PHC管桩在基坑支护工程中的应

市政设施包括 地下管线（煤气、上水、下水、动力电
缆、通讯电缆等五大管线）； 变电站、泵房； 地下构筑物。
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在地下管线中，煤气管线最为敏感，一旦 有所损坏，后果非常严重。不同年代的管 道，接头的方法不同，对差异沉降的承受 能力也各不相同，尤其是年代久远的煤气 管道更容易折断破裂。
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均布和局部均布荷载作用下的主动土 压力
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3、内力及变形计算
管桩支护结构属于排桩支护结构的一种 形式，管桩支护结构类型： 1、悬臂结构：无撑无锚 ； 2、单支点结构：一道撑或一道锚； 3、多支点结构: 多道撑或多道锚。
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水泥挡土墙式
常 用 的 支 护 排桩与板墙式 结 构 体 系
等值梁，这样就将 一次超静定结构简 化为静定结构。 求ac梁上Q=0的点， 求Mmax
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解析方法
解析方法是通过将挡土结构分成有限个 区间，建立弹性微分方程，再根据边界 条件和连续条件，求解挡土结构内力和 支撑轴力。
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数值分析方法
古典分析方法和解析方法由于在理论上 存在各自的局限性而难以满足复杂基坑 工程的设计要求，随着基坑工程的发展 和计算技术的进步，目前常用的数值分 析方法主要有平面弹性地基梁法和平面 连续介质有限元法，北京理正，同济启 明星等软件都是采用此类方法计算。
在坑内水位以下按矩形分布计算，即水 压力沿深度不变，不计作用于围护结构 被动土压力侧的水压力。
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无地下水渗流时的水压力分布
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有地下水渗流时，作用在围护结构外侧 的水压力：
在坑内水位以上按静水压力三角形分布 计算；
在坑内水位以下按倒三角形分布计算。
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考虑渗流时的简化分布图式
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工程勘察报告
提供基坑工程设计所需的土工参数指标， 如供计算土压力之用的抗剪强度指标、土 层的渗透系数等；
评价地下水对基坑工程的影响，提出降水 或截水方案的建议；
对基坑方案提出初步的建议，并论证实施 这些建议方案的条件和设计、施工应注意 的问题；
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提供场地地下障碍物的分布范围、埋藏 深度、分散程度以及挖除处理方法的建 议；
PHC管桩在基坑支护 工程中的应用
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内容
一、 概述 二 、 管桩支护结构设计方法与步骤 三 、构造与细节的几个注意点 四 、应用实例
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一、 概述
随着城市建设的发展，城市建筑用地越 来越紧，价格也越来越高，因此，一些 高层建筑逐步向地下发展，带动了地下 空间的开发，由此出现了大量的深基坑 工程，深基坑支护问题应运而生。
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虽然基坑支护是一项临时性的工程，但它 在建筑物的建造过程中却是一项非常重要 的工作，它直接关系到工程造价的高低， 工期的长短，直接关系到施工和周围环境 的安全，社会影响面很广。
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目前深基坑支护普遍存在以下难题： 1、基坑挖土深， 2 、施工难度大； 3、造价控制紧； 4、环境很复杂； 5、工期要求严。 因此，基坑支护设计，选择技术可行、
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多支点结构示意图
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计算方法
管桩支护结构内力及变形的计算方法： 古典分析方法; 解析方法; 数值分析方法。
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古典分析方法
古典分析方法：不考虑墙体及支撑的变 形，将土压力作为外力施加于支护结构 ，然后通过求解水平方向合力及支撑点 弯矩为零的方程得到结构内力。
包括：静力平衡法、等值梁法
理论计算的结果虽然是在简化假定的基 础上求得的，但和试验的结果却非常吻 合，至少可以说明刚性墙的土压力分布 的不同图形是由于墙的位移性质所决定 的。
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水土合算与水土分算
在土压力计算公式中，要用到土的重度 指标，这反映了土体的自重对土压力的 影响。
所谓水土合算和水土分算，就是在计算 公式中，土的重度是用天然重度还是浮 重度，在物理概念上是土中水对挡墙的 作用如何考虑的问题。
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土工指标
