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1、排桩支护可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩。图3-5 排桩支护的类型第1页/共59页(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,以稀疏钻孔灌注桩或挖孔桩支挡土坡,如图3-5a所示。(2)连续排桩支护(图3-5b):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,如图3-5c所示。也可采用钢板桩、钢筋混凝土板桩,如图3-5d、e所示。(3)组合式排桩支护:在地下水位较高的软土地区,可采用钻孔灌注排桩与水泥土桩防渗墙组合的方式,如图3-5f所示。第2
2、页/共59页(1)无支撑(悬臂)支护结构:当基坑开挖深度不大,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,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,以减少挡墙的压力。第3页/共59页悬臂式围护结构内力分析(排桩、板桩)计算简图(均质土)排桩变位净土压力分布简化处理后的净土压力分布第4页/共59页第5页/共59页 静力平衡法当板桩处于平衡状态,此时所对应的板桩的入土深度即是保证板桩稳定的最小入土深度。根据板桩的静力平衡条件可以求出该深度。作用在板桩上的水平力之和等于0,各力距任一点力矩之和等于0的静力平衡条件,建立
3、静力平衡方程t第6页/共59页 土压力计算(朗肯土压力理论)确定板桩入土深度 t 基坑底土压力thDz1z2pah地面超载第7页/共59页thDz1z2pah 确定净土压力p=0的深度D第8页/共59页thDz1z2pah 确定深度 h+z1及h+t 处的净土压力第9页/共59页 确定最小入土深度 t 当板桩入土深度达到最小入土深度 t 时,应满足作用在板桩上的水平力之和等于0,各力距任一点力矩之和等于0的静力平衡条件,建立静力平衡方程,可以求得未知量 z2 及板桩最小入土深度 t:求解上述联立方程,可以得到未知值 z2,t(也可以采用试算法计算),为安全起见,计算得到的 t 值还需乘以1.1
4、的安全系数作为设计入土深度,即实际的入土深度=1.1t。第10页/共59页 板桩内力计算 计算板桩最大弯矩时,根据在板桩最大弯矩作用点剪力等于0的原理,可以确定发生最大弯矩的位置及最大弯矩值。对于均质无粘性土(c=0,q0=0),根据图示关系,当剪力为0的点位于基坑底面以下深度 b 时,则有:解出b后,即可求得Mmax:hbz1第11页/共59页 布鲁姆法(均质土)基本原理:布鲁姆法以一个集中力 Ep代替板桩底出现的被动土压力,根据该假定建立静力平衡方程,求出入土深度及板桩内力。计算板桩入土深度 t 对板桩底C点取力矩,由Mc=0得到:OhtluEpEpE4E1E2E3PCxxma第12页/共
5、59页 在均质土条件下,净土压力为0的O点深度可根据墙前与墙后土压力强度相等的条件算出(不考虑地下水及顶面均布荷载的影响,c=0,q0=0):代入前式求解方程后可求得未知量x,板桩的入土深度按下式计算:t=u+1.2x 为便于计算,建立了一套图表,利用该图表,可用图解法确定未知量 x 值,其顺序如下:u 令中间变量:第13页/共59页v 再令:w 根据求出的m、n值,查图表确定中间变量,从而求得:x=l,t=u+1.2x第14页/共59页第15页/共59页 内力计算 最大弯矩发生在剪力Q=0处,如图设O点以下xm处的剪力Q=0,则有:最大弯矩:OhtluEpEpE4E1E2E3PCxxma第1
