混凝土支护桩
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相城陆慕中心幼儿园扩建工程 教师办公楼
（基坑支护桩专项设计方案） 2014.2.16
• 一、基坑工程概况 • 陆慕中心幼儿园扩建工程新建教师办公楼东 侧距原建筑（东洋大酒店)只有2.5米，办公楼基 础为砂石垫层砼独立基础。 • 基底设计标高为-3米，自然地坪至基底约2.5米， 鉴于东侧距原住宅基础很近，土方施工时， • 为保证原住宅基础稳定安全，除西南北三侧可放 • 坡开挖之外，西侧拟打设钢筋混凝土支护桩档土 • 防护，以保证原住宅基础的稳定和基坑施工安全。
}
2 sin 3 (3.14 0.505) sin 3.14 0.33 M c 14 125600 200 300 3434 162.5 3 3.14 3.14 0.33
sin(3.14 0.25) 300 2944 83 300 2944 162.5 300 2453 115 3.14 0.25
图-4
h0=1.65
E2
【注此处 epik=eaik 】
Kp=1.89， Ka=0.528， q=10.8，h=2.5m
Ea
将 Ea=17.68，a=1.06， γ=18，
a=1.06
E1
eaik
0.85=h1
2.5
代入上方程得（先解2式）： D x=0.92m；
epik epik c eaik
EP Γ（Kp-Ka）t
钢 筋 混 凝 土 支 护 桩 设 置 图
放坡开挖 帽梁600×400
钢筋混凝土支护桩
Ф400@900
基础周边排水 沟600×600
• 三、荷载设计 基坑深2.5m，拟用钢筋混凝土悬臂式支护 桩。 桩埋深范围内土层为粉质粘土。 γ=18kN/m3 ,c=18kpa （kN/m2） ，φ= =18° 。坑边堆放预留回填土厚0.6m，折 合均布荷载q=10.8kpa。地下水位较低。 设计桩埋深、计算承受的最大弯矩、设计 截面配筋。
3、悬臂桩强度验算：（抵抗弯矩 Mc即抗弯承载力验算）：
rs cos 1 (1 cos s )b r 可按原式（2-40）验算强度 1 且 0.51 0.29 3.5 式（2-40）验算桩的抗弯强度Mc ' sin s sin 2 sin 3 ' ' s M c fcm Ar f y Asr rs f y Asc ysc f y A'sr rs f A y y sc sc 3 s s' 若 3.14
h0=1.65
E2
图-4
则：t= 2.73m。 据布鲁姆建议： K 1.2
Ea
a=1.06
D x Kt 0.92 1.2 2.73 4.2m
E1
eaik
0.85=h1
2.5
支护桩设计桩长：
D L=h+D=2.5+4.2=6.7m.
epik epik c eaik
EP Γ（Kp-Ka）t
'
rs
''
A 'sr
y 'sc
D 400
90 ysc 162.5cos 115mm 2 则：
'
ysc
2
A'sr 6 r 2 6 3.14 12.52 A'cr 5 r 2 5 3.14 12.52 2453mm2
A sc A sr 2944mm
h1=0.85
E2 qhKa
=10.8×tan2（45-18/2）×2.5=14.25kPa Ea= E1+ E2=3.43 +14.25=17.68kPa
x D
EP
a
E1
0.85 2.5 E2 3 2 1.06 m E1 E2
t
合力作用点在距坑底1.06m处。
解布鲁姆方程： 1 2 t Ea (a x t ) ( K p K a )t 0 2 3 ( K p K a ) x (h1 x) K a qK a
= 44.16kN.m 注意：桩背一侧受拉。
D
epik epik C eaik
EPm
Γ（Kp-Ka）tm
x =0.92
tm
四、悬臂支护桩配筋设计：
1、截面设计参数确定：
D 400mm
r 200mm
图-5
A 'sc
2
A 'sc
A r 125600mm
2
C30 : fc 14N / mm
163.4kN m M max 44.16kN m
设计桩抗弯承载力满足要求。为施工方便，桩的 非拉压区周边（圆弧上）也选配25钢筋，间距55mm。
• • • • •
