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1、-排桩支护设计与计算概述基坑开挖事，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610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8-4排桩支护的类型排桩支护构造可分为：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8-4a所示。2连续排桩支护图8-4b在软土中一般不能形成土拱，支挡构造应该连续排。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8-4c所示。也可采用钢板桩、钢筋混凝土板桩，如图8-4d、e所示。3组
2、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，如图8-4f所示。按基坑开挖深度及支挡构造受力情况，排桩支护可分为一下几种情况。1无支撑(悬臂)支护构造：当基坑开挖深度不大，即可利用悬臂作用挡住墙后土体。2单支撑构造：当基坑开挖深度较大时，不能采用无支撑支护构造，可以在支护构造顶部附近设置一单支撑或拉锚。3多支撑构造：当基坑开挖深度较深时，可设置多道支撑，以减少挡墙挡压力。根据地区的施工实践，对于开挖深度6m的基坑，在场地条件允许的情况下，可采用重力式深层搅拌桩挡墙较为理想。当场地受限制时，也可采用600mm密排悬臂钻孔桩，桩与桩之间可用树根桩密封，也可采用
3、灌注桩后注浆或打水泥搅拌桩作防水帷幕；对于开挖深度在46m的基坑，根据场地条件和周围环境可选用重力式深层搅拌桩挡墙，或打入预制混凝土板桩或钢板桩，其后注浆或加搅拌桩防渗，设一道檩和支撑也可采用600mm钻孔桩，后面用搅拌桩防渗，顶部设一道圈梁和支撑；对于开挖深度为610米的基坑，以往采用8001000mm的钻孔桩，后面加深层搅拌桩或注浆放水，并设23道支撑，支撑道数视土质情况、周围环境及围护构造变形要求而定；对于开挖深度大于10m的基坑，以往常采用地下连续墙，设多层支撑，虽然平安可靠，但价格昂贵。近来常采用8001000mm大直径钻孔桩代替地下连续墙，同样采取深层搅拌桩放水，多道支撑或中心岛施
4、工法，这种支护构造已成功用于开挖深度到达13米的基坑。图8-5 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 悬臂式排桩支护设计和计算悬臂式排桩支护的计算方法采用传统的板桩计算方法。如图8-5所示，悬臂板桩在基坑底面以上外侧主动土压力作用下，板桩将向基坑侧倾移，而下部则反方向变位即板桩将绕基坑底以下*点(如图中b点)旋转。点b处墙体无变位，故受到大小相等、方向相反的二力(静止土压力)作用，其净压力为零。点b以上墙体向左移动，其左侧作用被动土压力，右侧作用主动土压力；点b以下则相反，其右侧作用被动土压力，左侧作用主动土压力。因此，作用
5、在墙体上各点的净土压力为各点两侧的被动土压力和主动土压力之差，其沿墙身的分布情况如图8-5b所示，简化成线性分布后的悬臂板桩计算图式为图8-5c，即可根据静力平衡条件计算板桩的入上深度和力。H.Blum又建议可以图8-5d代替，计算入土深度及力。下面分别介绍下面两种方法。1.静力平衡法图8-5表示主动土压力及被动土压力随深度呈线性交化，随着板桩入土深度的不同，作用在不同深度上各点的净土压力的分布也不同。当单位宽度板桩墙两侧所受的净土压力相平衡时，板桩墙则处于稳定，相应的板桩入土深度即为板桩保证其稳定性所需的最小入土深度，可根据静力平衡条件即水平力平衡方程(=0H)和对桩底截面的力矩平衡方程()