采用水土分算的方法计算土压力，则应 提供有效强度指标；采用水土合算的方 法，则应提供总应力指标。最好用三轴 CU试验，如果没有条件，采用直剪固快 试验也是可以的。
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作用于支护结构的水压力
无地下水渗流时，作用在围护结构外侧 的水压力：
在坑内水位以上按静水压力三角形分布 计算；
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目前，混凝土管桩的应用情况： 抗压桩 大量使用 主要承担竖向压力 抗拔桩 少量使用 主要承担拉力 抗弯桩 很少使用 主要承担侧向力
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近年来，理论研究和工程应用表明： PHC管桩用作深基坑支护结构的抗弯构
件， 不仅技术上可行，而且对提高施工
效率，缩短工期，节约造价非常有利， 同时又具有很好的环境效应。
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取支点处 ΣM=0，求桩的入土深度， ΣX=0，求T， 求Q=0的点位， 求Mmax
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等值梁法
适用于下端为固定支承的单锚式挡土结 构
当挡土结构的入土深度较深，或下端土 质较好时，结构下 端可视为固定支承，
计算简图如右图 所示，为一次超 静定结构。
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将土压力零点近似作为弯矩零点，ac梁 即为ab梁上ac梁的
造价合理、安全可靠的方案，我们需 要考虑许多因素的平衡。
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近十多年来，混凝土管桩的生产和应用，发 展迅猛，目前，仅江浙沪三地，管桩的生产厂家 就超过了200家，年产管桩2亿多延米。
由于混凝土管桩具备许多优点，因此，在全 国各地被大量使用和推广。 管桩的优点： 1、单桩承载力高、 2、施工速度快、施工工期短、 3、造价便宜、 4、施工现场文明、整洁
提供场地平整时回填土的情况，包括回 填材料、密实度及在场地的分布情况以 及暗浜的分布范围及其深度；
提供各种必要的图件和表格。
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环境调查资料
调查基坑周边邻近建筑物和市政设施的基本 情况，
研究它们对土体变形的承受能力和敏感程度 ，确定控制标准。
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基坑周边建筑物情况
调查范围： 应根据周围建筑物的实际情况确定，一
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经典土压力理论得到的是极限值
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基坑尚未开挖时作用在围护结构墙面上 的是静止土压力，此时土体处于完全弹 性状态。
基坑开挖以后土体处于塑性局部发展的 过程中，墙后和墙前的土压力都没有达 到极限状态，处在图 中的两条不同的曲 线上，而按经典土压力理论计算的仅是 曲线的两个端点。
至于塑性发展的过程，经典土压力理论 并没有给出解答，迄今为止，还没有解 析的方法可以计算这个过程。
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采用北京理正或同济启明星等软件可以 方便地对管桩支护结构进行内力和位移 计算，自动绘出内力及位移包络图，有 撑或锚时还给出支点力。
从不同的概念出发，建立在不同假定的 基础上，采用不同的强度指标，可以得 出不同的计算方法。
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总应力法计算
水土分算：地下水作用单独考虑，土压 力用浮重度计算，但内摩擦角则用总应 力指标计算：
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水土合算：地下水的作用合在土的重度 中反映，故采用饱和重度计算，内摩擦 角也采用总应力指标：
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悬臂结构示意图编辑Fra bibliotek件单支点结构
单支点结构：依靠一道撑或一道锚来维持基坑 稳定，一般用于挖深不大的基坑工程。锚一般 采用土层锚杆；土层锚杆要求具有比较好的地 质条件，同时还必须有足够开阔的场地条件或 者容许锚杆可以伸入红线以外的土层中。
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单支点结构示意图
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多支点结构
多支点结构：依靠多道撑或多道锚来维持基坑 稳定，对于深基坑可以采用多道撑或多道锚来 平衡土压力，因而可以适用于开挖得较深的基 坑。
般在基坑外缘以外20～50m范围内，基 坑浅用下限，基坑深用上限。
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调查的内容包括： 建筑物的分布情况； 建筑物与基坑边线的距离，与红线的距
离； 建筑物的平面尺寸、层数、高度，建筑
物的性质，结构特点、基础型式、基础 埋深； 在基坑开挖前建筑物已有的裂缝和倾斜 等情况。
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基坑周边市政设施情况