五、支护桩施工要点： 1.东侧支护桩排中心，距原建筑物外墙 皮1.5m。打桩前应按此距离平行于原建筑 外墙皮放出桩排中心线，在中心线上按 桩设计间距（900mm）定桩位。如下图：
• 临界深度计算（h0）：
eaik （ j h j）K ai 2ci
j 1 i
K ai 0
18 18 0 (18 h0 ) tan (45 ) 2 10.8tan (45 ) 2 2
2
• 解之得h0 =1.65m。即桩背主动土压 • 力在地面1.65m以下才开始作用于桩背。
1 1.23 17.68(1.06 0.92 1.2) 18(1.89 0.528) 2 3
图-4
49.06kN m / m
h0=1.65
Ea E2
a=1.06
设计桩距900mm，则单桩所承 受的最大弯矩：
E1
eaik
0.85=h1
2.5
Mamx = 49.06kN.m/m×0.9m
2
A Asr sc
Asc 6 r 2 6 3.14 12.52 2944mm2
压 区
弧长：
162.5 255mm
l 90
弦长 ：
180 根数：255 1 6 55
A 'sc
图-5
A 'sc
90 d 2 162.5sin 230mm 2 230 根数： 1 5 55
图-3桩背土压力分布图
q=10.8kPa
h0=1.65
2.5m
E2 Ea
2.5
h1=0.85
a E1
x D
EP
t
图-3
1 18 18 0.852 tan 2 (45 ) 2 2 Ea
1 E1 h12 K a 2
h0=1.65
E2
2.5
E1
=3.43kPa
a=1.06
• • • • • • • •
二、护桩体系构造设计 采用钢筋混凝土悬臂式支护桩，混凝 土强度等级C30。初选桩径Ф400，桩距900 mm 。桩主筋选用直径25的螺纹钢筋。箍 筋选用Ф8钢筋，螺旋配置，间距200 mm 。 桩顶设帽梁，截面600×400 mm 。护桩顶 钢筋锚入帽梁内35d。采用钻孔灌注桩施工 方法。支护桩设置如图-2
E2
a=1.06m
E1
eaik
0.85=h1
2.5
2 Ea 2 17.68 tm 1.2 m ( K p K a ) 18(1.89 0.528)
D
epik epik C eaik
EPm
Γ（Kp-Ka）tm
x =0.92
tm=1.2
1 2 tm M max Ea (a x tm ) ( K p K a )tm 2 3
根数： 336 1 7 55 弦长 ：
A 'sc
A 'sc
图-5
118.8 d 2 162.5sin 280mm 2
根数： 280 1 6 55 则： 118.8
83(mm)
'
rs
wenku.baidu.com''
A 'sr
y 'sc
D 400
ysc
ysc 162.5 cos
Asr 7 r 2 7 3.14 12.52 3434mm2
x =0.92
为施工方便，取7m。
t =2.73
求最大弯矩
M max （应位于剪力为零处，分析应在 反弯点c以下） 图-4 分析剪力为零处应在桩埋深 内 tm 处（截面法）
若剪力为零有：
h0=1.65
Ea E pm 0
1 Ea ( K p K a )tm tm 0 2
Ea
桩距900
•
拟建大楼
1500
原 建 筑
南北西侧放坡开挖 图-6：土方开挖及支护方案
东侧钢筋混凝支 护桩档土。桩直 径400@900。桩 长7m。
• • • • • • • • • • • •
2、先打支护桩，采用螺旋钻孔灌注桩施工方 案，桩混凝土掺早强剂提高其早期强度，桩完工 后浇注帽梁。桩身混凝土达到设计强度后（压预留 的同条件养护试块判定），方可开挖基坑土方； 3、本工程选用悬臂式支护桩无拉锚支护方案。在 桩背主动土压力作用下，桩身靠坑外一侧（即挡 土一侧桩背）受拉。所以，成孔后，吊放钢筋笼 时必须将拉区钢筋对准挡土一侧准确安放无误、且 固定后，再浇注桩身混凝土；拉压区集中配置的竖 向受力钢筋，用等于弦长的25钢筋横向帮扎成排， 两端绑扎固定在周边纵向钢筋上。形成稳固的整体 钢筋笼。
2
'
rs
''
A 'sr
y 'sc
D 400
25: f y 300N / mm2
保护层厚：25mm
rs 200 25 25 162.5 mm 2
ysc
A Asr sc
1 0.8 b 0.56 fy 300 1 1 5 5 2 10 [0.0033 (30 50) 10 ] Es cu
s 0.33
