><p>　　1.彎矩零點位置為坑底下土壓

26、力零點位置</p><p>　　表1彎矩零點位置為坑底下土壓力零點位置的計算結(jié)果</p><p>　　2.彎矩零點位置為坑底開挖面與板樁的交接處</p><p>　　表2彎矩零點位置為坑底開挖面與板樁的交接處的計算結(jié)果</p><p><b>　　3.太沙基公式</b></p><p>　　表3采

27、用太沙基公式計算彎矩零點位置的計算結(jié)果</p><p>　　4.土層標(biāo)貫試驗資料確定</p><p>　　表4利用土層標(biāo)貫試驗資料確定彎矩零點位置的計算結(jié)果</p><p>　　比較結(jié)果：假定彎矩零點位置為坑底下土壓力零點位置時的結(jié)果與使用太沙基公式計算得到的結(jié)果相近，第一道支撐土壓力零點位置相差0.2m，最大彎矩位置相同，最大彎矩相差44KN·m；第二道

28、支撐土壓力零點位置相差0.3m，最大彎矩位置相同，最大彎矩相差134 KN·m；第三道支撐土壓力零點位置相差0.3m，最大彎矩位置相差0.1m，最大彎矩相差155 KN·m，工程上可以簡化運算過程，用太沙基公式來估測、檢驗計算結(jié)果。</p><p><b>　　5　結(jié)束語</b></p><p>　　本文通過對支點深基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算進(jìn)行了分

29、析，采用等值梁法編制了單支點支護(hù)結(jié)構(gòu)的計算程序，并通過工程實例驗證了程序的可靠性。程序界面簡單，可視性高，計算結(jié)果精確，避免了手算的誤差和麻煩。</p><p>　　程序中根據(jù)假定不同的彎矩零點位置、不同的開挖層支撐驗算計算，得到每種方法不同層的土壓力零點位置、總主動土壓力、支撐反力、最小板樁入土深度、最大彎矩位置以及最大彎矩，計算方便。</p><p>　　工程通常假定彎矩零點位置為坑底

30、下土壓力零點位置，這樣計算較復(fù)雜，但是可以同時使用太沙基公式進(jìn)行估測、檢驗，使結(jié)果更加精確，計算更加簡潔。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 丁繼輝 等 編著, 基礎(chǔ)工程及實用程序設(shè)計[M]， 北京: 中國水利水電出版社 知識產(chǎn)權(quán)出版社. 2005.6。</p><p>　　[2] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

31、, 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-2002）[S]，北京: 中國建筑工業(yè)出版社。</p><p>　　[3] 袁聚云，李鏡培，陳光敬編著，土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南，巖土工程分冊[M]，中國水利出版社，1999，4。</p><p>　　[4] 趙志縉, 趙　帆.，高層建筑施工[M] ， 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 1996。</p><p>　　[5] 趙錫宏

32、等編著，高層建筑深基坑圍護(hù)工程實踐與分析，上海:同濟(jì)大學(xué)出版社, 1996。</p><p>　　[6] 劉建航，侯學(xué)洲編，基坑工程手冊北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997。</p><p>　　[7] Can.Geot.J.35:532-540(1998)Analysis of the corner effect on excavationbehaviors，陳曉平校.</p>

33、<p>　　[8] Qu. C. Y, Chiou. D. C, Wu.. T. C journal ofgeotechnical engineering Threedimensional finit el- emnt method analysis of deep excavations 1996</p><p>　　[9] K.M.LEE,R.K.ROWE, An analysis for th

34、ree-dimensional ground movements:the Thunder Bay tunnel. Canada Geotech. 1991.J.28:25~41</p><p>　　[10] 王旭東、黃力平，基坑開挖中水泥土擋墻的變形分析，南京建筑工程學(xué)院學(xué)報，1994 28(10):25一30</p><p><b>　　致 謝</b></

35、p><p>　　首先要感謝我的導(dǎo)師**,老師知識淵博,治學(xué)認(rèn)真而嚴(yán)謹(jǐn),感謝您從本文研究開始一路指導(dǎo)至本論文的完成,從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,這篇論文才得以完成，由衷感謝您在論文上傾注的大量心血。</p><p>　　感謝授課老師課上對我們的教導(dǎo),你們豐富的授課內(nèi)容拓寬了我的視野,讓我能更順利的完成這篇文章；感謝**等同學(xué)們,你們不僅讓我感受到友情