(一)现行湖北省《基坑工程技术规程》(DB 42/T 159—2012)计算公式
图2-17为双排桩抗滑移稳定性计算简图。根据抗滑移稳定性安全系数的定义,双排桩支护结构滑移以支护结构底面为滑移面,湖北省《基坑工程技术规程》(DB 42/T 159—2012)规范提出的抗滑移稳定性安全系数计算公式如下:
图2-17 双排桩抗滑移稳定性计算简图
式中:Khd——抗滑移稳定性安全系数;一、二、三级重要性等级的支护结构,安全系数应分别不小于1.25、1.20、1.15;
Eak、Epk——分别为基坑外侧主动土压力、基坑内侧被动土压力的标准值(k N);
F——支护结构底部土体对双排桩支护结构的摩擦力(k N),F=G tanφ;
Fc——支护结构底部土体对双排桩支护结构的黏聚力(k N),Fc=c(sy+d);
c、φ——分别为排桩底面下土的黏聚力标准值(k Pa)和内摩擦角标准值(°);
G——双排桩、桩顶连梁和桩间土的自重之和(k N);
sy——双排桩排距(m);
d——桩的直径(m)。
(二)抗滑动力、滑动力组成分析
图2-18 滑动力、抗滑动力组成
如图2-18所示,双排桩抗滑移稳定性计算模型将双排桩及桩间土视为一个刚体,支护结构滑移以支护结构底面为滑移面。双排桩支护结构的滑动力主要是由后排桩基坑侧主动水土压力Eak引起;双排桩支护结构的抗滑动力有多种因素,主要有前排桩基坑侧被动水土压力Epk、地下水对支护结构的浮力μm、支护结构底部土体对双排桩支护结构的摩擦力F、支护结构底部土体对双排桩支护结构的黏聚力Fc。
(三)双排桩抗滑移稳定性计算方法讨论
1.摩擦力F
公式(2-71)中F=G tanφ是考虑了支护结构底面土体对双排桩支护结构的摩擦力的影响,规范中φ值取排桩底面下土的内摩擦角。根据分析可知:当考虑更为精确计算时,双排桩支护系统应该分解为支护桩体系及桩间土体系,其中桩间土体系底部为天然土体间相互接触,该部分摩擦系数等于tanφ;支护桩体系底部为支护桩与天然土体接触,该部分摩擦系数为μ。μ值可参考《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330—2013)中表11.2.3取值,如表2-3所示。经计算,该部分对摩擦力F值影响小。因此,支护结构底部土体对双排桩支护结构的摩擦力仍采用F=G tanφ。
表2-3 土体对支护桩底面摩擦系数
2.地下水浮力μm
地下水浮力的取值与基坑内外地下水位、桩底土层类型有关。当桩底位于透水性好的粉土、粉砂或卵石等土层,且部分桩位于地下水位以下,这些土层孔隙中存在自由的重力水,地下水位以下的水土压力采用水土分算原则计算,土的抗剪强度指标宜采用有效应力强度指标,需要考虑地下水浮力的影响。由于地下水渗流计算复杂,用有限元法不适于基坑支护设计计算。地下水对支护结构抗滑移安全系数计算的影响,按净水压力简化计算,不考虑地下水渗流作用,地下水位取基坑内外水位平均值简化计算。当桩底位于透水性差的黏性土、老黏土等地层时,这些土层孔隙中只存在结合水,结合水不传递静水压力,土的抗剪强度指标宜采用总应力强度指标;另外,支护结构插入隔水层,基坑内外地下水不发生渗流,可不考虑地下水浮力对抗滑移稳定性的影响。(www.daowen.com)
3.黏聚力Fc
(1)公式(2-71)中Fc=c(sy+d)是考虑了黏聚力的影响,但实际情况下,桩与土之间是否存在黏聚力值得讨论,黏聚力又叫内聚力,是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力,这种相互吸引力是同种物质分子之间存在分子力的表现,只有在各分子十分接近时(小于10e-6 cm)才显示出来。桩与土已是不同的物质,应该不存在黏聚力,即使存在作用力,应理解为黏附力,该值难以确定。
(2)桩间土不加固,可以认为桩间土范围内存在黏聚力;若桩间土加固,加固土是否与其相接触的土也存在黏聚力同样是需要讨论的问题。注意,桩间土未加固到桩底,存在黏聚力;如果加固到桩底,认为加固时已经破坏了土体之间的分子力,黏聚力应该不存在(可能存在黏附力,其值难以确定),但底部土体对支护桩的摩擦力仍存在。
通过某算例计算分析得到,对于黏聚力Fc,该部分作用力对双排桩抗滑移稳定性影响甚微,故对公式中该项不进行修正,仍然使用c(sy+d)进行计算。
(四)推荐公式
针对湖北省《基坑工程技术规程》(DB 42/T 159—2012)规范,提出抗滑移稳定性安全系数改进公式如下:
式中:B=sy+d;
Eak、Epk——分别为主动水土压力、被动水土压力的标准值(k N/m);
G——双排桩、桩顶连梁和桩间土的自重之和(k N/m);
μm——地下水浮力(k Pa);桩底位于地下水位以上或隔水层中,μm=0;桩底位于含水层中,μm=γw(hw1+hw2)/2;
c、φ——分别为排桩底面下土的黏聚力(k Pa)和内摩擦角(°)标准值;
sy——双排桩排距(m);
d——桩的直径(m)。
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