排桩支护设计及计算.docx

1、排桩支护设计及计算排桩支护设计与计算8.7.1 概括基坑开挖事，对不可以放坡或因为场所限制而不可以采纳搅拌桩支护，开挖深度在610 米左右时，即可采纳排桩支护。排桩支护可采纳钻孔灌输桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩。图 8-4排桩支护的种类排桩支护结构可分为：（ 1）柱列式排桩支护 当边坡土质尚好、地下水位较低时，可利用土拱作用，以稀少钻孔灌输桩或挖孔桩支挡土坡，如图 8-4a 所示。（ 2）连续排桩支护（图 8-4b ）在软土中一般不可以形成土拱，支挡结构应当连续排。密排的钻孔桩可相互搭接， 或在桩身混凝土强度还没有形成时， 在相邻桩之间做一根素混凝土树根桩把钻孔桩排连起来， 如图

2、 8-4c 所示。也可采纳钢板桩、 钢筋混凝土板桩， 如图 8-4d 、e所示。（3）组合式排桩支护 在地下水位较高搭 软土地域，可采纳钻孔灌输排桩与水泥土桩防渗墙组合的方式，如图 8-4f 所示。按基坑开挖深度及支挡结构受力状况，排桩支护可分为一下几种状况。（1）无支撑 ( 悬臂 ) 支护结构： 当基坑开挖深度不大， 即可利用悬臂作用挡住墙后土体。（2）单支撑结构：当基坑开挖深度较大时，不可以采纳无支撑支护结构，能够在支护结构顶部周边设置一单支撑（或拉锚） 。（3）多支撑结构：当基坑开挖深度较深时，可设置多道支撑，以减少挡墙挡压力。依据地域的施工实践，关于开挖深度 6m的基坑，在场所条件同意

3、的状况下，可采纳重力式深层搅拌桩挡墙较为理想。就地所受限制时，也可采纳600mm密排悬臂钻孔桩，桩与桩之间可用树根桩密封，也可采纳灌输桩后注浆或取水泥搅拌桩作防水帷幕；关于开挖深度在 6m 的基坑，依据场所条件和四周环境可采纳重力式深层搅拌桩挡墙，或打入预制混凝土板4桩或钢板桩，后来注浆或加搅拌桩防渗，设一道檩和支撑也可采纳 600mm钻孔桩，后边用搅拌桩防渗，顶部设一道圈梁和支撑；关于开挖深度为 6 10 米的基坑，过去采纳 8001000mm的钻孔桩， 后边加深层搅拌桩或注浆放水， 并设 2 3 道支撑， 支撑道数视土质状况、四周环境及围护结构变形要求而定； 关于开挖深度大于 10m的基坑

4、，以平时采纳地下连续墙，设多层支撑，固然安全靠谱，但价钱昂贵。近来常采纳 800 1000mm大直径钻孔桩取代地下连续墙， 相同采纳深层搅拌桩放水， 多道支撑或中心岛施工法， 这类支护结构已成功用于开挖深度达到 13 米的基坑。a. 变位表示图图 8-5 悬臂板桩的变位及土压力散布图 b. 土压力散布图 c. 悬臂板桩计算图d. Blum计算图式 悬臂式排桩支护设计和计算悬臂式排桩支护的计算方法采纳传统的板桩计算方法。如图 8-5 所示，悬臂板桩在基坑底面以上外侧主动土压力作用下， 板桩将向基坑侧倾移， 而下部则反方向变位 即板桩将绕基坑底以下某点 ( 如图中 b 点) 旋转。点 b 处墙体无

5、变位， 故遇到大小相等、 方向相反的二力( 静止土压力 ) 作用， 其净压力为零。 点 b 以上墙体向左挪动， 其左边作用被动土压力， 右边作用主动土压力；点 b 以下则相反，其右边作用被动土压力，左边作用主动土压力。所以，作用在墙体上各点的净土压力为各点双侧的被动土压力和主动土压力之差， 其沿墙身的散布状况如图 8-5b 所示，简化成线性散布后的悬臂板桩计算图式为图 8-5c ，即可依据静力均衡条件计算板桩的入上深度和力。 H.Blum 又建议能够图 8-5d 取代，计算入土深度及力。下边分别介绍下边两种方法。1. 静力均衡法图8-5表示主动土压力及被动土压力随深度呈线性交化，跟着板桩入土深

6、度的不一样，作用在不一样深度上各点的净土压力的散布也不一样。 当单位宽度板桩墙双侧所受的净土压力相均衡时，板桩墙则处于稳固，相应的板桩入土深度即为板桩保证其稳固性所需的最小入土深度，可依据静力均衡条件即水平力均衡方程 ( H 0 ) 和对桩底截面的力矩均衡方程( M 0)。(1). 板桩墙前后的土压力散布第 n 层土底面对板桩墙主动土压力为ni hi ) tan 2 ( 4502C n tan(45 0ean(qnn/ 2)n / 2)i1(8-1)第 n 层土底面对板桩墙底被动土压力为nepn(qni hi ) tan 2 (450n/ 2)2cn tan(450n / 2)i1(8-2)q

