双排桩-锚杆复合支护结构基本计算理论.doc

双排桩-锚杆复合支护结构基本计算理论 引言 目前，关于双排桩-锚杆复合支护结构体系的计算方法还没有成熟的理论，工程设计时通常参考经典的土压力理论、现有双排桩支护结构计算理论和桩锚支护结构计算方法。双排桩-锚杆复合支护结构体系的作用机理因锚杆作用效果的不同可大致分为两类： （1）锚杆锚入较好的土层，锚杆锚固力作用发挥较为明显时，该结构体系受力及变形特性类似于拉锚式支护结构。 （2）锚杆锚入的土层较差，锚杆锚固力作用发挥有限时，该结构体系主要由双排桩结构承担桩后土压力，而锚杆在体系中主要起改善双排桩结构变形和受力的作用。 可见，目前双排桩-锚杆复合支护结构体系的理论主要为上述三种理论的结合，本章将介绍以上三种理论的基本计算方法。 2.2 经典土压力理论 2.2.1 静止土压力理论 计算静止土压力时，由于桩体静止不动，土体无侧向位移，墙后土体处于弹性平衡状态，故土体表面下深度处的静止土压力为： （2.1） （2.2） 式中： ——静止土压力强度，； ——静止土压力，； ——静止土压力系数； ——墙后填土重度，； ——计算点深度，； ——地面均布荷载，； ——挡土墙的高度，。 2.2.2 郎肯土压力理论 朗肯土压力理论是英国学者朗肯在1857年提出的著名土压力理论，它是根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件得出的主动土压力和被动土压力的计算方法。其基本假设为：墙背光滑、直立、地表面水平。当挡土墙在填土压力作用下背离填土移动时，由于墙背任意深度处的竖向应力不变，水平应力逐渐减小直到产生朗肯主动土压力。无粘性土的主动土压力分布形式理论上认为和静止土压力相似，粘性土的主动土压力如图2.2所示。 图2.1 静止土压力图2.2 粘性土主动土压力 Fig. 2.1 The earth pressure at rest Fig. 2.2 Active earth pressure of viscous soil 求解前后土体中任意一点的极限平衡状态即可得到该点的主动土压力按如下： （1）无粘性土： （2.3） （2.4） （2.5） 式中： ——主动土压力强度，； ——主动土压力，； ——主动土压力系数； ——土体内摩擦角，(°)。 （2）粘性土： （2.6） （2.7） （2.8） 式中： ——土体粘聚力，。 实际中，填土和墙背之间不可能长期受拉应力，在拉应力区域范围内将出现裂缝。故在计算墙背土压力时不考虑压力区的作用，主动土压力只作用在下部受压范围内，即： （2.9） 挡土墙在外力作用下推向填土，墙后土体土体中任意一点的竖向应力仍保持不变，而水平力逐渐增大，直到出现被动土压力状态。被动土压力的分布形式和主动土压力一样可以认为无粘性土的形式和静止土压力相似，粘性土的被动土压力如图2.3所示。 （1）无粘性土： （2.10） （2.11） （2.12） （2）粘性土： （2.13） （2.14） 式中： ——被动土压力强度，； ——被动土压力，； ——被动土压力系数。 2.2.3 库伦土压力理论 库伦于1776年提出的土压力理论是著名的古典土压力理论之一。它是根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时，分析楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论，其基本假定是： 1）前后的填土是理想的散粒体，粘聚力； 2）滑动破坏面为通过墙角的平面； 3）滑动楔体为刚体。 库伦土压力的一般表达式为： （2.15） （2.16） 式中， ——库伦主动土压力系数； ——墙后填土重度，； ——土体内摩擦角，(°)； ——墙背与竖直线的倾斜角度，俯斜时取正，仰斜取负，(°)； ——墙后填土面与水平面的倾斜角度，(°)； ——墙背与填土间的摩擦角，(°)； ——挡土墙的高度，。 图2.3 粘性土被动土压力图2.4 库伦土压力 Fig. 2.3 Passive earth pressure of clay Fig. 2.4 Kulun earth pressure 距离墙顶深度为处的主动土压力强度为： （2.17） 和主动土压力原理相同，库伦被动土压力公式为： （2.18） （2.19） 其中，为库伦被动土压力系数，其他同上。 2.3 双排桩支护结构的计算理论 2.3.1 基于经典土压力的计算方法 （1）体积比例系数法 体积比例系数法是根据双排桩前后排桩之间的滑动土体占桩后总的滑动土体的体积比例来确定前后排桩所受的侧向土压力。并根据不同的排桩形式提出与之适应的计算方法，其基本假定如下： 1）将双排桩结构视为一个底端嵌固，桩顶为直角刚性连接的刚架体系。 2）桩顶冠梁及连系梁尺寸相比桩长较小，在实际工程中通常梁结构的刚度较大，故将冠梁视为只能平动而不能转动的刚性结构。 3）由于冠梁为刚性结构，故可将前后排桩在桩顶的位移理解为相同的。 在基