rs 162.5 cos 1 (1 cos s )b 1 (1 cos 0.33) 0.56 0.0149 r 200
cos 0.0149 90.85
90.85 0.505 180
0.505 s 0.33
图-7钢筋笼摆放固定位置图
拉区钢筋
压区钢筋
弦上配钢筋用25钢筋成 排绑扎固定
rS=
' s 0.25 0.5 0.5 0.505 0.253
各圆心角（混凝土压区）：
' 0.505 2
图-5
A 'sc
A 'sc
' 2 2 0.51 183.6
拉区： s 0.33 2
2s 2 0.33 118.8
x =0.92
t 3 4.32t 8.56 0
t
f (t ) t 3 4.32t 8.56 f (2.8) 2.83 4.32 2.8 8.56 1.296 f (2.72) 2.723 4.32 2.72 8.56 0.1875 f (2.73) 2.733 4.32 2.73 8.56 0.007
地面下深度z >1.65m处土所产生的主动土压力：
eaik （ j h j）K ai 2ci
j 1
i
K ai
•
[18Z ]tan 2 (45
18 18 ) 2 10.8tan(45 ) 2 2
•
= 9.5z-15.69（kpa ）
Z=2.5m， eaik=9.5×2.5-15.69=8.06 （kpa ） • 桩背主动土压力荷载图形如图-3
'
rs
''
A 'sr
y 'sc
D 400
ysc
压区：
'' s ' 0.252 2
A Asr sc
'' 2s ' 2 0.25 90
2、悬臂桩配筋设计：选配 25钢筋，净距取30mm， 则中距S=30+25=55mm。
拉 弧长： 区 l 118.8 180 162.5 336mm
（基坑支护桩专项设计方案） 2014.2.16
• 一、基坑工程概况 • 陆慕中心幼儿园扩建工程新建教师办公楼东 侧距原建筑（东洋大酒店)只有2.5米，办公楼基 础为砂石垫层砼独立基础。 • 基底设计标高为-3米，自然地坪至基底约2.5米， 鉴于东侧距原住宅基础很近，土方施工时， • 为保证原住宅基础稳定安全，除西南北三侧可放 • 坡开挖之外，西侧拟打设钢筋混凝土支护桩档土 • 防护，以保证原住宅基础的稳定和基坑施工安全。
}
2 sin 3 (3.14 0.505) sin 3.14 0.33 M c 14 125600 200 300 3434 162.5 3 3.14 3.14 0.33
sin(3.14 0.25) 300 2944 83 300 2944 162.5 300 2453 115 3.14 0.25
图-4
h0=1.65
E2
【注此处 epik=eaik 】
Kp=1.89， Ka=0.528， q=10.8，h=2.5m
Ea
将 Ea=17.68，a=1.06， γ=18，
a=1.06
E1
eaik
0.85=h1
2.5
代入上方程得（先解2式）： D x=0.92m；
epik epik c eaik
EP Γ（Kp-Ka）t
钢 筋 混 凝 土 支 护 桩 设 置 图
放坡开挖 帽梁600×400
钢筋混凝土支护桩
Ф400@900
基础周边排水 沟600×600
• 三、荷载设计 基坑深2.5m，拟用钢筋混凝土悬臂式支护 桩。 桩埋深范围内土层为粉质粘土。 γ=18kN/m3 ,c=18kpa （kN/m2） ，φ= =18° 。坑边堆放预留回填土厚0.6m，折 合均布荷载q=10.8kpa。地下水位较低。 设计桩埋深、计算承受的最大弯矩、设计 截面配筋。
3、悬臂桩强度验算：（抵抗弯矩 Mc即抗弯承载力验算）：
rs cos 1 (1 cos s )b r 可按原式（2-40）验算强度 1 且 0.51 0.29 3.5 式（2-40）验算桩的抗弯强度Mc ' sin s sin 2 sin 3 ' ' s M c fcm Ar f y Asr rs f y Asc ysc f y A'sr rs f A y y sc sc 3 s s' 若 3.14
h0=1.65
E2
图-4
则：t= 2.73m。 据布鲁姆建议： K 1.2
Ea
a=1.06
D x Kt 0.92 1.2 2.73 4.2m
E1
eaik
0.85=h1
2.5
支护桩设计桩长：
D L=h+D=2.5+4.2=6.7m.