6、。(1).板桩墙前后的土压力分布第n层土底面对板桩墙主动土压力为 (8-1)第n层土底面对板桩墙底被动土压力为 (8-2)式中地面递到n层土底面底垂直荷载；i层土底天然重度；i层土的厚度；n层土的摩擦角；n层土的聚力; 对n层土底面的垂直荷载，可根据地面附加荷载、邻近建筑物根底底面附加荷载分别计算。图8-6 静力平衡法计算悬臂板桩地面几种荷载可折算成均布荷载：1) 繁重的起重机械：距板桩1.5m按60kN/m2取值；距板桩1.53.5m，按40kN/m2取值；2) 轻型公路：按5kN/m2；3) 重型公路：按10kN/m2；4) 铁道：按20kN/m2。对土的摩擦角及聚力按固结快剪方法确定。当
7、采用井点降低地下水位，地面有排水和防渗措施时，土的那摩擦角值可酌情调整：1) 板桩墙外侧，在井点降水围，值可乘以1.11.3；2) 无桩基的板桩侧，值可乘以1.11.3；3) 有桩基的板桩墙侧，在送桩围乘以1.0；在密集群桩深度围，乘以1.24；4) 在井点降水土体固结的条件下，可将土的聚力值乘以1.11.3。墙侧的土压力分布如图8-6所示。(2).建立并求解静力平衡方程，求得板桩入土深度1） 计算桩底墙后主动土压力及墙墙被动土压力，然后进展迭加，求出第一个土压力为零的，该点离坑底距离为u；2） 计算d点以上土压力合力，求出至d点的距离y；3） 计算d点处墙前主动土压力及墙后被动土压力；4）
8、计算柱底墙前主动土压力和墙后被动土压力；5） 根据作用在挡墙构造上的全部水平作用力平衡条件和绕挡墙底部自由端力矩总和为零的条件:8-38-4整理后可得t0的四次方程式:8-5式中求解上述四次方程，即可得板桩嵌入d点以下的深度t0值。为平安起见，实际嵌入坑底面以下的入土深度为8-6(3).计算板桩最大弯矩板桩墙最大弯矩的作用点，亦即构造端面剪力为零的点。例如对于均质的非粘性土，如图8-3所示，当剪力为零的点在基坑底面以下深度为b时，即有8-7式中;由上述解得b后，可求得最大弯矩8-82. 布鲁姆(Blum)法布鲁姆H.Blum建议以图8-3d代替8-3c，即原来桩脚出现的被动土压力以一个集中力代
9、替，计算结果图如8-7所示。 a 作用荷载图 b 弯矩图 c 布鲁姆理论计算曲线图821 布鲁姆计算简图图如图8-7a所示，为求桩插入深度，对桩底C点取矩，根据有8-9式中代入式8-9得化简后得8-10式中主动土压力、水压力的合力；合力距地面距离；土压力为零距坑底的距离，可根据净土压力零点处墙前被动土压力强度和墙后主动土压力相等的关系求得，按式8-11计算。8-11从式8-12的三次式计算求出*值，板桩的插入深度8-12布鲁姆H.Blum曾作出一个曲线图，如图8-7c所示可求得*。令，代入式8-10得再令，上式即变成8-13式中m及n值很容易确定，因其只与荷载及板桩长度有关。在这式中m及n确定
10、后，可以从图8-7c曲线图求得的n及m连一直线并延长即可求得值。同时由于*，得出*值，则可按式(8-14)得到桩的插入深度: (8-14)最大弯矩在剪力Q0处，设从O点往下*m处Q0，则有a 土压力分布 b 弯矩图图8-8 挖孔桩悬臂挡墙计算 (8-15)最大弯矩 (8-16)求出最大弯矩后，对钢板桩可以核算截面尺寸，对灌注桩可以核定直径及配筋计算。【例 8-1】*工程基坑挡土桩设计。可采用100cm挖孔桩，基坑开挖深度6.0m，基坑边堆载q10 kN/m2图8-8。地基土层自地表向下分别为：1粉质粘土：可塑，厚1.13.1m；2中粗砂：中密密实，厚25m，340，g20kN/m3；3砾砂：密
