5.排桩支护技术-5-王亚军

内撑体系根据不同开挖深度又可采用单层水平支撑及多层水 平支撑。
图4－3 单支撑支护结构
图4－4 多支撑支护结构
图4－5 空间支护体系
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锚拉式支护结构由支护结构体系和锚固体系两部分组成。支 护结构体系同于内撑式支护结构。锚固体系可分为锚杆式 （图1）和地面拉锚式（图2）两种。随基坑深度不同，锚杆 式也可分为单层锚杆、多层锚杆。
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钢板桩＋水平支撑
U型钢板桩
插打
入土
U型板桩相互连接
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SMW工法（劲性水泥土搅拌桩）--板式支护-钢板桩
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深层搅拌桩
型钢
SMW工法桩组合支护 13
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二、排桩的类型及止水
根据单个桩体的平面排列方式不同，排桩可分为： 分离式、咬合式、双排式、相切式、交错式、格栅式 等。
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悬臂桩支护结构
悬臂式支护结构常采用钢筋混凝土排桩、木板桩、钢板 桩、钢筋混凝土板桩等型式。 悬臂式支护结构依靠足够的入土深度和结构的抗弯能力 来维持整体稳定和结构的安全。 悬臂式结构对开挖深度很敏感，容易产生较大的变形， 对相邻建(构)筑物产生不良影响。
悬臂式支护结构适用于土质较好、 开挖深度较浅（一般在6m以内）的 基坑工程。
一、排桩围护结构的概念 二、排桩的类型及止水 三、排桩围护结构的应用
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一、排桩围护结构的概念
排桩围护结构：是采用连续的柱列式排列的桩 体形成的围护结构。 根据排桩中单个桩体的成桩工艺的不同，可分 为：钻孔灌注桩、预制混凝土桩、挖孔桩、压浆桩、 SMW工法（型钢水泥土搅拌桩）等。 横截面形状主要有圆形和板状两大类。
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按基坑开挖深度及支挡结构受力情况，排桩支护可分为 以下几种情况：可将排桩分为：悬臂桩支护结构、单层支 撑（锚拉）桩支护结构、多层支撑（锚拉）桩支护结构。
（1）悬臂桩支护结构：当基坑开挖深度不大，即可利用悬臂作用挡住 墙后土体。 （2）单层支撑（锚拉）桩支护结构：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）多层支撑（锚拉）桩支护结构：当基坑开挖深度较深时，可设置 多道支撑，以控制挡墙的位移。
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一、悬臂桩的设计计算内容
(1) 悬臂桩嵌固深度的确定。 (2) 支护结构体系的内力分析和结构强度计算。 (3) 基坑的稳定性验算。 (4) 基坑底抗渗流稳定验算。 (5) 基坑的变形计算，内容包括支护结构的侧向位移、 坑外地面的沉降和坑底隆起等项目。
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二、悬臂桩的设计计算原理
悬臂桩主要依靠嵌入土内的深度，来平衡自重应力、地面 荷载及渗流等形成的侧压力。因此首先要计算嵌固深度。 其次还要计算桩所承受的最大弯距，以便核算钢板桩的截 面及灌注桩直径和配筋。
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分离式排桩适用性
1. 软土地层中一般适用于开挖深度不大于20m的深基坑工程。 2. 地层适用性广，对于从软粘土到粉砂性土、卵砾石、岩层 中的基坑均适用。
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双排式排桩
为增大排桩的整体抗弯刚度和抗侧移能力时，可将桩设置成 为前后双排，将前后排桩桩顶的冠梁用横向连梁连接，就形 成了双排门架式挡土结构。
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咬合式排桩
因场地狭窄等原因，无法同时设置排桩和隔水帷幕时，可采 用桩与桩之间咬合的形式，形成可起到止水作用的咬合式排 桩围护墙。咬合式排桩围护墙的先行桩采用素混凝土桩或钢 筋混凝土桩，后行桩采用钢筋混凝土桩。
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咬合式排桩特点
1. 受力结构和隔水结构合一，占用空间较小。 2. 整体刚度较大，防水性能较好。 3. 施工速度快,工程造价低。 4. 施工中可干孔作业, 无须排放泥浆, 机械设备噪音低、振 动少, 对环境污染小。 5. 对成桩垂直度要求较高，施工难度较高。
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单(多)层支撑（锚拉）桩支护结构
