深基坑排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)

1、第二節(jié)第二節(jié) 深基坑排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)深基坑排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)基坑開挖時，對不能放坡或由于場地限制而不能基坑開挖時，對不能放坡或由于場地限制而不能采用攪拌樁支護(hù)，開挖深度在采用攪拌樁支護(hù)，開挖深度在610米左右時，即米左右時，即可采用排樁支護(hù)。排樁支護(hù)可采用鉆孔灌注樁、可采用排樁支護(hù)。排樁支護(hù)可采用鉆孔灌注樁、人工挖孔樁、預(yù)制鋼筋混凝土板樁或鋼板樁。人工挖孔樁、預(yù)制鋼筋混凝土板樁或鋼板樁。圖3-5 排樁支護(hù)的類型 排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)可分為：排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)可分為： （1）柱列式排樁支護(hù)：當(dāng)邊坡土質(zhì)尚好、地下水位）柱列式排樁支護(hù)：當(dāng)邊坡土質(zhì)尚好、地下水位較低時，可利用土拱作用，以稀疏鉆孔灌注樁或挖孔較低時，可利用土拱

2、作用，以稀疏鉆孔灌注樁或挖孔樁支擋土坡，如圖樁支擋土坡，如圖3-5a所示。所示。 （2）連續(xù)排樁支護(hù)（圖）連續(xù)排樁支護(hù)（圖3-5b）：在軟土中一般不能）：在軟土中一般不能形成土拱，支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)該連續(xù)排。密排的鉆孔樁可互形成土拱，支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)該連續(xù)排。密排的鉆孔樁可互相搭接，或在樁身混凝土強(qiáng)度尚未形成時，在相鄰樁相搭接，或在樁身混凝土強(qiáng)度尚未形成時，在相鄰樁之間做一根素混凝土樹根樁把鉆孔樁排連起來，如圖之間做一根素混凝土樹根樁把鉆孔樁排連起來，如圖3-5c所示。也可采用鋼板樁、鋼筋混凝土板樁，如圖所示。也可采用鋼板樁、鋼筋混凝土板樁，如圖3-5d、e所示。所示。 （3）組合式排樁支護(hù)：在地下水位較高

3、的軟土地區(qū)）組合式排樁支護(hù)：在地下水位較高的軟土地區(qū)，可采用鉆孔灌注排樁與水泥土樁防滲墻組合的方式，可采用鉆孔灌注排樁與水泥土樁防滲墻組合的方式，如圖，如圖3-5f所示。所示。 按基坑開挖深度及支擋結(jié)構(gòu)受力情況，排樁支護(hù)按基坑開挖深度及支擋結(jié)構(gòu)受力情況，排樁支護(hù)可分為一下幾種情況。可分為一下幾種情況。 （1）無支撐（懸臂）支護(hù)結(jié)構(gòu)：當(dāng)基坑開挖深）無支撐（懸臂）支護(hù)結(jié)構(gòu)：當(dāng)基坑開挖深度不大，即可利用懸臂作用擋住墻后土體。度不大，即可利用懸臂作用擋住墻后土體。 （2）單支撐結(jié)構(gòu)：當(dāng)基坑開挖深度較大時，不）單支撐結(jié)構(gòu)：當(dāng)基坑開挖深度較大時，不能采用無支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)，可以在支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部附能采用無支撐支護(hù)

4、結(jié)構(gòu)，可以在支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部附近設(shè)置一單支撐（或拉錨）。近設(shè)置一單支撐（或拉錨）。 （3）多支撐結(jié)構(gòu)：當(dāng)基坑開挖深度較深時，可）多支撐結(jié)構(gòu)：當(dāng)基坑開挖深度較深時，可設(shè)置多道支撐，以減少擋墻的壓力。設(shè)置多道支撐，以減少擋墻的壓力。 一、無支撐排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)一、無支撐排樁支護(hù)結(jié)構(gòu) 無支撐排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)也亦即懸臂式樁排支無支撐排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)也亦即懸臂式樁排支護(hù)結(jié)構(gòu)（懸臂板樁的變位及土壓力分布圖護(hù)結(jié)構(gòu)（懸臂板樁的變位及土壓力分布圖見圖見圖3-6），可由多種樁型組成，本節(jié)只），可由多種樁型組成，本節(jié)只涉及相間或密排插入基坑底面以下一定深涉及相間或密排插入基坑底面以下一定深度的鋼筋混凝土樁，樁頂設(shè)置鋼筋混凝土度的鋼