6、6页/共59页题1:某悬臂板桩围护结构如图示,试用布鲁姆法计算板桩长度及板桩内力。6mluE3E1E2Paq=10kN/m2 c=0=34=20kN/m3第17页/共59页解:板桩长度第18页/共59页查表,=0.67,x=l=0.676.57=4.4mt=1.2x+u=1.24.4+0.57=5.85m板桩长=6+5.85=11.85m,取12m。第19页/共59页 计算最大弯矩第20页/共59页单支点围护结构内力分析(排桩、板桩)顶端支撑的排桩结构,有支撑的支撑点相当于不能移动的简支点,埋入地中的部分,则根据入土深度,浅时为简支,深时为嵌固。在确定板桩的入土深度时,太浅则踢脚破坏,较深时则
7、不经济。比较合理的入土深度为下图所示的第3种状态所处的入土深度。一般按该种状态确定板桩的入土深度 t。第21页/共59页第22页/共59页第23页/共59页第24页/共59页第25页/共59页第26页/共59页 内力计算方法(均质土)静力平衡法(埋深较浅,下端铰支,前图a计算图式)根据图示所示静力平衡体系,根据A点的力矩平衡方程及水平方向的力平衡方程,可以得到两个方程:根据上述方程求解出板桩的入土深度 t 及反力 R htREpEaAd第27页/共59页对支撑 A 点取力矩平衡方程:由水平方向的静力平衡方程:根据剪力为 0 的条件,可以求得最大弯矩的位置:板桩截面最大弯矩:第28页/共59页等
8、值梁法 图中(a)为一超静定梁,其弯矩图如(b)所示。靠近固端的弯矩零点(反弯点)为F。若将此梁从F点处截开,断面处将无弯矩,可以用一自由支座代替,如图(c)所示的简支梁AF;则AF与原梁中AF段的弯矩分布相同,AF梁称为AE梁的等值梁。如何确定反弯点的位置。对单锚或单撑支护结构,地面以下土压力为零的位置,即主动土压力等于被动土压力的位置,与反弯点位置较接近。第29页/共59页 等值梁法 基本原理:将板桩看成是一端嵌固另一端简支的梁,单支撑挡墙下端为弹性嵌固时,其弯矩分布如图所示,如果在弯矩零点位置将梁断开,以简支梁计算梁的内力,则其弯矩与整梁是一致的。将此断梁称为整梁该段的等值梁。对于下端为
9、弹性支撑的单支撑挡墙,弯矩零点位置与净土压力零点位置很接近,在计算时可以根据净土压力分布首先确定出弯矩零点位置,并在该点处将梁断开,计算两个相连的等值简支梁的弯矩。将这种简化方法称为等值梁法。第30页/共59页RaABBQBQBGEpBGhtREaEpEa2Ah0aDBGCuxxt0(kp-ka)x对单锚或单撑支护结构,地面以下土压力为零的位置,即主动土压力等于被动土压力的位置,与反弯点位置较接近。第31页/共59页 计算步骤u 计算净土压力分布 根据净土压力分布确定净土压力为0的B点位置,利用下式算出B点距基坑底面的距离 u(c=0,q0=0):v 计算支撑反力 计算支撑反力Ra及剪力QB。
10、以B点为力矩中心:第32页/共59页以A点为力矩中心:w 计算板桩的入土深度 由等值梁BG取G点的力矩平衡方程:可以求得:第33页/共59页板桩的最小入土深度:t0=u+x,考虑一定的富裕可以取:t=(1.11.2)t0 x 求出等值梁的最大弯矩 根据最大弯矩处剪力为0的原理,求出等值梁上剪力为0的位置,并求出最大弯矩 Mmax。注意:以上两种情况计算出的支撑力(锚杆拉力)为单位延米板桩墙上的数值,如支撑(锚杆)间距为 a,则实际支撑力(锚杆拉力)为 aR。第34页/共59页例题:某单支撑板桩围护结构如图示,试用等值梁法计算板桩长度及板桩内力。1m9.0muEaaq=28kN/m2 c=6kP
