大同某礦井架樁基設(shè)計計算探討

朱 亞 平

(大同煤礦集團(tuán)設(shè)計研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037003)

1 工程概況

大同某礦生命線工程副井井架，因與之相鄰的提升機(jī)房采用換填法處理地基，墊層底標(biāo)高-11.200，且已施工，為減少井架基礎(chǔ)施工對提升機(jī)房地基的擾動，提高井架的安全性、穩(wěn)定性，經(jīng)過對比，井架采用干作業(yè)鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，按承載性狀分類為摩擦端承樁。井架結(jié)構(gòu)類型為斜雙柱框架式鋼結(jié)構(gòu)，構(gòu)件為焊接封閉箱形斷面，井架標(biāo)高24.250為下天輪平臺，標(biāo)高30.250為上天輪平臺，頂標(biāo)高36.250為檢修起吊平臺，井架技術(shù)特征：提升機(jī)：落地式多繩摩擦式提升機(jī)JKMD-3.5X4Ⅰ型；天輪：直徑3.5 m天輪共兩組，每組天輪變位質(zhì)量6.0 t；提升機(jī)最大靜張力為525 kN；鋼絲繩每根最小鋼絲破斷拉力總和792 kN；提升速度：V=7.96 m/s；提升容器：四繩單層寬罐籠16 t、四繩單層窄罐籠21 t。利用3D3S計算導(dǎo)出荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下柱底反力：Nx=2 970 kN，Ny=1 280 kN，Nz=7 580 kN。

2 場地工程地質(zhì)條件

根據(jù)太原市興華巖土工程勘察質(zhì)量檢測有限公司提供的巖土工程勘察報告，該工程典型的地質(zhì)剖面圖及鉆孔灌注樁計算指標(biāo)見表1。

表1 鉆孔灌注樁極限側(cè)阻力與極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值表

3 設(shè)計計算

3.1 樁長確定

樁間距3d=3×1=3 m，每個承臺設(shè)置6根樁，并考慮Nx>Ny，故布樁如圖1所示。

樁頂嵌入承臺0.1 m，樁底進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化泥巖不小于2 m。對于大直徑擴(kuò)底樁斜面及變截面以上2d長度范圍不計入側(cè)阻力，斜面高h(yuǎn)c取1.5 m，2d=2×1=2 m,樁長l≥0.1+2.6+4.4+1.5+2=10.6 m。

3.2 單樁水平承載力驗算

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 正截面受壓承載力驗算

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 樁頂反力計算

相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時，作用于柱底的荷載設(shè)計值為：

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。

樁頂反力計算見表2。

表2 樁頂反力計算

3.5 角樁沖切承載力驗算

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 承臺斜截面受剪承載力驗算

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 承臺受彎承載力計算

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 沉降計算

高度大于30 m井架的基礎(chǔ)設(shè)計等級應(yīng)為甲級，設(shè)計等級為甲級的非嵌巖樁和非深厚堅硬持力層的建筑樁基應(yīng)進(jìn)行沉降計算：

樁基沉降計算深度zn按應(yīng)力比法確定：

試算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不滿足要求。

試算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。

樁基等效沉降系數(shù)ψe的確定：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。

通過計算，該樁基設(shè)計均滿足規(guī)范要求。

干作業(yè)鉆孔灌注樁機(jī)具設(shè)備簡單，裝卸移動方便，施工準(zhǔn)備工作少施工速度快，成本低，能保證井架的安全性、穩(wěn)定性。