排桩设计

排桩设计排桩式支护结构的形式近年来，随着钢筋混凝土挖孔灌注桩和相应配套技术的逐步完善，排桩支护结构，已发展成为对基坑变形有严格控制要求的深基坑开挖支护结构的一项重要手段，具有良好的应用前景。对不能放坡开挖的基坑，开挖深度在6~10m时，基坑支护可采用排桩支护结构。排桩可以是钻（挖）孔灌注桩、预制板桩或钢板桩，排桩支护结构的形式可分为：①柱列式。②连续排桩。③组合式排桩排桩式支护结构的形式•（1）柱列式排桩支护(a)•（2）连续排桩支护(bcde)•（3）组合式排桩支护(f)排桩式支护结构的分类•按基坑的开挖深度及支挡结构受力情况排桩支护可分为：•（1）无支撑（悬臂）支护结构•（2）单支撑结构•（3）多支撑结构•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，以稀疏钻孔灌注桩或挖孔桩支挡土坡•连续排桩支护：在软土中一般不能形成土拱，支挡结构应该连续排。密排的钻孔桩可互相搭接，或在桩身混凝土强度尚未形成时，在相邻桩之间做一根素混凝土树根桩把钻孔桩排连起来。也可采用钢板桩、钢筋混凝土板桩•组合式排桩支护在地下水位较高搭软土地区，可采用钻孔灌注排桩与水泥土桩防渗墙组合的方式•（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，不能采用无支撑支护结构，可以在支护结构顶部附近设置一单支撑（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。一、土压力计算1.静止土压力静止土压力是墙静止不动，墙后土体处于弹性平衡状态时作用于墙背的侧向压力。根据弹性半无限体的应力和变形理论，z深度处的静止土压力为（3-1）式中—土的重度；—静止土压力，可由泊松比来确定zKp000K10K•一般土的泊松比值，砂土可取0.2～0.25，黏性土可取0.25～0.40，其相应的值在0.25～0.67之间。对于理想刚体；对于液体，。由式（3-1）可知，在均质土中，静止土压力与计算深度呈三角形分布，对于高度为H的挡墙而言，取单位墙长，则作用在墙上静止土压力的合力值为（3-2）合力的方向水平，作用点在距墙底H/3高度处。0K,000K5.010K20021HKE0E朗肯土压力1.主动土压力当墙后填土达到主动极限平衡状态时，作用于任一z深度处土单元的竖直应力应是大主应力，而作用于墙背的水平向土压力应是小主应力。由土的强度理论可知，当土体中某点处于极限平衡状态时，大主应力和小主应力间应满足以下关系式：zz1ap313黏性土：（3-3）或（3-4）)245tan(2)245(tan231c)245tan(2)245(tan213c无黏性土：（3-5）或（3-6）)245(tan231)245(tan213以，代入式（3-4）和（3-6），即得朗肯主动土压力计算公式为黏性土：（3-7）或（3-8）无黏性土：（3-9）或（3-10）ap3z1)245tan(2)245(tan2czpaaaaKczKp2)245(tan2zpaaazKp由式（3-10）可知：无黏性土的主动土压力强度与深度z成正比，沿墙高压力分布为三角形，作用在墙背上的主动土压力的合力即为分布图型的面积，其作用点位置在分布图型的形心处，土压力方向为水平，即（3-11）或（3-12）aEap)245(tan2122HEaaaKHE2212.被动土压力当墙在外力作用下挤压土体时，填土中任一点的竖向应力仍不变，而水平向应力却由小到大逐渐增大，直至出现被动朗肯状态。此时，作用在墙面上的水平向应力达到最大限值，即大主应力，而竖向应力为小主应力，即。利用（3-3）和（3-5）可得被动土压力强度计算公式：黏性土：（3-13）无黏性土：（3-14）zzpp13pppKczKp2ppzKp由上面两式可知，黏性土的被动土压力随墙高呈上小下大的梯形分布。单位墙长被动土压力合力为：黏性土：（3-15）无黏性土：（3-16）pppKcHKHE2212ppKHE221二、结构内力计算单支撑（锚杆）挡土桩计算一、桩顶锚固计算原理1、求桩的埋入深度02)32(2)(3)(,0223xhxKxhqKxhKxMApaa，得：即埋入深度为点取矩，令2、求锚拉力或支撑力)(31)(21)(310)(21)(3131)(0xhxEExhExhTExhExhxETxhTMxpqaAqaPAAB，即：，求＝，令解出3、求最大弯矩•根据最大弯矩处剪力为零，若桩顶往下y处剪力为0，则0212AaaTyqKyK622)(322yKyqKyTMKTKqKqKyaaAaaAaaa任意点锚固计算模型桩入坑底弹性嵌固桩入坑底固定计算原理•单支撑挡墙下端可能是弹性嵌固（铰结）或固定两种情况，即可将支挡桩按：一端弹性嵌固、一端简支的梁来研究。挡墙两侧分别作用主动和被动土压力。•在弯矩图中，若能确定弯矩为零点的位置，则可以在弯矩为零处将梁断开，以简支的方式计算。可以发现所得的该梁段的弯矩图和整梁计算时的弯矩图相似，则此段梁即为该整梁在该段的等值梁。