11、a=20=18kN/m3xx0Ra第35页/共59页解:土压力计算 u的计算第36页/共59页 Ra、QB的计算第37页/共59页 入土深度 t 的计算取t=13.0m,板桩长=10+13=23m 内力计算求Q=0的位置 x0第38页/共59页第39页/共59页 弹性抗力法(弹性支点法、地基反力法)基本原理:将桩墙看成竖直置于土中的弹性地基梁,基坑以下土体以连续分布的弹簧来模拟,基坑底面以下的土体反力与墙体的变形有关。计算方法 墙后土压力分布:直接按朗肯土压力理论计算、矩形分布的经验土压力模式(我国较多采用);地基抗力分布:基坑开挖面以下的土抗力分布根据文克尔地基模型计算:ks:地基土的水平基
12、床系数第40页/共59页EaEaR1RnR1Rn 支点按刚度系数 kz的弹簧进行模拟,建立桩墙的基本挠曲微分方程,解方程可以得到支护结构的内力和变形。第41页/共59页【实例1】某基坑采用地下连续墙加内力支撑支护结构,支撑位置在坑顶下2.0m,平面间距3.0m,土层为粘土,=18kN/m3,=100,c=10kPa,计算每根支撑的轴力值。H=8m 第42页/共59页68.4第43页/共59页h=10m第44页/共59页第45页/共59页基坑的基坑的稳定定验算算 基坑稳定验算的基本内容 整体稳定验算(边坡稳定、倾覆稳定、滑移稳定);基坑抗隆起稳定;基坑抗渗流稳定。第46页/共59页 基坑抗隆起稳
13、定基坑隆起开挖较深软土基坑时,在坑壁土体自重和坑顶荷载作用下,坑底软土可能受挤在坑底发生隆起现象;基本假定 参照太沙基、普朗得尔地基承载力理论;支护桩底面的平面作为极限承载力基准面;基坑抗隆起安全系数:第47页/共59页建筑地基规范中的验算方法当坑底为一般粘性土时,可参照Prandtl和Tarzaghi的地基承载力公式,并将支护桩底面的平面作为求极限承载力的基准面,其滑动线形状如图所示。假设支护结构入土深度为d,可按下式计算抗隆起安全系数:式中,d为墙体入土深度;h为基坑开挖深度;1、2为墙体外侧及坑底土体重度;q为地面超载;Nc、Nq为地基承载力系数。第48页/共59页第49页/共59页太沙
14、基太沙基被动区过渡区第50页/共59页 承载力系数 普朗得尔公式:安全系数:Ks1.11.2 太沙基公式:安全系数:Ks1.151.25第51页/共59页 建筑地基基础设计规范推荐公式Nc:承载力系数,条形基础取Nc=5.14;0:抗剪强度,由十字板试验或三轴不固结不排水试验确定;t:支护结构入土深度;其余参数与前述相同。第52页/共59页 简化计算方法 假定地基破坏时发生如下图所示滑动面,滑动面圆心在最底层支撑点A处,半径为x,垂直面上的抗滑阻力不予考虑,则滑动力矩为:稳定力矩为:Su滑动面上不排水抗剪强度,对于饱和软粘土,则=0,Su=cu。定义安全系数 K=Mr/Md 第53页/共59页
15、如基坑处土质均匀,则基坑抗隆起安全系数为:第54页/共59页例题:某基坑深H=6.2m,地面荷载q=20kN/m2,地基土为均质土=17kN/m3,c=25kPa,底部支撑=81.8,按简化计算方法验算其抗隆起稳定性。解:均质土地基,Su=c=25kPa基坑抗隆起安全系数不能满足抗基坑隆起稳定要求。第55页/共59页 基坑抗渗流稳定 基坑底面抗流砂稳定适用:粉土、砂土hwhhd第56页/共59页 基坑底面突涌稳定性m:透水层以上土的饱和重度pw:含水层水压力。tht承压水不透水层第57页/共59页 某基坑采用地下连续墙加内力支撑支护结构,支撑位置在坑顶下2.0m,平面间距3.0m,土层为粘土,=18kN/m3,=100,c=10kPa,计算每根支撑的轴力值。基坑深8米。作业基坑深10米。第58页/共59页感谢您的观看。第59页/共59页