大同某矿井架桩基设计计算探讨

朱 亚 平

(大同煤矿集团设计研究有限责任公司，山西 大同 037003)

1 工程概况

大同某矿生命线工程副井井架，因与之相邻的提升机房采用换填法处理地基，垫层底标高-11.200，且已施工，为减少井架基础施工对提升机房地基的扰动，提高井架的安全性、稳定性，经过对比，井架采用干作业钻孔灌注桩基础，按承载性状分类为摩擦端承桩。井架结构类型为斜双柱框架式钢结构，构件为焊接封闭箱形断面，井架标高24.250为下天轮平台，标高30.250为上天轮平台，顶标高36.250为检修起吊平台，井架技术特征：提升机：落地式多绳摩擦式提升机JKMD-3.5X4Ⅰ型；天轮：直径3.5 m天轮共两组，每组天轮变位质量6.0 t；提升机最大静张力为525 kN；钢丝绳每根最小钢丝破断拉力总和792 kN；提升速度：V=7.96 m/s；提升容器：四绳单层宽罐笼16 t、四绳单层窄罐笼21 t。利用3D3S计算导出荷载效应标准组合下柱底反力：Nx=2 970 kN，Ny=1 280 kN，Nz=7 580 kN。

2 场地工程地质条件

根据太原市兴华岩土工程勘察质量检测有限公司提供的岩土工程勘察报告，该工程典型的地质剖面图及钻孔灌注桩计算指标见表1。

表1 钻孔灌注桩极限侧阻力与极限端阻力标准值表

3 设计计算

3.1 桩长确定

桩间距3d=3×1=3 m，每个承台设置6根桩，并考虑Nx>Ny，故布桩如图1所示。

桩顶嵌入承台0.1 m，桩底进入强风化泥岩不小于2 m。对于大直径扩底桩斜面及变截面以上2d长度范围不计入侧阻力，斜面高hc取1.5 m，2d=2×1=2 m,桩长l≥0.1+2.6+4.4+1.5+2=10.6 m。

3.2 单桩水平承载力验算

b0=0.9×(1.5d+1)=0.9×(1.5+1)=2.25 m。

[12+2×(6.67-1)×0.008×0.92]=0.105。

EI=0.85EcI0=0.85×3×107×0.047=1.199×106kN·m2。

αh=0.519×10.6=5.5>4,vx取0.940。

6×10-3=802.4 kN。

3.3 正截面受压承载力验算

0.9×14.3×103×0.785+0.9×360×103×6.28×10-3=

12 137.67 kN≥N=1.35×2 985.53=3 994.02 kN。

3.4 桩顶反力计算

相应于荷载效应基本组合时，作用于柱底的荷载设计值为：

F=1.35Fk=1.35×7 580=10 233 kN。

Mx=1.35FMxk=1.35×(2 970×3+
7 580×0.58)=17 963.64 kN。

My=1.35FMyk=1.35×1 280×1.5=2 592 kN。

桩顶反力计算见表2。

表2 桩顶反力计算

3.5 角桩冲切承载力验算

取λ1x=1,a1x=h0=1.43。

取λ1y=0.25,a1y=h0/4=1.43/4=0.358。

c1=c2=1+0.8/2=1.4。

[β1x(c2+a1y/2)+β1y(c1+a1x/2)]βhpfth0=

[0.467×(1.4+0.358/2)+1.244×(1.4+1.43/2)]×

0.942×1.43×103×1.43=6 488.6 kN≥N5=3 490.47 kN。

3.6 承台斜截面受剪承载力验算

βhsαftb0h0=0.865×0.77×1.43×103×5×
1.43=6 810.03 kN≥N5+N6=

3 490.47+2 914.47=6 404.94 kN。

3.7 承台受弯承载力计算

Mx=∑Niyi=(3 490.47+2 914.47)×

1.64=10 504.1 kN·m。

22 671.37 mm2≥Asmin=0.15%×

1 430×5 000=10 725 mm2。

My=∑Nixi=(-79.47+1 417.5+

2 914.47)×0.49=2 083.73 kN·m。

Asmin=0.15%×1 430×8 000=17 160 mm2。

3.8 沉降计算

高度大于30 m井架的基础设计等级应为甲级，设计等级为甲级的非嵌岩桩和非深厚坚硬持力层的建筑桩基应进行沉降计算：

桩基沉降计算深度zn按应力比法确定：

试算zn=10 m,a/b=4/2.5=1.6,z/b=10/2.5=4,αj=0.040。

0.2σc=0.2×(2.4×17+3.2×19+5.9×17.8+12×20)=89.3 kPa。

σz≥0.2σc不满足要求。

试算zn=5.5 m,a/b=4/2.5=1.6,z/b=5.5/2.5=2.2,αj=0.098。

0.2σc=0.2×(2.4×17+3.2×19+5.9×17.8+7.5×20)=71.32 kPa。

σz≤0.2σc。

桩基等效沉降系数ψe的确定：sa/d=3/1=3,l/d=10.5/1=10.5。

查表得：

C0=0.178,C1=1.503,C2=4.778。

Δs≤27 200×0.000 5=13.6 mm。

通过计算，该桩基设计均满足规范要求。

干作业钻孔灌注桩机具设备简单，装卸移动方便，施工准备工作少施工速度快，成本低，能保证井架的安全性、稳定性。