单(多)层支撑（锚拉）桩支护结构是指在基坑开挖面以上 的任何位置上提供单个或多个支点与挡土结构结合而成 的混合支护结构。混合支护结构有内撑式支护结构和拉 锚式支护结构。
混合支护结构适用于基坑较深，悬臂式支护结构无法 满足强度与变形要求的工程。
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内撑式支护结构由支护结构体系和内撑体系两部分组成。支护结构体系常采用钢筋混凝土排桩。
由该式可求得x ；
o以上 E pj 和 Eai 对点o力矩的代数和，即
最大桩身计算弯矩 Mmax 。
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注意，该值系指沿桩身在基坑侧壁每延长米上所
承受的最大弯矩，其单位为 kN m/m，而每根桩
桩身所受最大弯矩，还需将该值乘以桩的间距d
即
M/ max
dMmax
式中，M / max 的单位为 kN m ； 而每根桩桩身所受最大弯矩设计值为：
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双排式排桩特点
1. 抗弯刚度大，施工工艺简单、工艺成熟、质量易控制、 造价经济。 2. 可作为自立式悬臂支护结构，无需设置支撑体系。 3. 围护体占用空间大。 4. 自身不能隔水，在有隔水要求的工程中需另设隔水帷幕。
双排式排桩适用性
适用于场地空间充足，开挖深度较深，变形控制要求较高， 且无法内支撑体系的工程。
图1双层锚杆
图2地面拉锚 32
锚拉（支撑）支护结构的破坏形式 (1)支锚结构系统破坏；(2)桩墙底部向基坑内侧移动； (3)桩墙弯曲破坏；(4)整体圆弧滑动；(5)隆起、管涌。
锚拉系统破坏
底部内移
板桩弯曲
整体滑动
管涌、隆起
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第二节 悬臂桩设计计算
一、悬臂桩的设计计算内容 二、悬臂桩的设计计算原理 三、悬臂桩的设计计算步骤 四、桩身截面尺寸与配筋验算
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分离式排桩
分离式排桩是工程中排桩围护墙最常用，也是较简单的围 护结构形式。排桩外侧可结合工程的地下水控制要求设置 相应的隔水帷幕。
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分离式排桩特点
1. 施工工艺简单、工艺成熟、质量易控制、造价经济。 2. 噪声小、无振动、无挤土效应，施工时对周边环境影响小。 3. 可根据基坑变形控制要求灵活调整围护桩刚度。 4. 在基坑开挖阶段仅用作临时围护体，在主体地下室结构平 面位置、埋置深度确定后即有条件设计、实施。 5. 在有隔水要求的工程中需另行设置隔水帷幕。其隔水帷幕 可根据工程的土层情况、周边环境特点、基坑开挖深度以及 经济性等要求的综合选用。
X处的主动土压力为：
paX ( h X )Ka 2c Ka
X处的被动土压力为：
ppX XK p 2c K p
E pj Eai
解得：
X 1.58m
则最大弯矩为：
Mmax 453.95 86.48 35.5 331.97kN m / m
则最大弯矩设计值为：
Mmax 1.25 1.0 331.97 2 829.92kN m
深基坑开挖与支护工程
• —— 排桩支护技术
武汉工程大学资源与土木工程学院 王亚军
主要内容
第一节 概述 第二节 悬臂桩设计计算 第三节 单层支撑（锚拉）桩设计计算 第四节 多层支撑（锚拉）桩设计计算 第五节 排桩设计的构造要求 第六节 排桩支护结构变形计算 第七节 排桩的施工与检验
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第一节 概述
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（3）Blum法嵌固深度及内力计算
布鲁姆法（Blum） 布鲁姆法的基本原理如下图，用原来桩底出现的被动土
悬臂桩看似一端固定的悬臂梁，实际上二者有根本的不同 之处。首先是悬臂桩难以确定固定端位置，因为桩在两侧 土压力作用下，每个截面都会发生水平方向的位移和转角 变形。其次，嵌入坑底以下部分的作用力很复杂，难于确 定。因而期望以悬臂梁为基本构件体系，考虑桩墙和土体 的变形一致来进行解题将是非常复杂的。
现行的计算方法均是：先对构件两侧荷载的分布作一些假 设，然后简化为静定的平衡问题来进行解题。 36
净土压力分布
简化处理后的 净土压力分布
静力平衡法 当悬臂桩桩处于平衡状态 ， 此时所对应的桩的入土深度即 是保证板桩稳定的最小入土深 度。根据桩的静力平衡条件可 以求出该深度。 根 据 作 用 在 桩 上 的 水 平 力 之 和等于0，各力距任一点力矩之 t 和等于0的静力平衡条件，建立 静力平衡方程。
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（1）规范法嵌固深度计算
规范法中悬臂桩嵌固深度的计 算采用嵌固稳定性验算确定。
悬臂支护结构的嵌固稳定性验算