5、筋混凝土樁，樁頂設(shè)置鋼筋混凝土鎖口梁，樁體承受水平推力，鎖口梁調(diào)節(jié)鎖口梁，樁體承受水平推力，鎖口梁調(diào)節(jié)各樁受力和水平位移的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。擋各樁受力和水平位移的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。擋土深度視地質(zhì)條件和樁徑而異，一般不宜土深度視地質(zhì)條件和樁徑而異，一般不宜超過超過6m。圖3-6 懸臂板樁的變位及土壓力分布圖a.變位示意圖 b.土壓力分布圖 c.懸臂板樁計算圖 d. Blum 計算圖式 懸臂樁支護(hù)結(jié)構(gòu)靜力計算主要目的有二個：懸臂樁支護(hù)結(jié)構(gòu)靜力計算主要目的有二個： （1） 懸臂樁樁身插入基底面以下的最小入土深度懸臂樁樁身插入基底面以下的最小入土深度Dmin； （2） 樁身最大彎矩及所在位置，以計算樁身的截面

6、和配筋。樁身最大彎矩及所在位置，以計算樁身的截面和配筋。 （一）結(jié)構(gòu)靜力計算模型（一）結(jié)構(gòu)靜力計算模型 鋼筋混凝土樁插入基底面以下的深度可以根據(jù)靜力平衡條件確定鋼筋混凝土樁插入基底面以下的深度可以根據(jù)靜力平衡條件確定：如圖：如圖3-7所示，通過主被動兩側(cè)土壓力對所示，通過主被動兩側(cè)土壓力對C點(diǎn)的力矩平衡，解點(diǎn)的力矩平衡，解式（式（3-12），即可得最小入土深度），即可得最小入土深度Dmin。 （3-12） 式中 MEa1，MEa2分別為基底以上及以下主動土壓力之合力對C點(diǎn)的力矩（kN.m）； MEP被動土壓力對C點(diǎn)的力矩（kN.m） 。 樁的設(shè)計長度應(yīng)按下式確定： （3-13） 式中 H 基坑

7、開挖深度（m）； 增大系數(shù)，基坑底以下土質(zhì)較好時取1.2； 反之取1.4120EaEaEpMMMmindDHKDdK圖3-7 懸臂式樁排計算圖 （二）計算步驟（二）計算步驟 1.土壓力計算包括主動和被動壓力和超載影響的計土壓力計算包括主動和被動壓力和超載影響的計算。樁的入土深度為未知，可設(shè)為算。樁的入土深度為未知，可設(shè)為Dmin，這部分，這部分的土壓力暫以包含的土壓力暫以包含Dmin的式子表示。的式子表示。 2.力矩平衡計算分別計算主、被動土壓力對力矩平衡計算分別計算主、被動土壓力對C點(diǎn)的點(diǎn)的力矩，再按照力矩平衡條件，列出平衡方程，一般力矩，再按照力矩平衡條件，列出平衡方程，一般為為Dmin的

8、三次方程。的三次方程。 3.解方程，得出解方程，得出Dmin。 4.求剪力為零點(diǎn)深度，對該深度截面計算彎矩，即求剪力為零點(diǎn)深度，對該深度截面計算彎矩，即為最大彎矩為最大彎矩Mmax。 5.根據(jù)根據(jù)Dmin確定樁的設(shè)計入土深度，根據(jù)確定樁的設(shè)計入土深度，根據(jù)Mmax確定適當(dāng)?shù)臉稄?、樁距和樁的配筋。確定適當(dāng)?shù)臉稄?、樁距和樁的配筋?（三）算例：某工程基坑支護(hù)擬采用懸臂樁結(jié)構(gòu)，主要參數(shù)如圖3-8（a）所示。試計算樁的設(shè)計長度，樁身最大彎矩及所在位置。一、土壓力計算一、土壓力計算 根據(jù)本題題意，公式（根據(jù)本題題意，公式（3-3）和（）和（3-11）可以推）可以推導(dǎo)出公式（導(dǎo)出公式（3-14）和（）和（

