排桩设计.ppt

cos


sin( )sin
2、计算步骤
• （2）求桩的嵌入深度
计算土压力为零点D的位置， 即求右图中y值。
K p y Ka (H y) HK a yKa
y
ea
(Kp Ka)
对等值梁AD，按D点力矩平衡，求 支撑力Ta及剪力Pd。
•
求出支撑力Ta
黏性土：1

3
tan2
(45


2
)

2c
tan(45


2
)
（3-3）
或
3

1
tan2 (45


2
)

2c
tan(45


2
)
（3-4）
无黏性土： 1
3
tan2 (45


) 2
（3-5）
或
3
1
tan2 (45
)
2
（3-6）
以 3 pa，1 z 代入式（3-4）和（3-6），即得朗
2.基坑的抗渗稳定性
验算深度较大的基坑在动水压力的作用下,比较容 易发生管涌的现象。所谓管涌是指在渗流水的作 用下,土中的细小颗粒被冲走,土的空隙扩大,逐渐 形成管状渗流通道的现象。基坑开挖过程中,由于 降水使得基坑内外形成较大的水力梯度,产生较大 的渗流力,如不加处理则可能在坑底或坑壁产生流 砂或管涌的现象,造成基坑破坏或邻近建筑物的毁 坏。因此,实际工程中通常在基坑周围设置止水帷 幕,来抵抗渗流力。
可设置多道支撑，以减少挡墙挡压力。
一、土压力计算
1.静止土压力
静止土压力是墙静止不动，墙后土体处于弹 性平衡状态时作用于墙背的侧向压力。根据弹性
半无限体的应力和变形理论，z深度处的静止土压
力为
式中
p0 K0z
—土的重度；
（3-1）
K0 —静止土压力，可由泊松比 来确定
K0

1
• 一般土的泊松比值，砂土可取0.2～0.25，黏性
• 组合式排桩支护 在地下水位较高搭 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
•
（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）多支撑结构：当基坑开挖深度较深时，
肯主动土压力计算公式为
黏性土：
pa

z
tan2 (45

)
2
2c tan(45

) （3-7）
2
或
pa zKa 2c Ka
（3-8）
无黏性土：
pa

z
tan2 (45

)
2
（3-9）
或
pa zK a
（3-10）
由式（3-10）可知：无黏性土的主动土压力强度
与深度z成正比，沿墙高压力分布为三角形，作用
三、基坑稳定性分析
1.基坑的整体稳定性分析
放坡开挖的基坑或者有支护的基坑,整体稳定性验算分析 通常采用圆弧滑动法(如条分法)。在放坡开挖的基坑中, 边坡失稳主要由于土方开挖引起的基坑内外压力差(包括 水位差)。在有支护的基坑中,采用此方法验算支护结构和 地基的整体抗滑动稳定性时,应注意支护结构一般有内支 撑或外侧的锚拉结构和墙面垂直的特点,不同于边坡稳定 验算的圆弧滑动,滑动面的圆心一般在挡墙上方,靠近内侧 附近。通常试算应确定最危险的滑动面和最小安全系数。 考虑内支撑作用时,通常不会发生整体稳定破坏。因此,对 于只设一道支撑的支护结构,需验算整体滑动,对设多道内 支撑时可不作验算。
连续梁支点及荷载图； 4. 计算梁的固定端弯矩； 5. 用弯矩分配法平衡支点弯矩； 6. 分段计算各支点反力并核算反力与荷载
是否相等； 7. 计算桩墙的插入深度； 8. 以最大弯矩核算钢板桩、型钢的强度，
计算灌注桩的截面及配筋。
2、法分段等值梁
• a)、挡墙视为一端嵌固在土中的悬臂桩；b)、挡墙视为 两个支点的静定梁；支点为A及土中净土压力为零点；c)、 挡墙视为三个支点的连续梁；三个支点为A、B及净土压力 零点；d)、四个支点的三跨连续梁。
① 柱列式。 ② 连续排桩。 ③ 组合式排桩
排桩式支护结构的形式
• （1） 柱列式排桩支护(a) • （2） 连续排桩支护(b c d e) • （3） 组合式排桩支护(f)
排桩式支护结构的分类
• 按基坑的开挖深度及支挡结构受力情况排桩支护 可分为：
• （1）无支撑（悬臂）支护结构 • （2）单支撑结构 • （3）多支撑结构
1 2
K0H 2
（3-2）
合力的方向水平，作用点在距墙底H/3高度处。
朗肯土压力
1.主动土压力
当墙后填土达到主动极限平衡状态时，作用 于任一z深度处土单元的竖直应力 z z应是大主 应力 1 ，而作用于墙背的水平向土压力 pa 应是
小主应力3 。由土的强度理论可知，当土体中某 点处于极限平衡状态时，大主应力 1和小主应力3 间应满足以下关系式：
土可取0.25～0.40，其相应的 K0值在0.25～0.67之 间。对于理想刚体 0, K0 0；对于液体， 0.5
K0 1 。 由式（3-1）可知，在均质土中，静止土压力与计算
深度呈三角形分布，对于高度为H的挡墙而言，取单
位墙长，则作用在墙上静止土压力的合力值 E0 为
E0

