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1、第二节 深基坑排桩支护结构 基坑开挖时 对不能放坡或由于场地限制而不能 采用搅拌桩支护 开挖深度在6 10米左右时 即 可采用排桩支护 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 排桩支护结构可分为 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
2、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 按基坑开挖深度及支挡结构受力情况 排桩支护 可分为一下几种情况 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 可 设置多道支撑 以减少挡墙的压力 一 无支撑排桩支护结构 无支撑排桩支护结构也亦即悬臂式桩排支 护结构 悬臂板桩的变位及土压力分布图 见图3 6 可由多种桩型组成 本
3、节只 涉及相间或密排插入基坑底面以下一定深 度的钢筋混凝土桩 桩顶设置钢筋混凝土 锁口梁 桩体承受水平推力 锁口梁调节 各桩受力和水平位移的支护结构体系 挡 土深度视地质条件和桩径而异 一般不宜 超过6m 图3 6 悬臂板桩的变位及土压力分布图 a 变位示意图 b 土压力分布图 c 悬臂板桩计算图 d Blum 计算图式 悬臂桩支护结构静力计算主要目的有二个 1 悬臂桩桩身插入基底面以下的最小入土深度Dmin 2 桩身最大弯矩及所在位置 以计算桩身的截面和配筋 一 结构静力计算模型 钢筋混凝土桩插入基底面以下的深度可以根据静力平衡条件确定 如图3 7所示 通过主被动两侧土压力对C点的力矩平衡
4、解式 3 12 即可得最小入土深度Dmin 3 12 式中 MEa1 MEa2 分别为基底以上及以下主动土压力之合力 对C点的力矩 kN m MEP 被动土压力对C点的力矩 kN m 桩的设计长度应按下式确定 3 13 式中 H 基坑开挖深度 m 增大系数 基坑底以下土质较好时取1 2 反之 取1 4 图3 7 悬臂式桩排计算图 二 计算步骤 1 土压力计算包括主动和被动压力和超载影响的计 算 桩的入土深度为未知 可设为Dmin 这部分的 土压力暂以包含Dmin的式子表示 2 力矩平衡计算分别计算主 被动土压力对C点的 力矩 再按照力矩平衡条件 列出平衡方程 一般 为Dmin的三次方程 3 解
5、方程 得出Dmin 4 求剪力为零点深度 对该深度截面计算弯矩 即为最大弯矩Mmax 5 根据Dmin确定桩的设计入土深度 根据Mmax确 定适当的桩径 桩距和桩的配筋 三 算例 某工程基坑支护拟采用悬臂桩结构 主 要参数如图3 8 a 所示 试计算桩的设计长度 桩 身最大弯矩及所在位置 一 土压力计算 根据本题题意 公式 3 3 和 3 11 可以推 导出公式 3 14 和 3 15 计算结果如表 3 5 和 3 6 所示 3 14 3 15 主动区力矩合计 1 55Dmin3 25 83Dmin2 143 35Dmin 265 2 被动区力矩合计 6 46Dmin3 14 28Dmin2
6、根据平衡条件可得 4 91Dmin3 11 55Dmin2 143 35Dmin 265 2 0 解之 得 Dmin 7 33m 桩的设计嵌入深度取 1 2Dmin 8 8m 9m 桩的总长为 6 9 15m 3 求最大弯矩 设剪力零点位于基底以下x处 该点以上主动土压力合力为 51 66 5 55 2 51 66x 0 5 x Ka x 4 655x2 51 66x 143 35 该点以上被动土压力合力为 28 56x 0 5 x Kp x 19 38x2 28 56x 令两者相等 得 14 725x2 23 1x 143 35 0 解得 x 4 0m 对该截面求矩即得最大弯矩Mmax Mm