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当确定悬臂式支护结构嵌固深度设计值（构造要求） ld小于0.8h时，宜取ld 0.8h 当基坑底为碎石土及砂土，基坑内排水且
作用有渗透压力时，嵌固深度设计值还应满足 下式抗渗稳定条件：
目前悬臂桩的计算方法有：静力平衡法，Blum法，平行杆 系弹性支点法，杆系有限单元法，共同变形法和有限单元 法。
静力平衡法简单而近似，在工程设计计算中被广泛应用。 悬臂桩支护结构静力计算主要目的有二个：一是悬臂桩桩
身插入基底面以下的最小嵌固深度Dmin；二是桩身最大弯 矩及所在位置，以计算桩身的截面和配筋。 对于悬臂桩的内力（弯矩、剪力）计算规范中推荐采用平 行杆系弹性支点法，主要是因为该方法不仅可以计算内力， 还可以计算支护结构的变形（位移）。而静力平衡法只能 计算内力，不能计算变形。
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三、悬臂桩的设计计算步骤 1、桩径、桩距的确定 2、土压力计算 3、嵌固深度及内力计算 4、基坑稳定性验算 5、桩身正截面受弯承载力计算
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1、桩径、桩距的确定：
按照地区经验取值。 一般桩径D≥0.6m，可取0.6m、0.8m、1.0m等。 桩的中心距不宜大于2D；有地下水时，桩中心距可取 （1.2～1.5）D；砂土和软土取小值，粘性土取大值。 无地下水、降水或者土质较好时，桩中心距2D。
Md 1.25 0 Mm ax
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例题
【例】某二级基坑开挖深度为10m，采用悬臂桩支护结构， 土层为黏性土，c=20kPa，φ=30 °，γ=18kN/m3，桩间距 为2m，试按2012规范计算支护结构的嵌固深度，及最大 弯矩设计值。
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令最大弯矩点为o点，即该点以上的主、被动土压力合力相等，该点距坑 底的距离为X：
（2）静力平衡法嵌固深度及内力计算
静力平衡法认为悬臂桩在主动土压力作用下，将趋 向于绕桩上的某一点发生转动，从而使土压力的分 布发生变化。桩后土压力由主动土压力转到被动土 压力，而桩前土压力则由被动土压力转到主动土压 力。
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（2）静力平衡法嵌固深度及内力计算
静力平衡法计算简图（均质土）
排桩变位
咬合式排桩适用性
1. 适用于淤泥、流砂、地下水富集的软土地区。 2. 适用于邻近建构筑物对降水、地面沉降较敏感等环境保护 要求较高的基坑工程。
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最常见的止水帷幕是采用水泥搅拌桩（单轴、双轴或多轴） 相互搭接、咬合形成一排或多排连续的水泥土搅拌桩墙，由 于搅拌均匀的水泥土渗透系数很小，可作为基坑施工期间的 止水帷幕。
ld 1.2 0 ( h hwa )
hwa : 地 面 至 地 下 水 位 的 高 度 h : 基坑挖深
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规范法嵌固深度计算
嵌固深度计算 嵌固深度设计值hd按下式计算： hp∑Epj-1.2γ0ha∑Eai≥0
式中 ∑Epj——桩底以上基坑内侧各土层水平抗力标准值epjk的 合力之和；
hp——合力Epj作用点至桩底的距离； ∑Eai——桩底以上基坑外侧各土层水平荷载标准值eajk的合
2、土压力计算：
按照规范法计算土压力、经验土压力或实测土压力。 39
3、嵌固深度及内力计算：
悬臂式支护结构嵌入坑底的深度不 同，其变形情况有所不同。 第一种情况：若嵌固深度较深，支 护结构向坑内倾斜较小时，下端B处 没有位移。 第二种情况：若支护结构嵌固深度 较浅，当达到最小嵌固深度Dmin,它 的上端向坑内倾斜较大，下端B向坑 外位移，若嵌固深度小于Dmin，支护 结构丧失稳定，顶部向坑内倾斜。
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挖孔桩-钢支撑
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板桩支护
板桩有钢板柱、木板桩与钢筋混凝土板桩数种。 钢板桩的种类很多，常见的有U板桩与Z板桩
常用钢板桩截面形式 (a) Z型;(b) U型 ;( c )一字型;(d)组合型
a）U形板(桩a) 相互连接
b）Z形板桩(b相) 互连接 c）H形(c)板桩
锁口——形成整体，具有较好的隔水能力。
力之和； ha——合力∑Eai作用点至桩底距离； γ0——建筑基坑侧壁重要性系数，按安全等级，一级γ0=1.1；二
级γ0=1.0，三级γ0 = 0.9。
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最大弯矩计算
悬臂桩桩身最大弯矩发生在在基坑底面以下
剪力为零处，该点到坑底的距离为x，令该
点为o点，即该点以上的主、被动土压力合力
相等：
E pj Eai