一般地，挡墙净土压力为零的位置与弯矩为零点的位置很接近，因此可以按土压力零点位置断开。1、等值梁法的基本原理2、计算步骤•（1）计算土压力系数)245(tan2aK32~212sin)sin(coscospK2、计算步骤•（2）求桩的嵌入深度计算土压力为零点D的位置，即求右图中y值。aaapyKHKyHKyK)()(apaKKey对等值梁AD，按D点力矩平衡，求支撑力Ta及剪力Pd。•求出支撑力Ta及剪力Pd后，Pd和被动土压力对C点建立力矩平衡关系式，求取x值。3)(6131)(21xKKxxxKKxPapapa)(6apdKKPxyxt00)2.1~1.1(tt（3）求最大弯矩按简支梁先求出剪力为零点，该点即为最大弯矩点。多层锚杆（支撑）挡土桩计算多层锚杆挡土桩墙的计算方法主要有：（1）、整体等值梁法；（2）、分段等值梁法；（3）、二分之一分担法；（4）弹性法；（5）有限元法1、整体等值梁法计算原理多层锚杆（支撑）等值梁的计算原理与等值梁原理相似，把基坑下桩的弯矩零点F与桩顶A点之间的桩当作多跨连续梁，锚杆位置当作连续梁的支点，采用力矩分配法计算支点反力a)、挡墙视为一端嵌固在土中的悬臂桩；b)、挡墙视为两个支点的静定梁；支点为A及土中净土压力为零点；c)、挡墙视为三个支点的连续梁；三个支点为A、B及净土压力零点；d)、四个支点的三跨连续梁。计算步骤1.考虑摩擦，计算主被动土压力；2.计算土压力强度为零点距坑底距离；3.将地面至桩底的受力剖面，作为相应的连续梁支点及荷载图；4.计算梁的固定端弯矩；5.用弯矩分配法平衡支点弯矩；6.分段计算各支点反力并核算反力与荷载是否相等；7.计算桩墙的插入深度；8.以最大弯矩核算钢板桩、型钢的强度，计算灌注桩的截面及配筋。2、法分段等值梁•a)、挡墙视为一端嵌固在土中的悬臂桩；b)、挡墙视为两个支点的静定梁；支点为A及土中净土压力为零点；c)、挡墙视为三个支点的连续梁；三个支点为A、B及净土压力零点；d)、四个支点的三跨连续梁。计算原理•二分之一分担法是多层锚杆（支撑）支护结构设计计算方法之一，其主要原理是以Terzaghi和Peck修正土压力分布为前提，将上下各层锚杆（支撑）间按等距离分割，设定每层锚杆（支撑）承担与其相邻的两个半跨的土压力荷载值，该方法计算结果与实际工程出入较大，一般用于初步估算。（估算支撑轴力有一定的参考价值）3、二分之一分担法计算模型4、“m”法•对于多道支撑或多道锚杆支护结构，采用基床系数法“m”法进行计算。采用结构力学中的力法（位移法）求解支撑及锚杆内力。坑底以上的挡墙部分，采用一般结构力学方法计算内力。对于坑底以下的如土部分计算，在求得支撑力后，同样采用“m”法进行计算。计算原理三、基坑稳定性分析1.基坑的整体稳定性分析放坡开挖的基坑或者有支护的基坑,整体稳定性验算分析通常采用圆弧滑动法(如条分法)。在放坡开挖的基坑中,边坡失稳主要由于土方开挖引起的基坑内外压力差(包括水位差)。在有支护的基坑中,采用此方法验算支护结构和地基的整体抗滑动稳定性时,应注意支护结构一般有内支撑或外侧的锚拉结构和墙面垂直的特点,不同于边坡稳定验算的圆弧滑动,滑动面的圆心一般在挡墙上方,靠近内侧附近。通常试算应确定最危险的滑动面和最小安全系数。考虑内支撑作用时,通常不会发生整体稳定破坏。因此,对于只设一道支撑的支护结构,需验算整体滑动,对设多道内支撑时可不作验算。2.基坑的抗渗稳定性验算深度较大的基坑在动水压力的作用下,比较容易发生管涌的现象。所谓管涌是指在渗流水的作用下,土中的细小颗粒被冲走,土的空隙扩大,逐渐形成管状渗流通道的现象。基坑开挖过程中,由于降水使得基坑内外形成较大的水力梯度,产生较大的渗流力,如不加处理则可能在坑底或坑壁产生流砂或管涌的现象,造成基坑破坏或邻近建筑物的毁坏。因此,实际工程中通常在基坑周围设置止水帷幕,来抵抗渗流力。3.基坑底部土体的抗隆起稳定性分析在许多隆起稳定性的计算公式中,验算抗隆起的安全系数时,仅仅给出纯粘土(ψ=0)或纯砂土(c=0)的公式,很少同时考虑c,ψ。显然对于一般的粘性土,在土体抗剪强度中应包括和的因素。同济大学汪炳鉴等参照普朗特尔及太沙基的地基承载力公式,并将墙底面的平面作为求极限承载力的基准面,建议采用下式进行抗隆起稳定性验算,以求得墙体的插入深度:其中,q为基坑顶面的地面超载,kPa;D为桩(墙)的嵌入长度,m;H为基坑的开挖深度,m;c为桩(墙)底面处土层的粘聚力,kPa;(墙)底面处土层的内摩擦角,(º);(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度,kN/m3;Nq,Nc均为地基极限承载力的计算系数。用普朗特尔公式:qγcγcqs）（DHNDNKπtanψ2qe2ψ45tan）（。NapsMMKpM4.抗倾覆安全系数—被动土压力及锚杆力对桩底的弯矩，其中锚杆力由等值梁法求得—被动土压力对桩底的弯矩时，符合设计要求aM1.200≥sK‐谢谢观赏