7、n 地面递到 n 层土底面底垂直荷载；式中i i 层土底天然重度；hn n 层土的摩擦角；cn n 层土的聚力 ;qn ，可依据地面附带荷载、周边建筑物基础底面附带荷载q0对 n 层土底面的垂直荷载分别计算。图 8-6静力均衡法计算悬臂板桩2 取值；地面几种荷载可折算成均布荷载：1)沉重的起重机械：距板桩1.5m 按 60kN/m距板桩 1.5 ，按 40kN/m2 取值；2)轻型公路： 按 5kN/m2；3)重型公路：按 10kN/m2；4)铁道：按220kN/m。对土的摩擦角n 及聚力 cn 按固结快剪方法确立。当采纳井点降低地下水位，地面有排水和防渗举措时，土的那摩擦角n 值可酌情调整：

8、1)板桩墙外侧，在井点降水围，n 值可乘以 1.1 1.3 ；2)无桩基的板桩侧，n 值可乘以1.1 1.3 ；3)有桩基的板桩墙侧，在送桩围乘以1.0 ；在密集群桩深度围，乘以1.24 ；4)在井点降水土体固结的条件下，可将土的聚力cn 值乘以 1.1 1.3 。墙侧的土压力散布如图8-6所示。(2).成立并求解静力均衡方程，求得板桩入土深度ep3 ，而后进行迭加，求出第一个1） 计算桩底墙后主动土压力ea 3 及墙墙被动土压力土压力为零的，该点离坑底距离为u；2） 计算 d 点以上土压力协力，求出至d 点的距离 y；3） 计算 d 点处墙前主动土压力ea1及墙后被动土压力ep1；ea 2e

9、p 24） 计算柱底墙前主动土压力和墙后被动土压力；5） 依据作用在挡墙结构上的所有水平作使劲均衡条件和绕挡墙底部自由端力矩总和为零的条件 :H0Ea(ep 3ea 3 ) (ep 2 ea 2 )z(ep3ea3 ) t00（8-3 ）22M 0E a(t0 y)z(ep 3 ea3 ) ( ep 2ea 2 )z(ep 3t 0t00ea3 )3232（8-4 ）整理后可得 t 0 的四次方程式 :6Ea y(ep1 ea1 ) 4E a24ep1ea1t36Ea(ep1 ea1 ) t 00t002 ( 2y2（8-5 ）式中n tan 2( 450n / 2)tan2 ( 45 0n

10、/ 2)求解上述四次方程，即可得板桩嵌入d 点以下的深度t 0 值。为安全起见，实质嵌入坑底面以下的入土深度为tu0（8-6 ）(3).计算板桩最大弯矩板桩墙最大弯矩的作用点，亦即结构端面剪力为零的点。比如关于均质的非粘性土， 如图 8-3 所示，当剪力为零的点在基坑底面以下深度为b 时，即有b2( hb)2K a 0K p2（8-7 ）2式中K atan2 (450/ 2)K ptan 2 (450/ 2);由上述解得 b 后，可求得最大弯矩hb(h b) 2K ab b2K p3K a3K pM max33 2(h b)b6（8-8 ）2. 布鲁姆 (Blum) 法布鲁姆（H.Blum ）

11、建议以图8-3d 取代8-3c ，即本来桩脚出现的被动土压力以一个集中力 E p 取代，计算结果图如8-7所示。a 作用荷载图b图 821弯矩图布鲁姆计算简图图c布鲁姆理论计算曲线如图 8-7a 所示，为求桩插入深度，对桩底C点取矩，依据M c 0 有P(lx a)x0E p（8-9 ）3E p(K pK a )xx( K pK a ) x 2式中22代入式（ 8-9 ）得P(lxa)( K pK a )x306化简后得x36Px6P(l a)0(kPka )(K PKa )（8-10 ）式中P 主动土压力、水压力的协力；aP 协力距地面距离；l huu土压力为零距坑底的距离，可依据净土压力零

12、点处墙前被动土压力强度和墙后主动土压力相等的关系求得，按式（8-11 ）计算。K ahu(K p K a )（8-11 ）从式（ 8-12 ）的三次式计算求出x 值，板桩的插入深度tu（8-12 ）布鲁姆（ H.Blum ）曾作出一个曲线图，如图8-7c 所示可求得 x。x令l，代入式（8-10 ）得36P(1)6aPl 2(K pK a )3 ( K pK a )lm6Pn6aPl 2 (K pK a )l 3 ( K pK a )再令，3m(1)n（ 8-13 ）上式即变为式中 m及 n 值很简单确立， 因其只与荷载及板桩长度相关。在这式中 m及 n 确立后， 可以从图8-7c 曲线图求得