x)Eq

0
TA

1 3
(h

x)
Ea

1 2
(h

x)
Eq
(h x)

1 3
xE
p
3、求最大弯矩
• 根据最大弯矩处剪力为零， 若桩顶往下y处剪力为0， 则
1 2
K a
y2

qKa
y

TA

0
y qKa (qKa )2 2KaTA K a
Ma
TA y
qKa y 2 2
面,建议采用下式进行抗隆起稳定性验算,以求得墙体的插入
深度:
Ks

γDNq cNc γ（H D） q
其中,q为基坑顶面的地面超载,kPa;D为桩(墙)的嵌入长
度,m;H为基坑的开挖深度,m;c为桩(墙)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ面处土层的粘聚
力,kPa;
(墙)底面处土层的内摩擦角,(º );
(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度,kN/m3;Nq,Nc均为地
黏性土： pp zK p 2c K p
（3-13）
无黏性土： pp zK p
（3-14）
由上面两式可知，黏性土的被动土压力随墙高 呈上小下大的梯形分布。单位墙长被动土压力合 力为：
黏性土：
Ep

1 2
H
2
K
p
2cH
Kp
（3-15）
无黏性土：
Ep

1 2
H
2
K
p
（3-16）
二、结构内力计算 单支撑（锚杆）挡土桩计算
排桩设计
排桩式支护结构的形式
近年来，随着钢筋混凝土挖孔灌注桩和相应配套 技术的逐步完善， 排桩支护结构， 已发展成为 对基坑变形有严格控制要求的深基坑开挖支护结 构的一项重要手段， 具有良好的应用前景。 对 不能放坡开挖的基坑，开挖深度在6~10m时，基坑 支护可采用排桩支护结构。排桩可以是钻（挖） 孔灌注桩、预制板桩或钢板桩，排桩支护结构的 形式可分为：
a)、挡墙视为一端嵌固在土中的悬臂桩；b)、挡墙视为两 个支点的静定梁；支点为A及土中净土压力为零点；c)、挡 墙视为三个支点的连续梁；三个支点为A、B及净土压力零 点；d)、四个支点的三跨连续梁。
计算步骤
1. 考虑摩擦，计算主被动土压力； 2. 计算土压力强度为零点距坑底距离； 3. 将地面至桩底的受力剖面，作为相应的
• 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
• 连续排桩支护：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。也可采用钢板桩、钢筋混凝土板桩
及剪力Pd后，Pd和被
动土压力对C点建立力
矩平衡关系式，求取x
值。
Pa
x