7、ax 143 35 5 55 3 4 51 66 4 4 2 4 655 42 4 3 28 56 4 4 2 19 38 42 4 3 709 4kNm 至此计算完毕 接着可按最大弯矩选择适当的桩径 桩距和配 筋 但尚应注意计算所得Mmax是每延米桩排的弯矩值 应乘以 桩距 并乘以荷载分项系数1 25之后 才是单桩弯矩设计值 四 钢筋混凝土悬臂桩排结构设计要求 1 悬臂钢筋混凝土桩的配筋应按钢筋混凝土受弯构件 计算和配筋 并应按规定采取构造措施 圆形截面桩 宜均匀配筋 在土质较好或采用人工挖孔桩确有施工 保证可采用不均匀配筋 将抗弯钢筋集中布置在受拉 边的弯矩作用平面左右各45 范围内 以增
8、大抵抗力 矩 2 钢筋混凝土锁口梁厚度一般可为400 500mm 平面 上外包桩体并突出50 100mm 沿基坑周边形成封闭 结构 锁口梁按水平面内作用有正负弯矩的受弯构件 配筋 每侧不宜少于3 16 梁截面的总配筋率不小 于0 4 角撑可按构造设计为钢构件或钢筋混凝土构 件 3 支护的钢筋混凝土桩采用疏排布置时 在各桩中间 的空隙部位或桩背后适当布置止水桩 防止渗水和土 体从桩间流失 也可在基坑开挖过程中逐步砌筑砖拱 防渗 无论采用何种方式 其强度和构造应保证能可 靠地将土水压力传递给桩身 二 有支撑排桩支护结构 有支撑排桩支护结构常见的有顶端支撑的排桩支护 结构和桩锚式支护 在实际工程应用
9、中 后者更为 普遍 顶部支撑的排桩支护结构 计算简图如图3 9 的计 算与悬臂桩相比 其不同在于顶部支撑 桩 墙的 计算需要求顶支撑的内力TA 桩锚式支护由支护排桩 锚杆及围檩等组成 用以 支挡坑壁土压力并限制坑壁的侧向位移 锚杆平面 位置应在两个桩之间空隙穿过 锚杆由锚头 拉杆和锚固体组成 根据支护深度和 土质条件锚杆可设置一层或多层 其锚固段应置于 较好的粘性土或粉土 粉细砂层中 条件允许时 可在基坑边缘以外 超过潜在滑动面 设置锚定板 锚块或锚桩 用拉杆与桩排联结成顶层拉锚 单层桩锚式支护结构计算方法可以根据桩入土深 度的不同采用静力平衡法 见图3 10 和等值梁 法 见图3 11 来计
10、算 图3 9 顶部支撑桩墙 的计算简图 图3 10 单支点排桩支护的静力平衡计算简图 图3 11 单支点排桩支护等值梁法 计算简图 当基坑比较深 土质 较差时 单支点支护 结构不能满足基坑支 挡的强度和稳定性要 求时 可以采用多层 支撑的多支点支护结 构 支撑层数及位置 应根据土质 基坑深 度 支护结构 支撑 结构和施工要求等因 素确定 如图3 12为 多支点支撑 锚杆 计算模型 图3 13 多层锚杆支护工况图 多层锚杆的设置是随着开挖不 同工况逐层向下开挖而分次设 置的 见图3 13 根据实测资料这样设置的多层 锚杆有如下一些现象 1 下道锚杆设置之后 上道 锚杆的轴向力只有微小的变化 锚杆
11、所在点可以看作是不动 点 2 下道锚杆支点 以上的墙体变位 大部分是在 下道横撑设置前产生的 多层锚杆支护结构是超静定问题 根据实际支护中 的实测资料可按下列假定将超静定问题简化为静定 问题进行计算 1 各层锚杆所在点均为不动支点 2 支护桩的下端按简支端考虑 3 在自上至下逐层计算过程中 某一 层锚固力一旦确定 在后续的计算中保持不变 如图3 12所示 对于第i层支撑 锚杆 计算如下 对i点取矩 令 Mi 0 则有 式中及图中 Hi 设置第i 1层支撑 锚杆 时的开挖深度 m Di 所计算阶段满足力矩平衡的计算入土深度 m Ea1i Ea2i 分别为Hi深度下的开挖底面上下主动土 压力合力 kN Epi Di深度范围内的被动土压力合力 kN MEa1i MEa2i MEpi 各项土压力对 点的力矩 kN m 第i至第i 1层支撑 锚杆 力对i点的力矩 kN m 在上式 3 16 中 含有Di 解出后从 3 17 式中可算 出第i层支撑 锚杆 力Ti kN 对最下一层支撑 锚杆 计算得出的Di值可作为桩的最小 入土深度Dmin 支护桩的设计长度D按下式确定 D H Kd Dmin 土质好时Kd 1 2 反之Kd 1 4 按此设计的入土深度 尚应满足整体稳定性验 算要求
