多支點(diǎn)排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 前 言</b></p><p>　　基坑工程是一個(gè)古老而又具有時(shí)代特點(diǎn)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(huì)技術(shù)進(jìn)步和對(duì)環(huán)境條件的提高,對(duì)基坑工程設(shè)計(jì)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，以確保基坑周圍的建筑物，地下管線，電纜及道路和施工人員的安全，對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(diǎn)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(shí)測(cè)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(gè)空間問題。傳統(tǒng)的深基

3、坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是按平面應(yīng)變問題處理的，對(duì)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(shí)際,而對(duì)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(duì)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(jì)算是一個(gè)古老的傳統(tǒng)課題，同時(shí)又是一個(gè)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(shí)還涉及到土與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用問題。對(duì)這些問題的認(rèn)識(shí)及其對(duì)策的研究，是隨著

4、土力學(xué)理論，分析技術(shù)，測(cè)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(jì)算密切相關(guān)的是作用在結(jié)構(gòu)上荷載計(jì)算與一般上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算所采用的靜、動(dòng)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(dòng)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(jì)算區(qū)別于上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算的特點(diǎn)主要在于動(dòng)、靜荷載的計(jì)算。</p><p>　　深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用荷載——土壓力的計(jì)算是

5、個(gè)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?；谏鲜鰡栴}，深基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)土壓力計(jì)算問題對(duì)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(shí)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(jì)中還是以庫侖朗肯土壓力理論為基礎(chǔ)計(jì)算深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工所需的參數(shù)?；又ёo(hù)的內(nèi)力計(jì)算往往借助于各種手冊(cè)，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(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力程序，為工程設(shè)計(jì)提供方便。</p><p>　　2 計(jì)

7、算多支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的等值梁法</p><p>　　2.1 彎矩零點(diǎn)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>　　（1）彎矩零點(diǎn)位置為坑底下土壓力零點(diǎn)位置；</p><p>　?。?）彎矩零點(diǎn)位置為坑底開挖面與板樁的交接處；</p><p>　?。?/p>

8、3）太沙基經(jīng)驗(yàn)公式，根據(jù)太沙基給出的反彎矩點(diǎn)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(shí)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(yàn)資料確定，根據(jù)土層標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)給出的反彎矩點(diǎn)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(jì)算多支點(diǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)支的梁來研究。擋墻兩側(cè)作用著分布荷載，即主動(dòng)土壓力與被功土壓力，如圖2-1a所示。在計(jì)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(shí)，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(diǎn)位置，并于彎矩零點(diǎn)處將梁(即樁)斷開以簡(jiǎn)支計(jì)算，則不難看出所得該段的彎矩圖將同整梁計(jì)算時(shí)一樣，此斷梁段即稱為整梁該段的等值梁。對(duì)于下端為彈性支撐的單支撐擋墻其凈土壓力零點(diǎn)位置與彎矩零點(diǎn)位置很接近，因此可在壓力零點(diǎn)處將板樁劃開作為兩個(gè)相聯(lián)的簡(jiǎn)支梁來計(jì)，這種簡(jiǎn)化計(jì)算法就稱為等值梁法</p><p>　　圖

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

12、點(diǎn)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>　　（4）由等值梁

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

14、主動(dòng)土壓力的最大彎矩：</p><p>　　圖2-3 開挖二層等值梁計(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　被動(dòng)土壓力的最大彎矩：</p><p>　　2.2.3 第三層支撐驗(yàn)算</p><p><b>　　支撐反力與剪力：</b></p><p>　　主動(dòng)土壓力的最大彎矩：</p><

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

16、lt;/p><p>　　被動(dòng)土壓力的最大彎矩：</p><p>　　2.2.5 第五層支撐驗(yàn)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(jì)算簡(jiǎn)圖</p><p>　　主動(dòng)土壓力的最大彎矩：</p><p>　　被動(dòng)土壓

17、力的最大彎矩：</p><p>　　3　多支點(diǎn)排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算程序設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)2.1中給出多支點(diǎn)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算方法，并參考《深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)用內(nèi)力計(jì)算手冊(cè)》，采用Visual Basic 6.0 編制可視化的使用計(jì)算程序。該計(jì)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(jì)人員提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。</p><p>　

18、　3.1 程序界面的設(shè)計(jì)</p><p>　　用戶界面是應(yīng)用程序中最重要的部分。對(duì)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(shí)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(diǎn)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本資料，設(shè)計(jì)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(diǎn)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(diǎn)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(jì)算按鈕為開始計(jì)算。計(jì)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(jì)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(jì)</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(jì)，而忽視了代碼的結(jié)構(gòu)

20、設(shè)計(jì)。其實(shí)，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(jiǎn)單應(yīng)用程序只有一個(gè)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(gè)窗體。這幾個(gè)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(gè)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)模塊里。</p><p>　　每個(gè)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(duì)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(shí)，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(cuò)誤處理</p><p>　　在此程序的

22、調(diào)試過程中，遇到的錯(cuò)誤大體可以歸納分為以下三類：編譯錯(cuò)誤，運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)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(cuò)誤的，因此，盡量發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤和一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)能夠進(jìn)行妥善處理，是程序設(shè)計(jì)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(yùn)行中引起運(yùn)行錯(cuò)誤，需要將錯(cuò)誤處理代碼添加到過程中。有時(shí)，錯(cuò)誤也可能出現(xiàn)在代碼內(nèi)部，我們通常稱這類錯(cuò)

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

26、力零點(diǎn)位置</p><p>　　表1彎矩零點(diǎn)位置為坑底下土壓力零點(diǎn)位置的計(jì)算結(jié)果</p><p>　　2.彎矩零點(diǎn)位置為坑底開挖面與板樁的交接處</p><p>　　表2彎矩零點(diǎn)位置為坑底開挖面與板樁的交接處的計(jì)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(jì)算彎矩零點(diǎn)位置的計(jì)算結(jié)果</p><p>　　4.土層標(biāo)貫試驗(yàn)資料確定</p><p>　　表4利用土層標(biāo)貫試驗(yàn)資料確定彎矩零點(diǎn)位置的計(jì)算結(jié)果</p><p>　　比較結(jié)果：假定彎矩零點(diǎn)位置為坑底下土壓力零點(diǎn)位置時(shí)的結(jié)果與使用太沙基公式計(jì)算得到的結(jié)果相近，第一道支撐土壓力零點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(jiǎn)化運(yùn)算過程，用太沙基公式來估測(cè)、檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果。</p><p><b>　　5　結(jié)束語</b></p><p>　　本文通過對(duì)支點(diǎn)深基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算進(jìn)行了分

29、析，采用等值梁法編制了單支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算程序，并通過工程實(shí)例驗(yàn)證了程序的可靠性。程序界面簡(jiǎn)單，可視性高，計(jì)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(diǎn)位置、不同的開挖層支撐驗(yàn)算計(jì)算，得到每種方法不同層的土壓力零點(diǎn)位置、總主動(dòng)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(jì)算方便。</p><p>　　工程通常假定彎矩零點(diǎn)位置為坑底

30、下土壓力零點(diǎn)位置，這樣計(jì)算較復(fù)雜，但是可以同時(shí)使用太沙基公式進(jìn)行估測(cè)、檢驗(yàn)，使結(jié)果更加精確，計(jì)算更加簡(jiǎn)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(shí)用程序設(shè)計(jì)[M]， 北京: 中國水利水電出版社 知識(shí)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)

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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(bào)，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(shí)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(diǎn)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(duì)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