epik epik c eaik
EP Γ（Kp-Ka）t
'
rs
''
A 'sr
y 'sc
D 400
90 ysc 162.5cos 115mm 2 则：
'
ysc
2
A'sr 6 r 2 6 3.14 12.52 A'cr 5 r 2 5 3.14 12.52 2453mm2
A sc A sr 2944mm
h1=0.85
E2 qhKa
=10.8×tan2（45-18/2）×2.5=14.25kPa Ea= E1+ E2=3.43 +14.25=17.68kPa
x D
EP
a
E1
0.85 2.5 E2 3 2 1.06 m E1 E2
t
合力作用点在距坑底1.06m处。
解布鲁姆方程： 1 2 t Ea (a x t ) ( K p K a )t 0 2 3 ( K p K a ) x (h1 x) K a qK a
= 44.16kN.m 注意：桩背一侧受拉。
D
epik epik C eaik
EPm
Γ（Kp-Ka）tm
x =0.92
tm
四、悬臂支护桩配筋设计：
1、截面设计参数确定：
D 400mm
r 200mm
图-5
A 'sc
2
A 'sc
A r 125600mm
2
C30 : fc 14N / mm
163.4kN m M max 44.16kN m
设计桩抗弯承载力满足要求。为施工方便，桩的 非拉压区周边（圆弧上）也选配25钢筋，间距55mm。
• • • • •
五、支护桩施工要点： 1.东侧支护桩排中心，距原建筑物外墙 皮1.5m。打桩前应按此距离平行于原建筑 外墙皮放出桩排中心线，在中心线上按 桩设计间距（900mm）定桩位。如下图：
• 临界深度计算（h0）：
eaik （ j h j）K ai 2ci
j 1 i
K ai 0
18 18 0 (18 h0 ) tan (45 ) 2 10.8tan (45 ) 2 2
2
• 解之得h0 =1.65m。即桩背主动土压 • 力在地面1.65m以下才开始作用于桩背。
1 1.23 17.68(1.06 0.92 1.2) 18(1.89 0.528) 2 3
图-4
49.06kN m / m
h0=1.65
Ea E2
a=1.06
设计桩距900mm，则单桩所承 受的最大弯矩：
E1
eaik
0.85=h1
2.5
Mamx = 49.06kN.m/m×0.9m
2
A Asr sc
Asc 6 r 2 6 3.14 12.52 2944mm2
压 区
弧长：
162.5 255mm
l 90
弦长 ：
180 根数：255 1 6 55
A 'sc
图-5
A 'sc
90 d 2 162.5sin 230mm 2 230 根数： 1 5 55
图-3桩背土压力分布图
q=10.8kPa
h0=1.65
2.5m
E2 Ea
2.5
h1=0.85
a E1
x D
EP
t
图-3
1 18 18 0.852 tan 2 (45 ) 2 2 Ea
1 E1 h12 K a 2
h0=1.65
E2
2.5
E1
=3.43kPa
a=1.06
• • • • • • • •
二、护桩体系构造设计 采用钢筋混凝土悬臂式支护桩，混凝 土强度等级C30。初选桩径Ф400，桩距900 mm 。桩主筋选用直径25的螺纹钢筋。箍 筋选用Ф8钢筋，螺旋配置，间距200 mm 。 桩顶设帽梁，截面600×400 mm 。护桩顶 钢筋锚入帽梁内35d。采用钻孔灌注桩施工 方法。支护桩设置如图-2
E2
a=1.06m
E1
eaik
0.85=h1
2.5
2 Ea 2 17.68 tm 1.2 m ( K p K a ) 18(1.89 0.528)
D
epik epik C eaik
EPm
Γ（Kp-Ka）tm
x =0.92
tm=1.2
