排桩支护设计及计算.docx
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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
6~10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φ600mm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φ600mm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φ800～
1000mm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，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φ800～1000mm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（H0）和对桩底截面的力矩均衡方程
（M0）。
（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
n
ihi）tan2（450
2Cntan（450
ean
（qn
n
/2）
n/2）
i
1
（8-1）
第n层土底面对板桩墙底被动土压力为
n
epn
（qn
ihi）tan2（450
n
/2）
2cntan（450
n/2）
i
1
（8-2）
qn——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；
h
n——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
2
20kN/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：
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
1.2~4；
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
ea3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
；
ea2
ep2
4）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:
H
0
Ea
（ep3
ea3）（ep2ea2）
z
（ep3
ea3）t0
0
（8-3）
2
2
M0
Ea
（t0y）
z
（ep3ea3）（ep2
ea2）
z
（ep3
t0
t0
0
ea3）
3
2
3
2
（8-4）
整理后可得t0的四次方程式:
6Eay（ep1ea1）4Ea2
4
ep1
ea1
t
3
6Ea
（ep1ea1）t0
0
t0
0
2（2y
2
（8-5）
式中
ntan2
（450
n/2）
tan2（450
n/2）
求解上述四次方程，即可得板桩嵌入
d点以下的深度
t0值。
为安全起见，实质嵌入坑底面以下的入土深度为
t
u
0
（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
（h
b）2
Ka0
Kp
2
（8-7）
2
式中
Ka
tan2（450
/2）
Kp
tan2（450
/2）
;
由上述解得b后，可求得最大弯矩
h
b（hb）2
Ka
bb2
Kp
3
Ka
3
Kp
Mmax
3
32
（hb）
b
6
（8-8）
2.布鲁姆（Blum）法
布鲁姆（
H.Blum）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8－21
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
Mc0有
P（l
xa）
x
0
Ep
（8-9）
3
Ep
（Kp
Ka）x
x
（Kp
Ka）x2
式中
2
2
代入式（8-9）得
P（l
x
a）
（Kp
Ka）
x3
0
6
化简后得
x3
6
P
x
6
P（la）
0
（kP
ka）
（KP
Ka）
（8-10）
式中P——主动土压力、水压力的协力；
a
——
P协力距地面距离；
lh
u
u——土压力为零距坑底的距离，可依据净土压力零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。
Kah
u
（KpKa）
（8-11）
从式（8-12）的三次式计算求出
x值，板桩的插入深度
t
u
（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
3
6
P
（
1）
6a
P
l2
（Kp
Ka）
3（Kp
Ka）
l
m
6
P
n
6a
P
l2（Kp
Ka）
l3（Kp
Ka）
再令
，
3
m（
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:
t
l
（8-14）
最大弯矩在剪力
＝0处，设从O点往下
x
m处＝0，则有
Q
Q
a土压力散布
b
弯矩图
图8-8挖孔桩悬臂挡墙计算
P
（K
p
K
a
）x2
0
2
m
xm
2
P
（Kp
Ka）
（8-15）
最大弯矩
Mmax
P（l
xm
a）
（Kp
Ka）xm3
6
（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
φ100cm挖孔桩，基坑开挖深度
，基
坑边堆载q＝10kN/m
2（图8-8）。
地基土层自地表向下分别为：
（1）粉质黏土：
可塑，厚
1.1～；
（2）中粗砂：
中密～密实，厚
2～5m，
0
3
＝34，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
Ka
tan2（450
/2）
tan2（450
340/2）
2
Kp
tan2（450
/2）
tan2（450
340/2）
2
ea1
qKa
10
2
ea2
（q
h）Ka
（10
20
2
u
hKa
（Kp
Ka）
0.28）
P
2
2
6
6
2
2
a
2
3
2
m
6
P
6
（Kp
Ka）
0.28）
2
n
6
P
6
（Kp
Ka）l3
0.28）
3
查布鲁姆理论的计算曲线，得
x
l
6.
t
u
4.400.565.84m
桩的总长：
6+5.84=11.84m，取。
2.求最大弯矩最大弯矩地点：
2
P
xm
Ka）
20（3.530.28）
（Kp
最大弯矩：
Mmax
P（l
xm
（KpKa）xm
3
a）
6
0.281.983）
（6.561.984.04）
492.61kN?
m
6
3.截面配筋
预选桩径d＝100cm，钢筋保护层厚度
a＝5cm，钢筋笼直径d1d2a（10025）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/cm
2
选
25，Ag
钢筋总抗弯刚度能力
M
4AgRg（y1
y2
ym1
ym/2）
0.45/2）kNm931.5kNm
b
取桩的实质间距为
a钢筋部署图
8-9
b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R＝
w
Na
2d1Rw2
90
51.1kN
n
20
受压区每根钢筋截面积为
'
AgRgNa
34
2
2
Ag
Rg'
34
cm
14，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1/2Mmax弯矩点，试算地面下5.5m处土的主动土压力强度：
a
htan2（450
/2）（10
205.5）
2kN/m2
33.7kN/m2
M
1
33.762
202.2kNm
1Mmax
264.3kNm
6
2
所以，开挖桩钢筋笼中，竖向钢筋的配置为：
上部5m：
5
25mm＋5
14mm
下部7m：
10
25mm＋10
14mm
14m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tmin。
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tmin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
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