9、3-15），計算結(jié)果如表），計算結(jié)果如表（3-5）和（）和（3-6）所示。）所示。 （3-14） （3-15）0()2ajkmjjaiikaiezq kck0()2pjkmjjpiikpiezq kck 主動區(qū)力矩合計：主動區(qū)力矩合計： 1.55Dmin3+25.83Dmin2+143.35Dmin+265.2 被動區(qū)力矩合計：被動區(qū)力矩合計： 6.46Dmin3+14.28Dmin2 根據(jù)平衡條件可得：根據(jù)平衡條件可得： 4.91Dmin3-11.55Dmin2-143.35Dmin-265.2=0 解之，得解之，得: Dmin=7.33m樁的設(shè)計嵌入深度取樁的設(shè)計嵌入深度取: 1.2Dmi

10、n=8.8m9m 樁的總長為樁的總長為: 6+9=15m 3.求最大彎矩求最大彎矩 設(shè)剪力零點(diǎn)位于基底以下x處，該點(diǎn)以上主動土壓力合力為：（51.665.55）2+51.66x+0.5（xKa）x =4.655x2+51.66x+143.35 該點(diǎn)以上被動土壓力合力為： 28.56x+0.5（xKp）x=19.38x2+28.56x 令兩者相等，得： 14.725x2-23.1x-143.35=0 解得 x=4.0m 對該截面求矩即得最大彎矩Mmax Mmax=143.35（5.553+4）+51.66442+4.6554243-28.56442-19.384243=709.4kNm 至此計算

11、完畢，接著可按最大彎矩選擇適當(dāng)?shù)臉稄?、樁距和配筋。但尚?yīng)注意計算所得Mmax是每延米樁排的彎矩值，應(yīng)乘以樁距，并乘以荷載分項系數(shù)1.25之后，才是單樁彎矩設(shè)計值。 （四）鋼筋混凝土懸臂樁排結(jié)構(gòu)設(shè)計要求（四）鋼筋混凝土懸臂樁排結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 1.懸臂鋼筋混凝土樁的配筋應(yīng)按鋼筋混凝土受彎構(gòu)件計算和配筋，并應(yīng)按規(guī)定采取構(gòu)造措施。圓形截面樁宜均勻配筋，在土質(zhì)較好或采用人工挖孔樁確有施工保證可采用不均勻配筋，將抗彎鋼筋集中布置在受拉邊的彎矩作用平面左右各45范圍內(nèi)，以增大抵抗力矩。 2.鋼筋混凝土鎖口梁厚度一般可為400500mm，平面上外包樁體并突出50100mm，沿基坑周邊形成封閉結(jié)構(gòu)。鎖口梁按水平面

12、內(nèi)作用有正負(fù)彎矩的受彎構(gòu)件配筋，每側(cè)不宜少于316，梁截面的總配筋率不小于0.4%，角撐可按構(gòu)造設(shè)計為鋼構(gòu)件或鋼筋混凝土構(gòu)件。 3.支護(hù)的鋼筋混凝土樁采用疏排布置時，在各樁中間的空隙部位或樁背后適當(dāng)布置止水樁，防止?jié)B水和土體從樁間流失。也可在基坑開挖過程中逐步砌筑磚拱防滲。無論采用何種方式，其強(qiáng)度和構(gòu)造應(yīng)保證能可靠地將土水壓力傳遞給樁身。 二、有支撐排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)二、有支撐排樁支護(hù)結(jié)構(gòu) 有支撐排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)常見的有頂端支撐的排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)和樁錨式支護(hù)。在實際工程應(yīng)用中，后者更為普遍。 頂部支撐的排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)（計算簡圖如圖3-9）的計算與懸臂樁相比，其不同在于頂部支撐（樁）墻的計算需要求頂支撐的內(nèi)力T

13、A。 樁錨式支護(hù)由支護(hù)排樁，錨桿及圍檁等組成，用以支擋坑壁土壓力并限制坑壁的側(cè)向位移。錨桿平面位置應(yīng)在兩個樁之間空隙穿過。 錨桿由錨頭，拉桿和錨固體組成，根據(jù)支護(hù)深度和土質(zhì)條件錨桿可設(shè)置一層或多層，其錨固段應(yīng)置于較好的粘性土或粉土、粉細(xì)砂層中。條件允許時，可在基坑邊緣以外（超過潛在滑動面）設(shè)置錨定板，錨塊或錨樁，用拉桿與樁排聯(lián)結(jié)成頂層拉錨。單層樁錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)計算方法可以根據(jù)樁入土深單層樁錨式支護(hù)結(jié)構(gòu)計算方法可以根據(jù)樁入土深度的不同采用靜力平衡法（見圖度的不同采用靜力平衡法（見圖3-10）和等值梁）和等值梁法（見圖法（見圖3-11）來計算。）來計算。 圖3-9 頂部支撐樁墻的計算簡圖 圖3-10

