悬臂墙桩基计算分析

【摘要】通过实际工程案例，介绍受水平力控制的桩基挡墙的工程特性及计算方法。

【关键词】悬臂墙 桩基 “m”法 桩基计算

1、工程概况

江西鹰潭润德“天鹅湾”小区位于鹰潭市月湖区白露河右岸，由9栋高层组成，占地面积3.5万m2，靠河侧现状地面高程27.50m，白露河20年一遇洪水位33.00m，小区设计地面高程33.60m，在设有地下室建筑区域可通过地下室外墙兼做防洪墙挡水，在未设有地下室区域需设置防洪墙，既挡水又挡土。受住宅建筑布置场地限制，建筑基础边线与用地红线仅距离3.5m，需要在3.5m范围内设置7.0m高的防洪墙，保证小区安全。

根据地勘报告，墙址处位于河道出露的第四纪全新统冲积层区域，场区覆盖层由第四系全新统素填土[Q4ml]、冲洪积成因的细砂[Q4al+pl]、砾砂[Q4al+pl]组成。第①层素填土[Q4ml]：成份主要为粘粉土、少量砂岩块石等组成。为人工堆填而成，层顶高程27.50m，层厚2.0m，承载力特征值建议值为80KPa，与砼摩擦系数0.30。第②层细砂[Q4al+pl]：黄褐、灰褐色，含少量粘土、小砾石，层顶高程25.5m，层厚3.0m，承载力特征值建议值为100KPa，与砼摩擦系数0.30。第③层砾砂[Q4al+pl]：黄褐、灰白色，主要由小圆砾及中粗砂粒组成，层顶高程22.50m，层厚1.5m，承载力特征值建议值为170KPa。第④层强风化砂岩[K2]：红褐、黄褐色，由石英、长石碎屑经泥铁质胶结而成，砂状结构，块状构造，层顶高程21.00m，层厚1.0m，承载力特征值建议值为400KPa。第⑤层中风化砂岩[K2]：红褐色，由长石、石英碎屑经泥铁质胶结形成，岩性较硬，属软岩，岩体完整程度为较完整，层顶高程20.00m，勘察未揭穿该层，揭露厚度7.40～3.10m，承载力特征值建议值为1700KPa。

2、悬臂墙布置

白露河防洪标准为20年一遇，防洪墙工程等别为Ⅳ等，防洪墙拟采用C25钢筋砼结构，悬臂式挡墙墙高7.0m，坐落在素填土上，墙顶宽0.4m，立板厚度为0.4～0.695m，墙前坡度为1：0.05，直墙墙底基础埋深0.8m，前趾底板宽度1.2m，厚度0.7m，后趾底板由于受条件限制，取最大宽度3.0m，底板厚度为0.7m。经计算在完建情况下地基平均应力109KPa>80KPa，抗滑稳定系數1.02<1.2，均不满足规范要求；在外河设计水位骤降1m情况下地基平均应力77KPa<80KPa，抗滑稳定系数0.82<1.05，抗滑稳定不满足规范要求。由上可知悬臂墙底板受场地限制不能加长，导致其抗滑稳定系数在各种工况下均不能满足规范要求，需要进行基础处理。

桩基础与复合地基相比，桩基础不仅能够提供较高的竖向地基承载力，也能提供前者不具备的水平承载力，采用支挡体系的挡土墙与桩基础结合，将使挡土墙适用范围进一步扩大。

桩基通过悬臂墙底板（承台）结合在一起，悬臂墙承受的水平力、垂直力、弯矩由桩基承担。

3、悬臂墙计算

桩基挡墙的计算主要有两个位置：一为立板底部的竖向力、水平力及弯矩，二为承台底中心（桩顶）的竖向力、水平力及弯矩。前者是计算立板的配筋、裂缝宽度、强度及墙顶的位移，后者是计算承台的强度、配筋和桩基的长度、根数、排布形式及桩顶位移、桩身配筋。

设计工况采用完建时期作为控制条件，设计参数：悬臂墙单节长15.0m，回填料为透水砂性土料，水上φ值30°，水下φ值30°，凝聚力C=0；墙底与素填土层摩擦系数f=0.30；回填砂性土湿容重γ1=19.0KN/m3，浮容重γ2=9.0KN/m3。C25砼容重γ=25.0KN/m3，墙顶填土破裂面范围内附加荷载：人群荷载q=3.0KN/m2。土压力计算采用《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）附录A（A.0.1-1、A.0.1-4）公式进行计算。

经计算立板底部承受的水平力H=1883KN，垂直力P=6574KN，弯矩M=1544KN·M，桩顶承受的水平力H=2325KN，垂直力P=7943KN，弯矩M=3023KN·M。

立板配筋计算按固定在底板上的受弯构件计算，采用《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）附录C公式进行计算。

4、桩基设计与计算

4.1 桩基基本参数

桩基采用嵌岩桩，桩径0.8m，桩长9.0m，嵌入中风化基岩2.4m，桩身砼为C30结构，砼弹性模量Ec=3×107KN/m2，地基土比例系数m=20000KN/m4，采用“m”法进行桩基计算。

桩顶承受水平力较大，因此桩基由水平力控制，群桩基础水平承载力需满足：

—桩顶允许水平位移，取10mm，—桩顶水平位移系数，根据桩基设计规范表5.7.2取2.441，—桩在土中的变形系数

5结论

本文较为详细地介绍了在设计中以水平力为控制的桩基挡墙计算分析的过程，其计算方法主要参照《公路桥涵地基与基础设计规范》（JGTD63—2007）。

参考文献：

[1]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JGTD63—2007）

[2]《建筑桩基设计规范》（JGJ94-2008）

作者简介：张和平（1980-），男，大学本科，工程师。