1 2 tm M max Ea (a x tm ) ( K p K a )tm 2 3
根数： 336 1 7 55 弦长 ：
A 'sc
A 'sc
图-5
118.8 d 2 162.5sin 280mm 2
根数： 280 1 6 55 则： 118.8
83(mm)
'
rs
wenku.baidu.com''
A 'sr
y 'sc
D 400
ysc
ysc 162.5 cos
Asr 7 r 2 7 3.14 12.52 3434mm2
x =0.92
为施工方便，取7m。
t =2.73
求最大弯矩
M max （应位于剪力为零处，分析应在 反弯点c以下） 图-4 分析剪力为零处应在桩埋深 内 tm 处（截面法）
若剪力为零有：
h0=1.65
Ea E pm 0
1 Ea ( K p K a )tm tm 0 2
Ea
桩距900
•
拟建大楼
1500
原 建 筑
南北西侧放坡开挖 图-6：土方开挖及支护方案
东侧钢筋混凝支 护桩档土。桩直 径400@900。桩 长7m。
• • • • • • • • • • • •
2、先打支护桩，采用螺旋钻孔灌注桩施工方 案，桩混凝土掺早强剂提高其早期强度，桩完工 后浇注帽梁。桩身混凝土达到设计强度后（压预留 的同条件养护试块判定），方可开挖基坑土方； 3、本工程选用悬臂式支护桩无拉锚支护方案。在 桩背主动土压力作用下，桩身靠坑外一侧（即挡 土一侧桩背）受拉。所以，成孔后，吊放钢筋笼 时必须将拉区钢筋对准挡土一侧准确安放无误、且 固定后，再浇注桩身混凝土；拉压区集中配置的竖 向受力钢筋，用等于弦长的25钢筋横向帮扎成排， 两端绑扎固定在周边纵向钢筋上。形成稳固的整体 钢筋笼。
2
'
rs
''
A 'sr
y 'sc
D 400
25: f y 300N / mm2
保护层厚：25mm
rs 200 25 25 162.5 mm 2
ysc
A Asr sc
1 0.8 b 0.56 fy 300 1 1 5 5 2 10 [0.0033 (30 50) 10 ] Es cu
s 0.33
rs 162.5 cos 1 (1 cos s )b 1 (1 cos 0.33) 0.56 0.0149 r 200
cos 0.0149 90.85
90.85 0.505 180
0.505 s 0.33
图-7钢筋笼摆放固定位置图
拉区钢筋
压区钢筋
弦上配钢筋用25钢筋成 排绑扎固定
rS=
' s 0.25 0.5 0.5 0.505 0.253
各圆心角（混凝土压区）：
' 0.505 2
图-5
A 'sc
A 'sc
' 2 2 0.51 183.6
拉区： s 0.33 2
2s 2 0.33 118.8
x =0.92
t 3 4.32t 8.56 0
t
f (t ) t 3 4.32t 8.56 f (2.8) 2.83 4.32 2.8 8.56 1.296 f (2.72) 2.723 4.32 2.72 8.56 0.1875 f (2.73) 2.733 4.32 2.73 8.56 0.007
地面下深度z >1.65m处土所产生的主动土压力：
eaik （ j h j）K ai 2ci
j 1
i
K ai
•
[18Z ]tan 2 (45
18 18 ) 2 10.8tan(45 ) 2 2
•
= 9.5z-15.69（kpa ）
Z=2.5m， eaik=9.5×2.5-15.69=8.06 （kpa ） • 桩背主动土压力荷载图形如图-3
'
rs
''
A 'sr
y 'sc
D 400
ysc
压区：
'' s ' 0.252 2
A Asr sc
'' 2s ' 2 0.25 90
2、悬臂桩配筋设计：选配 25钢筋，净距取30mm， 则中距S=30+25=55mm。
拉 弧长： 区 l 118.8 180 162.5 336mm