多支点排桩支护结构毕业设计.docx
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多支点排桩支护结构毕业设计
1前言
基坑工程是一个古老而又具有时代特点的岩土工程课题,特别是20世纪以来,国内外修建了大量的高层建筑、地下工程,并且随着社会技术进步和对环境条件的提高,对基坑工程设计和施工提出了更高的要求。
随着我国高层建筑的高速发展和旧城区改造工程的推进，出现了许多在闹市区开挖基坑的问题，由于环境条件的限制，不仅要保证基坑内的正常作业的安全，而且要保证周边边坡的稳定，满足强度和控制变形的要求，以确保基坑周围的建筑物，地下管线，电缆及道路和施工人员的安全，对深基坑支护结构设计技术提出了更高更严的要求。
悬臂式结构和多层支点混合支护结构已为大部分深基坑支护结构所采用。
深基坑开挖中大量的实测资料表明:
基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大、两边小，深基坑边坡失稳常常以长边的居中位置发生，这说明深基坑开挖是一个空间问题。
传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的，对一些细长条基坑来讲,这种平面应变假设比较符合实际,而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。
所以，研究空间效应对基坑变形的影响是相当有必要的。
深基坑支护结构内力计算是一个古老的传统课题，同时又是一个综合性的岩土工程难题，它即涉及了土力学中典型的强度与稳定问题，又包含变形问题，同时还涉及到土与支护结构的共同作用问题。
对这些问题的认识及其对策的研究，是随着土力学理论，分析技术，测试仪器以及施工机械，施工技术的进步和逐步完善的。
与支护结构内力计算密切相关的是作用在结构上荷载计算与一般上部结构内力计算所采用的静、动荷载不尽相同。
深基坑支护结构的静荷载是指作用在结构上的压力，动荷载并非直接作用在结构上而是通过土体传递到结构上。
因此，深基坑支护结构内力计算区别于上部结构内力计算的特点主要在于动、静荷载的计算。
深基坑支护结构的作用荷载——土压力的计算是个十分复杂的课题。
传统的朗肯库仑土压力理论适用于先筑墙后添土的挡墙结构，而深基坑开挖的过程一般是先在地基内施工桩和墙，然后在内侧挖土；朗肯库仑理论适用于较长的挡土墙，属于平面问题，而深基坑一般为矩形平面，具有一定的空间影响。
基于上述问题，深基坑开挖支护结构土压力计算问题对经典的土压力理论提出了挑战。
此前，大量的浅挖工程和无需支护的实践，使人们已经习惯于一种常规的“加载”的土力学方法。
土中应力与变形均无需做符合开挖边界的调整，而深基坑开挖与支护的应力、变形、强度、变形性质及其变化等需要进行深入研究。
我国深基坑支护结构研究起步较晚，在结构和土共同作用问题上的研究甚少，目前，工程设计中还是以库仑朗肯土压力理论为基础计算深基坑支护结构设计和施工所需的参数。
基坑支护的内力计算往往借助于各种手册，通过查表获得。
但这样比较麻烦，本文利用VisualBasic6.0编制程序，编制了多层支点支护结构内力程序，为工程设计提供方便。
2计算多支点支护结构内力的等值梁法
2.1弯矩零点位置确定
等值梁法关键确定支护结构上在坑底下弯矩为零位置。
常用的确定方法有：
（1）弯矩零点位置为坑底下土压力零点位置；
（2）弯矩零点位置为坑底开挖面与板桩的交接处；
（3）太沙基经验公式，根据太沙基给出的反弯矩点距开挖面的深度y与土体的内摩擦角的近似关系。
适用于无粘性土、地表无超载、墙后无较高的地下水位时的情况。
表2-1y与土体的内摩擦角的近似关系
（4）根据土层标准贯入试验资料确定，根据土层标准贯入试验给出的反弯矩点距开挖面的深度y与标贯击数N的近似关系。