13、的n 及 m连向来线并延伸即可求得值。同时因为x l ，得出 x值，则可按式 (8-14)获得桩的插入深度 :tl(8-14)最大弯矩在剪力 0 处，设从 O点往下xm处 0，则有QQa 土压力散布b弯矩图图 8-8 挖孔桩悬臂挡墙计算P( KpKa) x202mxm2P( K pK a )(8-15)最大弯矩M maxP (lxma)(K pK a )xm36(8-16)求出最大弯矩后，对钢板桩能够核算截面尺寸，对灌输桩能够审定直径及配筋计算。【例 8-1】 某工程基坑挡土桩设计。可采纳100cm 挖孔桩，基坑开挖深度，基坑边堆载 q 10 kN/m2（图 8-8 ）。地基土层自地表向下分别

14、为：（ 1）粉质黏土：可塑，厚1.1 ；（ 2）中粗砂：中密密实，厚25m，0334 ， g 20kN/m ；（ 3）砾砂：密实，未钻穿，340。试设计挖孔桩。【解】 1.求桩的插入深度K atan2 (450/ 2)tan2 (450340 / 2)2K ptan2 (450/ 2)tan2 (450340 /2)2ea1qK a102ea2(qh)K a(10202uhK a(K pK a )0.28)P226622a232m6P6(K pK a )0.28)2n6P6(K pK a )l 30.28)3查布鲁姆理论的计算曲线，得xl6.tu4.40 0.56 5.84 m桩的总长： 6+

15、5.84=11.84m ，取。2.求最大弯矩最大弯矩地点：2PxmK a )20 (3.53 0.28)( K p最大弯矩：M maxP(lxm( K p K a )xm3a)60 .28 1.983)(6.56 1. 98 4.04)492 .61kN ? m63.截面配筋预选桩径 d 100cm，钢筋保护层厚度a 5cm，钢筋笼直径 d1 d 2a (100 2 5) 90cm选竖向主筋 20根，沿 d1 均匀部署， 各钢筋至 x x 轴的垂直距离 y1 由比率图量出， 如图8-9a 所示。2， Rg=34kN/cm2选25，Ag钢筋总抗弯刚度能力M4Ag Rg ( y1y2ym 1ym

16、/ 2)0.45 / 2)kN m 931.5kN mb取桩的实质间距为a 钢筋部署图8-9b 桩的部署表示图为了减少竖向钢筋用量，刻考虑受压区（靠基坑一侧的半圆截面）混凝土的抗压作用，2混凝土用 C15，以为 RwN a2 d1 Rw 2905 1.1 kNn20受压区每根钢筋截面积为Ag Rg N a3422AgRg34cm14， Ag结构配筋 cm2为了进一步减少钢筋用量， 宜在桩身上部减少配筋， 求 1/ 2M max 弯矩点，试算地面下 5.5m 处土的主动土压力强度：ah tan2 (450/ 2) (1020 5.5)2 kN / m233.7kN / m2M133.7 6220

17、2.2kN m1 M max264.3kN m62所以，开挖桩钢筋笼中，竖向钢筋的配置为：上部 5m： 525mm514 mm下部 7m： 1025mm1014 mm14m钢筋所有配置在桩身混凝土受压区，即在面向基坑侧的半圆。 单支点排桩支护设计和计算顶端支撑 ( 或锚系 ) 的排桩支护结构与顶端自由 ( 悬臂 ) 的排桩两者是有区其余。 顶端支撑的支护结构， 因为顶端有支撑而不致挪动而形成一铰接的简支点。 至于桩埋入土部分， 入上浅时为简支，深时则为嵌固。下边所介绍的就是桩因入土深度不一样而产生的几种状况。1)支护桩入土深度较浅， 支护桩前的被动土压力所有发挥， 对支撑点的主动上压力的力矩和

18、被动土压力的力矩相等 ( 图 8-10a) 。此时墙体处于极限均衡状态，由此得出的跨间正弯矩 Mmax 其值最大，但入土深度最浅为 t min。这时其墙前以被动土压力所有被利用，墙的底端可能有少量向左位移的现象发生。2)支护桩入土深度增添，大于 t min 时 ( 图 8-10b) ，则桩前的被动土压力得不到充足发挥与利用， 这时桩底端仅在原地点转动一角度而不致有位移现象发生， 这时桩底的土压力便等于零。未发挥的被动土压力可作为安全度。图 8-10 不一样入土深度的板桩墙的土压力散布、弯矩及变形图3)支护桩入土深度持续增添， 墙前墙后都出现被动土压力， 支护桩在土中处于嵌固状态，相当于上端简支下端嵌固的超静定梁。 它的弯矩己大大减小而出现正负二个方向的弯矩。 其底端的嵌固弯矩 M2 的绝对值略小于跨间弯矩 M1 的数值，压力零点与弯矩零点约相符合 ( 图8-10c) 。4)支护桩的入土深度进一步增添 ( 图 8-10d) ，这时桩的入土深度己嫌过深，墙前墙后的被动土压力都不可以充足发挥和利用， 它对跨间弯矩的减小不起太大的作用， 所以支护桩入土深度过深是不经济的。以上四种状态中，第四种的支护桩入土深度已嫌过深而不经济，所以设计时都不采纳。第三种是当前常采纳的工作状态，一般使正弯矩为负弯矩的110 115作为设计依照，但也有采