11、实，未钻穿，340。试设计挖孔桩。【解】 1.求桩的插入深度查布鲁姆理论的计算曲线，得桩的总长：6+5.84=11.84m，取12.0m。2.求最大弯矩最大弯矩位置：最大弯矩：3.截面配筋预选桩径d100cm，钢筋保护层厚度a5cm，钢筋笼直径选竖向主筋20根，沿d1均匀布置，各钢筋至*轴的垂直距离y1由比例图量出，如图8-9a所示。选f 25，Ag=4.91cm2，Rg=34kN/cm2钢筋总抗弯刚度能力a 钢筋布置图 b 桩的布置示意图图8-9 桩身配筋计算图为了减少竖向钢筋用量，刻考虑受压区靠基坑一侧的半圆截面混凝土的抗压作用，混凝土用C15，认为Rw1.1kN/m2受压区每根钢筋截面积
12、为构造配筋f 14，1.54为了进一步减少钢筋用量，宜在桩身上部减少配筋，求弯矩点，试算地面下5.5m处土的主动土压力强度：因此，开挖桩钢筋笼中，竖向钢筋的配置为：上部5m：5 f 25mm5 f 14 mm下部7m：10 f 25mm10 f 14 mmf 14m钢筋全部配置在桩身混凝土受压区，即在面向基坑侧的半圆。 单支点排桩支护设计和计算顶端支撑(或锚系)的排桩支护构造与顶端自由(悬臂)的排桩二者是有区别的。顶端支撑的支护构造，由于顶端有支撑而不致移动而形成一铰接的简支点。至于桩埋入土局部，入上浅时为简支，深时则为嵌固。下面所介绍的就是桩因入土深度不同而产生的几种情况。1)支护桩入土深度
13、较浅，支护桩前的被动土压力全部发挥，对支撑点的主动上压力的力矩和被动土压力的力矩相等(图8-10a)。此时墙体处于极限平衡状态，由此得出的跨间正弯矩Mma*其值最大，但入土深度最浅为tmin。这时其墙前以被动土压力全部被利用，墙的底端可能有少许向左位移的现象发生。2)支护桩入土深度增加，大于tmin时(图8-10b)，则桩前的被动土压力得不到充分发挥与利用，这时桩底端仅在原位置转动一角度而不致有位移现象发生，这时桩底的土压力便等于零。未发挥的被动土压力可作为平安度。图8-10不同入土深度的板桩墙的土压力分布、弯矩及变形图3)支护桩入土深度继续增加，墙前墙后都出现被动土压力，支护桩在土中处于嵌固
14、状态，相当于上端简支下端嵌固的超静定梁。它的弯矩己大大减小而出现正负二个方向的弯矩。其底端的嵌固弯矩M2的绝对值略小于跨间弯矩M1的数值，压力零点与弯矩零点约相吻合(图8-10c)。4)支护桩的入土深度进一步增加(图8-10d)，这时桩的入土深度己嫌过深，墙前墙后的被动土压力都不能充分发挥和利用，它对跨间弯矩的减小不起太大的作用，因此支护桩入土深度过深是不经济的。以上四种状态中，第四种的支护桩入土深度已嫌过深而不经济，所以设计时都不采用。第三种是目前常采用的工作状态，一般使正弯矩为负弯矩的110115作为设计依据，但也有采用正负弯矩相等作为依据的。由该状态得出的桩虽然较长，但因弯矩较小，可以选
15、择较小的断面，同时因入土较深，比拟平安可靠：假设按第一、第二种情况设计，可得较小的入土深度和较大的弯矩，对于第一种情况，桩底可能有少许位移。自由支承比嵌固支承受力情况明确，造价经济合理。1、自由端单支点支护桩的计算平衡法图8-11是单支点自由端支护构造的断面，桩的右面为主动土压力，左侧为被动土压力。可采用以下方法确定桩的最小入土深度tmin和水平向每延米所需支点力(或锚固力)R。如图8-11所示，取支护单位长度，对A点取矩，令MA0，则有8-178-18式中、基坑底以上及以下主动土压力合力对A点的力矩；被动土压力合力对A点的力矩；、基坑底以上及以下主动土压力合力；被动土压力合力。图8-11 单支点排桩支护的静