表2-2y与标贯击数N的关系
无粘性土
粘性土
2.2计算多支点支护结构内力的等值梁法
等值梁法是一种简化的分析法。
桩入坑底土内有弹性嵌固（铰结）与固定两种，现按前述第三种情况，即可当作—端弹性嵌固另一端简支的梁来研究。
挡墙两侧作用着分布荷载，即主动土压力与被功土压力，如图2-1a所示。
在计算过程中所要求出的仍是桩的入土深度、支撑反力及跨中最大弯矩。
单支撑挡墙下端为弹性嵌固时，其弯矩图如图2-1c所示，若在得出此弯矩图前已知弯矩零点位置，并于弯矩零点处将梁（即桩）断开以简支计算，则不难看出所得该段的弯矩图将同整梁计算时一样，此断梁段即称为整梁该段的等值梁。
对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙其净土压力零点位置与弯矩零点位置很接近，因此可在压力零点处将板桩划开作为两个相联的简支梁来计，这种简化计算法就称为等值梁法
图2-1等值梁计算简图
2.2.1第一层支撑验算
（1）根据基坑深度、勘察资料等，如图2-2，计算主动土压力与被动土压力，求出土压力零点B的位置，计算B点至坑底的距离u值；
图2-2开挖一层等值梁计算简图
（2）由等值梁AB根据平衡方程计算支撑反力及B点剪力
（3）由等值梁BG求算板桩的入土深度，取，则
由上式求得：
由上式求得x后，桩的最小入土深度可由下式求得：
如桩端为一般的土质条件，应乘系数1.1～1.2，即
（4）由等值梁求算最大弯矩值：
主动土压力弯矩最大值:
被动土压力弯矩最大值:
比较两个值得到最大弯矩。
2.2.2第二层支撑验算
支撑反力与剪力：
主动土压力的最大弯矩：
图2-3开挖二层等值梁计算简图
被动土压力的最大弯矩：
2.2.3第三层支撑验算
支撑反力与剪力：
主动土压力的最大弯矩：
图2-4开挖三层等值梁计算简图
被动土压力的最大弯矩：
2.2.4第四层支撑验算
支撑反力与剪力：
主动土压力的最大弯矩：
图2-5开挖四层等值梁计算简图
被动土压力的最大弯矩：
2.2.5第五层支撑验算
支撑反力与剪力：
图2-6开挖五层等值梁计算简图
主动土压力的最大弯矩：
被动土压力的最大弯矩：
3 多支点排桩支护结构内力计算程序设计
根据2.1中给出多支点深基坑支护结构内力计算方法，并参考《深基坑支护结构实用内力计算手册》，采用VisualBasic6.0编制可视化的使用计算程序。
该计算程序界面友好，操作灵活，便于用户修改，避免了大量图表的查取，为工程设计人员提供了设计依据。
3.1程序界面的设计
用户界面是应用程序中最重要的部分。
对用户而言，界面就是应用程序，他们感觉不到幕后正在执行的代码。
不论花多少时间和精力来编制和优化代码，应用程序的可用性仍然依赖于界面。
根据单支点深基坑支护结构设计基本资料，设计程序界面。
程序界面如图3.1所示。
界面土层厚度、重度、内聚力、内摩擦角和支点位置采用列表输入，坑底以上土层数、基坑开挖深度、支点数和坑上荷载采用文本框形式。
界面上的按钮包括开始新的工程、打开工程文档、将工程导出文档和退出工程。
计算按钮为开始计算。
计算结果以列表形式和文档形式保存。
便于用户进行查询及计算方案的比较。
图 3.1程序界面
3.2程序代码设计
创建应用程序过程当中，很多人只注重界面的设计，而忽视了代码的结构设计。
其实，程序编写代码的机制是很重要的，程序代码的构造方法不同，将造成程序的性能及代码的可维护性，可使用性的不同。
简单应用程序只有一个窗体，应用程序的代码都驻留在窗体模块中。
然而现在要编写的程序是复杂的，它含有多个窗体。
这几个窗体中要执行的公共代码,如定义公共变量，公用子程序等等，应该放在一个独立的标准模块里。
每个标准模块、标准模块、窗体模块都可以包含一下元素：
