人工挖孔扩底桩施工方案(通过专家论证)

1附件九1、深度16~20m孔桩原有护壁计算式一、参数信息1、基本参数护壁结构材料类型混凝土护壁结构外直径D(m)2挖孔桩开挖深度H(m)20地下水位深度ha(m)182、土层参数土层编号土类型土厚度h(m)土重度γ(kN/m3)粘聚力c(kPa)内摩擦角φ(°)饱和土重度γsat(kN/m3)水土合算1填土101933.11025否2淤泥22111028否3红粘土62116026否4微风化岩1.50000是5中风化岩60000是3、荷载参数类型荷载q(kpa)距支护边缘的水平距离a(m)垂直基坑边的分布宽度b(m)平行基坑边的分布长度l(m)作用深度d(m)满布荷载150--0条形局部荷载151515-0矩形局部荷载15151515154、计算系数安全系数K2护壁计算段长度h(m)1二、土压力计算2人工打孔桩荷载示意图1、水平荷载1）主动土压力系数Ka1=tan2（45°-φ1/2）=tan2（45-0/2）=1；Ka2=tan2（45°-φ2/2）=tan2（45-0/2）=1；Ka3=tan2（45°-φ3/2）=tan2（45-0/2）=1；Ka4=tan2（45°-φ4/2）=tan2（45-0/2）=1；Ka5=tan2（45°-φ5/2）=tan2（45-0/2）=1；2）土压力、地下水产生的水平荷载第1层土：0~11mH1'=[∑γ0h0+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ1=(0+15+15+15)/19=2.368m；Pak1上=γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=19×2.368×1-2×33.11×1=-21.228kN/m2；Pak1下=[γ1(h1+H1)]Ka1-2c1Ka10.5=(19×(11+2.368))×1-2×33.11×1=187.772kN/m2；第2层土：11~13mH2'=[∑γ1h1+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ2=(209+15+15+15)/21=12.095m；Pak2上=γ2H2'Ka2-2c2Ka20.5=21×12.095×1-2×11×1=231.995kN/m2；3Pak2下=[γ2(h2+H2)]Ka2-2c2Ka20.5=(21×(2+12.095))×1-2×11×1=273.995kN/m2；第3层土：13~15mH3'=[∑γ2h2+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ3=(251+15+15+15)/21=14.095m；Pak3上=γ3H3'Ka3-2c3Ka30.5=21×14.095×1-2×16×1=263.995kN/m2；Pak3下=[γ3(h3+H3)]Ka3-2c3Ka30.5=(21×(2+14.095))×1-2×16×1=305.995kN/m2；第4层土：15~18mH4'=[∑γ3h3+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ4=(293+15+15+15)/21=16.095m；Pak4上=γ4H4'Ka4-2c4Ka40.5=21×16.095×1-2×16×1=305.995kN/m2；Pak4下=[γ4(h4+H4)]Ka4-2c4Ka40.5=(21×(3+16.095))×1-2×16×1=368.995kN/m2；第5层土：18~20mH5'=[∑γ4h4+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ5=356+15+15+15/21=19.095m；Pak5上=[γ5H5'-γw(∑h4-ha)]Ka5-2c5Ka50.5+γw(∑h4-ha)=(21×19.095-10×(18-18)×1-2×16×1+10×(18-18))=368.995kN/m2；Pad5下=[γ5(H5+h5)-γw(∑h5-ha)]Ka5-2c5Ka50.5+γw(∑h5-ha)=(21×(19.095+2)-10×(20-18))×1-2×16×1+10×(20-18)=410.995kN/m2；护壁压力计算值取最不利的情况即：p=max(Pak5上、Pak5下)=Pak5下=410.995kN/m2；三、护壁结构计算1、材料参数护壁材料混凝土混凝土型号C30砼轴心抗压强度fc(N/mm2)8环向钢筋8@2004竖向钢筋8@2002、护壁的受力简图3、护壁壁厚及强度验算混凝土护壁轴心抗压强度：f=KpD/2t=2×410.995×2/(2×0.125)=6.576×106N/m2f≥fc=4×106N/m2不满足要求，增加壁厚度。4、护壁配筋验算人工挖孔桩护壁在侧向压力作用下，截面上同时作用有轴向力N和弯矩M，由于人工挖孔桩为圆心护壁且同一高度一圈作用力相同，可按《混凝土结构设计规范》中轴心受压公式进行计算。另：在井壁设计中一般采用对称配筋的方式。环向配筋计算N=pD/2=410.995×2/2=410.995×103N/m5σ=N/A=410.995/(1×0.125)=3.288×106N/m3井壁圆环截面配筋率μ=(σ-fc)/fy=(3.288-4)/270=-0.003As'=μth=-0.003×0.125×1=0×106mm2As=((h×103/Sl)+1)×Sa=301.8mm2≥As'配筋符合要求竖向配筋计算在施工过程中，井壁支护仅承受自重，其强度足够，一般不需验算。但考虑人工挖孔桩现场施工情况，存在井壁下部土方被掏空的情况，而使井壁支护处于悬挂状态，使井壁支护有可能在自重作用下被拉断的危险，故还需验算井壁支护竖向受拉钢筋。