14、 單支點(diǎn)排樁支護(hù)的靜力平衡計算簡圖圖3-11 單支點(diǎn)排樁支護(hù)等值梁法計算簡圖 當(dāng)基坑比較深、土質(zhì)當(dāng)基坑比較深、土質(zhì)較差時，單支點(diǎn)支護(hù)較差時，單支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)不能滿足基坑支結(jié)構(gòu)不能滿足基坑支擋的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要擋的強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求時，可以采用多層求時，可以采用多層支撐的多支點(diǎn)支護(hù)結(jié)支撐的多支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)。支撐層數(shù)及位置構(gòu)。支撐層數(shù)及位置應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、基坑深應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、基坑深度、支護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐度、支護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)和施工要求等因結(jié)構(gòu)和施工要求等因素確定。如圖素確定。如圖3-12為為多支點(diǎn)支撐（錨桿）多支點(diǎn)支撐（錨桿）計算模型。計算模型。 圖圖3-13 多層錨桿支護(hù)工況圖多層錨桿支護(hù)工況圖 多層錨桿的設(shè)置是

15、隨著開挖不多層錨桿的設(shè)置是隨著開挖不同工況逐層向下開挖而分次設(shè)同工況逐層向下開挖而分次設(shè)置的，見圖置的，見圖3-13。 根據(jù)實測資料這樣設(shè)置的多層根據(jù)實測資料這樣設(shè)置的多層錨桿有如下一些現(xiàn)象：錨桿有如下一些現(xiàn)象： （1）下道錨桿設(shè)置之后，上道）下道錨桿設(shè)置之后，上道錨桿的軸向力只有微小的變化錨桿的軸向力只有微小的變化，錨桿所在點(diǎn)可以看作是不動，錨桿所在點(diǎn)可以看作是不動點(diǎn)；點(diǎn)； （2）下道錨桿支點(diǎn)以上的）下道錨桿支點(diǎn)以上的墻體變位，大部分是在下道橫墻體變位，大部分是在下道橫撐設(shè)置前產(chǎn)生的。撐設(shè)置前產(chǎn)生的。 多層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)是超靜定問題，根據(jù)實際支護(hù)中多層錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)是超靜定問題，根據(jù)實際支護(hù)中的

16、實測資料可按下列假定將超靜定問題簡化為靜定的實測資料可按下列假定將超靜定問題簡化為靜定問題進(jìn)行計算：問題進(jìn)行計算： （1）各層錨桿所在點(diǎn)均為不動支點(diǎn)；）各層錨桿所在點(diǎn)均為不動支點(diǎn)； （2）支護(hù)樁的下端按簡支端考慮；）支護(hù)樁的下端按簡支端考慮； （3）在自上至下逐層計算過程中，某一層錨固）在自上至下逐層計算過程中，某一層錨固力一旦確定，在后續(xù)的計算中保持不變。力一旦確定，在后續(xù)的計算中保持不變。 如圖如圖3-12所示，對于第所示，對于第i層支撐（錨桿）計算如下：層支撐（錨桿）計算如下： 對對i點(diǎn)取矩，令點(diǎn)取矩，令Mi=0，則有：，則有： 式中及圖中：式中及圖中： Hi設(shè)置第設(shè)置第i+1層支撐（錨桿）時的開挖深度（層支撐（錨桿）時的開挖深度（m） Di所計算階段滿足力矩平衡的計算入土深度（所計算階段滿足力矩平衡的計算入土深度（m） Ea1i， Ea2i分別為分別為Hi深度下的開挖底面上下主動土深度下的開挖底面上下主動土壓力合力（壓力合力（kN ） EpiDi深度范圍內(nèi)的被動土壓力合力（深度范圍內(nèi)的被動土壓力合力（kN） MEa1i， MEa2i， MEpi各項土壓力對各項土壓力對點(diǎn)的力矩（點(diǎn)的力矩（kN.m） 第第i至第至第i-1層支撐（錨桿）力對層支撐（錨桿）力對i點(diǎn)的力矩（點(diǎn)的力矩（kN.m