声明，如对常数、类型、变量的声明；过程，如Event过程、Sub过程或Function过程，以及Property过程都可以作为单元来执行的代码片段。
在编写代码时，程序中添加了适量的注释语句，利于以后检查程序源代码，便于程序的修改，提高程序的可读性。
3.3程序调试及错误处理
在此程序的调试过程中，遇到的错误大体可以归纳分为以下三类：
编译错误，运行时错误和逻辑错误。
从软件工程的角度严格地说，程序是不可能没有错误的，因此，尽量发现错误和一旦出现错误时能够进行妥善处理，是程序设计人员所必须掌握的技术。
为了处理因某些可能发生的事情在代码运行中引起运行错误，需要将错误处理代码添加到过程中。
有时，错误也可能出现在代码内部，我们通常称这类错误为缺陷（bug）。
为了避免这种情况，在VisualBasic中可用错误处理功能截击错误并执行正确操作（截击错误亦称作捕获错误）。
当错误发生时，VisualBasic将设置错误对象Err的各种属性，如错误号、描述等。
这样，在错误处理例程中就能使用Err对象及其属性，以便应用程序能够智能化地对错误状况做出相应。
4 工程实例
北京京城大厦，超高层建筑，地上52层，地下4层，地面以上高183.53m，箱形基础，埋深23.76m（按23.5m计算），采用进口27m长的H型钢桩（488mm×300mm）挡墙土，锤击打入，间距1.1m。
三层锚杆拉结。
地质资料如图8-15所示。
各层土平均重度γ＝19KN/m3，土的内摩擦角平均为300,粘聚力c=10kPa，23m以下为卵石，贯入度大于100,φ=350~430,潜水位于的圆砾石中，深10m内有上层滞水。
地面荷载按10kN/m2计。
图4-1北京京城大厦地质剖面及锚杆示意图
使用程序得到以下结果：
在基坑开挖深度处输入5.5m
1.弯矩零点位置为坑底下土压力零点位置
表1弯矩零点位置为坑底下土压力零点位置的计算结果
第一道支撑
第二道支撑
第三道支撑
土压力零点位置（m）
3.8
5.7
7.2
总主动土压力（kN/m）
882
1984
3240
总主动土压力的作用点
距基坑顶面的距离（m）
9.2
13.9
17.7
A支撑反力（kN/m）
533.5
809.4
1000
B点剪力（kN/m）
348.4
641.5
897.1
最小板桩入土深度（m）
12.2
17.1
20.8
修正后最小板桩入土深度（m）
20.8
29.7
36.5
最大弯矩位置（m）
10.7
16.9
22.4
最大弯矩（kN.m/m）
1141
2832
4675
Xmax2（m）
4.8
6.6
7.8
Mmax2（kN.m/m）
1414
3533
5843
2.弯矩零点位置为坑底开挖面与板桩的交接处
表2弯矩零点位置为坑底开挖面与板桩的交接处的计算结果
第一道支撑
第二道支撑
第三道支撑
土压力零点位置（m）
0
0
0
总主动土压力（kN/m）
669
1507
3460
总主动土压力的作用点
距基坑顶面的距离（m）
8
12
15
A支撑反力（kN/m）
382
677
903
B点剪力（kN/m）
287
446
496
最小板桩入土深度（m）
7.6
9.5
10
修正后最小板桩入土深度（m）
9.9
12.4
13
最大弯矩位置（m）
9
15
20
最大弯矩（kN.m/m）
400
628
596
Xmax2（m）
6.7
9
10
Mmax2（kN.m/m）
1605
3371
4342
3.太沙基公式
表3采用太沙基公式计算弯矩零点位置的计算结果
第一道支撑
第二道支撑
第三道支撑
土压力零点位置（m）
3.6
5.4
6.9
总主动土压力（kN/m）
870
1959
3198
总主动土压力的作用点
距基坑顶面的距离（m）
9.2
13.8
17.6
A支撑反力
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