本计算书将人工挖孔桩护壁视为等截面，计算公式如下：Smax=G0/4Smax---井壁支护最大垂直拉力G0---井壁混凝土支护自重，G0=π×D×t×H×24竖向钢筋承载力As'=Smax/fy=(π×D×t×H×24)/(4×fy)=(3.14×2×0.125×20×24)/(4×270×103)=348.889mm2配筋不符合要求，建议增加竖向钢筋直径或缩小间距2、16~20m深度孔桩护壁验算计算式一、重新验算计算式1、基本参数护壁结构材料类型混凝土护壁结构外直径D(m)2挖孔桩开挖深度H(m)24地下水位深度ha(m)222、土层参数土层编号土类型土厚度h(m)土重度γ(kN/m3)粘聚力c(kPa)内摩擦角φ(°)饱和土重度γsat(kN/m3)水土合算1填土81933.113325否62淤泥221111028否3红粘土821161026否4微风化岩1.50000是5中风化岩60000是3、荷载参数类型荷载q(kpa)距支护边缘的水平距离a(m)垂直基坑边的分布宽度b(m)平行基坑边的分布长度l(m)作用深度d(m)满布荷载150--0条形局部荷载151515-0矩形局部荷载15151515154、计算系数安全系数K1.65护壁计算段长度h(m)1二、土压力计算7人工打孔桩荷载示意图1、水平荷载1）主动土压力系数Ka1=tan2（45°-φ1/2）=tan2（45-33/2）=0.295；Ka2=tan2（45°-φ2/2）=tan2（45-10/2）=0.704；Ka3=tan2（45°-φ3/2）=tan2（45-10/2）=0.704；Ka4=tan2（45°-φ4/2）=tan2（45-10/2）=0.704；Ka5=tan2（45°-φ5/2）=tan2（45-10/2）=0.704；2）土压力、地下水产生的水平荷载第1层土：0~12mH1'=[∑γ0h0+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ1=(0+15+15+15)/19=2.368m；8Pak1上=γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=19×2.368×0.295-2×33.11×0.543=-22.694kN/m2；Pak1下=[γ1(h1+H1)]Ka1-2c1Ka10.5=(19×(12+2.368))×0.295-2×33.11×0.543=44.566kN/m2；第2层土：12~14mH2'=[∑γ1h1+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ2=(228+15+15+15)/21=13m；Pak2上=γ2H2'Ka2-2c2Ka20.5=21×13×0.704-2×11×0.839=173.733kN/m2；Pak2下=[γ2(h2+H2)]Ka2-2c2Ka20.5=(21×(2+13))×0.704-2×11×0.839=203.301kN/m2；第3层土：14~15mH3'=[∑γ2h2+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ3=(270+15+15+15)/21=15m；Pak3上=γ3H3'Ka3-2c3Ka30.5=21×15×0.704-2×16×0.839=194.91kN/m2；Pak3下=[γ3(h3+H3)]Ka3-2c3Ka30.5=(21×(1+15))×0.704-2×16×0.839=209.694kN/m2；第4层土：15~22mH4'=[∑γ3h3+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ4=(291+15+15+15)/21=16m；Pak4上=γ4H4'Ka4-2c4Ka40.5=21×16×0.704-2×16×0.839=209.694kN/m2；Pak4下=[γ4(h4+H4)]Ka4-2c4Ka40.5=(21×(7+16))×0.704-2×16×0.839=313.182kN/m2；第5层土：22~24mH5'=[∑γ4h4+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ5=438+15+15+15/21=23m；Pak5上=[γ5H5'-γw(∑h4-ha)]Ka5-2c5Ka50.5+γw(∑h4-ha)=(21×23-10×(22-22)×0.704-2×16×0.839+10×(22-22))=313.182kN/m2；Pad5下=[γ5(H5+h5)-γw(∑h5-ha)]Ka5-2c5Ka50.5+γw(∑h5-ha)=(21×(23+2)-10×(24-22))×0.704-2×16×0.839+10×(24-22)9=348.67kN/m2；护壁压力计算值取最不利的情况即：p=max(Pak5上、Pak5下)=Pak5下=348.67kN/m2；三、护壁结构计算1、材料参数护壁材料混凝土混凝土型号C30砼轴心抗压强度fc(N/mm2)6环向钢筋8@200竖向钢筋8@1302、护壁的受力简图3、护壁壁厚及强度验算混凝土护壁轴心抗压强度：f=KpD/2t=2.5×348.67×2/(2×0.195)=4.47×106N/m210f＜fc=6×106N/m2满足要求！4、护壁配筋验算人工挖孔桩护壁在侧向压力作用下，截面上同时作用有轴向力N和弯矩M，由于人工挖孔桩为圆心护壁且同一高度一圈作用力相同，可按《混凝土结构设计规范》中轴心受压公式进行计算。另：在井壁设计中一般采用对称配筋的方式。环向配筋计算N=pD/2=348.67×2/2=348.67×103N/mσ=N/A=348.67/(1×0.195)=1.788×106N/m3井壁圆环截面配筋率μ=(σ-fc)/fy=(1.788-6)/270=-0.016As'=μth=-0.016×0.195×1=-0.003×106mm2As=((h×103/Sl)+1)×Sa=301.8mm2≥As'根据构造进行配筋，环向Φ8@200，竖向Φ10@200~300mm钢筋，上一段竖向筋插入下一段混凝土中，长度不小