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管桩挡墙虽然由单个桩体组成，但其竖 向受力形式与板式结构是类似的，其区 别在于分离布置的管桩之间不能传递剪 力和水平向的弯矩，在设计中一般通过 在水平向设置围懔来加强桩墙的整体性 。
计算时，一般将桩墙按抗弯刚度相等的 原则，等价为一定厚度的板式结构进行 内力分析，仅考虑桩体竖向受力和变形 。
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施工荷载
通常考虑20kPa施工荷载，如果过大的超 载无法避免，则应在设计时加以考虑。
对于设计时没有考虑的超载必须严格禁止 出现。
施工荷载还包括塔吊的荷载以及其它建筑 机械的荷载；如挖土机械利用支撑承载， 在支撑设计时必须计入机械的荷载作用。
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永久性荷载
基坑设计的永久性荷载主要是：基坑周 边建筑物的基础底面荷载，这种荷载对 基坑稳定性有一定的影响。当建筑物距 基坑比较近，由这些永久性荷载产生的 土压力就不能忽视。
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二、管桩支护结构的设计方法与步骤
1、资料搜集 2、荷载计算 3、内力及变形计算 4、管桩强度验算 5、稳定性验算
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2、资料搜集
基坑支护设计时必须搜集下列资料：
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主体结构设计图纸
至少应有建筑物的总平面图、地下室结 构平面和剖面图、桩位图，以明确基坑 边线与红线的关系、确定挖土深度和挖 土范围。
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经典土压力理论只能计算刚性界面上的 接触压力
经典土压力理论没有考虑挡墙本身的变形， 即将挡墙作为完全刚性的，只考虑挡墙的平 移或转动等刚性位移。
但在基坑工程中，排桩式和板式支护结构都 是柔性的，会产生比较大的变形，而且在支 撑和锚杆的约束下，支护结构的变形非常复 杂，目前也没有解析的方法可以计算柔性挡 墙与土体的接触压力。
边坡稳定式
深层搅拌水泥土桩墙
高压喷射注浆桩墙
粉体喷射注浆桩墙
灌注桩
排桩式
混凝土管桩
板桩式
钢板桩
钢管桩
型钢横挡板
板墙式
现浇地下连续墙
组合式
加筋水泥土墙
土钉墙 喷锚支护
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加筋水泥土围护墙
灌注桩与 水泥土桩结合
悬臂结构
悬臂结构：是依靠自身的刚度和强度维持稳 定的支护结构。当重力式挡墙因场地宽度不 够而不能采用时，悬臂式挡墙就能克服这个 缺点，但悬臂式挡墙的位移比较大，难以满 足周边环境的严格要求，一般只能用于浅基 坑。
基坑周边道路情况
调查周边地区道路的数量、性质，路面 结构；
了解道路交通流量、通行规则；道路路 面的损坏情况及已经修复的情况。
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基坑工程施工条件
包括： 施工装备；检测设备； 施工队伍的经验、技术水平与管理水平。
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2、 荷载计算
作用在支护结构上的水平荷载： 主要有
土压力、水压力； 施工荷载； 永久荷载；
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经典土压力理论是在平面应变条件下 的解答
无论是库仑理论，还是朗肯理论，都是平 面应变条件下的解答，没有考虑末端的影 响。
而实际的工程条件总是有限长的，在长边 方向的中部，比较接近于平面条件，但在 基坑的转角处则与平面问题假定相距甚远 ，存在末端的影响。
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实测与理论分析的结果都说明：土压力 的分布与墙的位移条件有着密切关系。
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土压力 、水压力
关于土压力的计算，规程规定：采用朗 肯理论计算。在考虑土中水对侧向压力 的影响时，规程作了规定，即砂土和粉 土采用水土分算，粘性土采用水土合算 。
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经典土压力理论
经典土压力理论： 1、得到的是极限值 2、只能计算刚性界面上的接触压力 3、是在平面应变条件下的解答
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被动土压力
考虑到发挥主动极限状态和被动极限状 态所需的位移不同，在主动土压力一侧 出现极限状态时，挡墙的内侧远未达到 极限状态，因此不可能发挥全部的被动 土压力。
鉴于这种考虑，有的规范规定对按被动 极限状态计算的土压力必须乘以小于1的 经验系数，作为被动土压力。
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静力平衡法
适用于悬臂式挡土结构和下端自由支承 的单锚式挡土结构。
1、悬臂式挡土结构： 计算简图如右图，
按悬臂梁计算。 找出Q=0的点， 求Mmax。
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2、下端为自由支承的单锚式挡土结构： 当挡土结构的入土深度不太深，或
下端土质较差时，结构下端可视为自 由支承，计算 简图如右图所 示， 按简支梁计算。