1 2

(K
p

Ka
)x

x

1 3
x

1 6

(K
p

Ka
)x3
x
6Pd
(Kp Ka)
t0 x y t (1.1 ~ 1.2)t0
（3）求最大弯矩
按简支梁先求出剪力为零点，该点即为最大弯矩 点。
多层锚杆（支撑）挡土桩计算
3.基坑底部土体的抗隆起稳定性分析
在许多隆起稳定性的计算公式中,验算抗隆起的安全系数
时,仅仅给出纯粘土(ψ =0)或纯砂土(c=0)的公式,很少同时
考虑c,ψ 。显然对于一般的粘性土,在土体抗剪强度中应包
括和的因素。同济大学汪炳鉴等参照普朗特尔及太沙基的地
基承载力公式,并将墙底面的平面作为求极限承载力的基准
Ka y3
6
任意点锚固
计算模型
桩入坑底弹性嵌固
桩入坑底固定
计算原理
1、等值梁法的基本原理
•
单支撑挡墙下端可能是弹性嵌固（铰结）或固定两种
情况，即可将支挡桩按：一端弹性嵌固、一端简支的梁来
研究。挡墙两侧分别作用主动和被动土压力。
•
在弯矩图中，若能确定弯矩为零点的位置，则可
以在弯矩为零处将梁断开，以简支的方式计算。可以发现
一、桩顶锚固
计算原理
1、求桩的埋入深度
A点取矩，令M 0,即埋入深度为x，得：
Ka (h

x)3

qKa (h

x)2

K p x2 (h

2 3

x)

0
3
2
2
2、求锚拉力或支撑力
解出x，令 M B＝0，求TA，即：
(h

x)TA

1 3
xEP

1 3
(h

x)E a
1 2
(h

多层锚杆挡土桩墙的计算方法主要有： （1）、整体等值梁法；（2）、分段等值梁法； （3）、二分之一分担法；（4）弹性法；（5）有限元法
1、整体等值梁法 计算原理 多层锚杆（支撑）等值梁的计算原理与等值梁原
理相似，把基坑下桩的弯矩零点F与桩顶A点之间的桩当 作多跨连续梁，锚杆位置当作连续梁的支点，采用力矩 分配法计算支点反力
3、二分之一分担法
计算模型
4、“m” 法
计算原理
• 对于多道支撑或多道锚杆支护结构，采用基床系数法“m” 法进行计算。采用结构力学中的力法（位移法）求解支撑 及锚杆内力。坑底以上的挡墙部分，采用一般结构力学方 法计算内力。对于坑底以下的如土部分计算，在求得支撑 力后，同样采用“m” 法进行计算。
计算原理
• 二分之一分担法是多层锚杆（支撑）支护结构设计计算方 法之一，其主要原理是以Terzaghi和Peck修正土压力分布 为前提，将上下各层锚杆（支撑）间按等距离分割，设定 每层锚杆（支撑）承担与其相邻的两个半跨的土压力荷载 值，该方法计算结果与实际工程出入较大，一般用于初步 估算。 （估算支撑轴力有一定的参考价值）
基极限承载力的计算系数。用普朗特尔公式:
Nq

tan（2 45。
ψ ）eπtanψ 2
4.抗倾覆安全系数
Ks

Mp Ma
M p —被动土压力及锚‐杆力对桩底的弯矩，其中 锚杆力由等值梁法求得 Ma —被动土压力对桩底的弯矩
Ks ≥1.200时，符合设计要求
谢谢观赏
所得的该梁段的弯矩图和整梁计算时的弯矩图相似，则此
段梁即为该整梁在该段的等值梁。
一般地，挡墙净土压力为零的位置与弯矩为零点的位置 很接近，因此可以按土压力零点位置断开。
2、计算步骤
• （1）计算土压力系数
Ka

tan 2 (45

)
2
1 ~ 2
2
3
2
Kp

cos
在墙背上的主动土压力的合力 Ea 即为 pa 分布图
型的面积，其作用点位置在分布图型的形心处，
土压力方向为水平，即
Ea
1 2
H
2
tan2 (45


2
)
（3-11）
或
Ea
1 2
H
2Ka
（3-12）
2.被动土压力
当墙在外力作用下挤压土体时，填土中任一点的 竖向应力 z z 仍不变，而水平向应力却由小到 大逐渐增大，直至出现被动朗肯状态。此时，作 用在墙面上的水平向应力达到最大限值 pp ，即大 主应力 1 ，而竖向应力为小主应力，即 3。利 用（3-3）和（3-5）可得被动土压力强度计算公 式：