基坑工程排樁設(shè)計(jì)與計(jì)算概要講義

基坑工工程設(shè)計(jì)與計(jì)算算排樁排樁支護(hù)可可采用鉆孔灌注樁樁、人工挖挖孔樁、預(yù)預(yù)制鋼筋混混凝土板樁樁或鋼板樁樁。圖3-5排樁支護(hù)的的類型（1）柱列式排排樁支護(hù)：：當(dāng)邊坡土土質(zhì)尚好、、地下水位位較低時(shí)，，可利用土土拱作用，，以稀疏鉆鉆孔灌注樁樁或挖孔樁樁支擋土坡坡，如圖3-5a所示。（2）連續(xù)排樁樁支護(hù)（圖圖3-5b）：在軟土土中一般不不能形成土土拱，支擋擋結(jié)構(gòu)應(yīng)該該連續(xù)排。。密排的鉆鉆孔樁可互互相搭接，，或在樁身身混凝土強(qiáng)強(qiáng)度尚未形形成時(shí)，在在相鄰樁之之間做一根根素混凝土土樹(shù)根樁把把鉆孔樁排排連起來(lái)，，如圖3-5c所示。也可可采用鋼板板樁、鋼筋筋混凝土板板樁，如圖圖3-5d、e所示。（3）組合式排排樁支護(hù)：：在地下水水位較高的的軟土地區(qū)區(qū)，可采用用鉆孔灌注注排樁與水水泥土樁防防滲墻組合合的方式，，如圖3-5f所示。（1）無(wú)支撐（（懸臂）支支護(hù)結(jié)構(gòu)：：當(dāng)基坑開(kāi)開(kāi)挖深度不不大，利用用懸臂作用用擋住墻后后土體。（2）單支撐結(jié)結(jié)構(gòu)：當(dāng)基基坑開(kāi)挖深深度較大時(shí)時(shí)，可以在在支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)頂部附近近設(shè)置一單單支撐（或或拉錨）。。（3）多支撐結(jié)結(jié)構(gòu)：當(dāng)基基坑開(kāi)挖深深度較深時(shí)時(shí)，可設(shè)置置多道支撐撐，以減少少擋墻的壓壓力。懸臂式圍護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力力分析（排排樁、板樁樁）計(jì)算簡(jiǎn)圖（（均質(zhì)土））排樁變位凈土壓力分分布簡(jiǎn)化處理后后的凈土壓力分分布靜力平衡法法當(dāng)板樁處于于平衡狀態(tài)態(tài)，此時(shí)所所對(duì)應(yīng)的板板樁的入土土深度即是是保證板樁樁穩(wěn)定的最最小入土深深度。根據(jù)據(jù)板樁的靜靜力平衡條條件可以求求出該深度度。作用在板樁樁上的水平平力之和等等于0，各力距任任一點(diǎn)力矩矩之和等于于0的靜力平衡衡條件，建建立靜力平平衡方程t土壓力計(jì)算算（朗肯土土壓力理論論）確定板樁入入土深度t基坑底土壓壓力thDz1z2pah地面超載thDz1z2pah確定凈土壓壓力p=0的深度DthDz1z2pah確定深度h+z1及h+t處的凈土壓壓力確定最小入入土深度t當(dāng)板樁入土土深度達(dá)到到最小入土土深度t時(shí)，應(yīng)滿足足作用在板板樁上的水水平力之和和等于0，各力距任任一點(diǎn)力矩矩之和等于于0的靜力平衡衡條件，建建立靜力平平衡方程，，可以求得得未知量z2及板樁最小小入土深度度t：求解上述聯(lián)聯(lián)立方程，，可以得到到未知值z(mì)2，t（也可以采采用試算法法計(jì)算），，為安全起起見(jiàn)，計(jì)算算得到的t值還需乘以以1.1的安全系數(shù)數(shù)作為設(shè)計(jì)計(jì)入土深度度，即實(shí)際際的入土深深度=1.1t。板樁內(nèi)力計(jì)計(jì)算計(jì)算板樁最最大彎矩時(shí)時(shí)，根據(jù)在在板樁最大大彎矩作用用點(diǎn)剪力等等于0的原理，可可以確定發(fā)發(fā)生最大彎彎矩的位置置及最大彎彎矩值。對(duì)對(duì)于均質(zhì)無(wú)無(wú)粘性土（（c=0，q0=0），根據(jù)圖圖示關(guān)系，，當(dāng)剪力為為0的點(diǎn)位于基基坑底面以以下深度b時(shí)，則有：：解出b后，即可求求得Mmax：hbz1布魯姆法（（均質(zhì)土））基本原理：：布魯姆法法以一個(gè)集集中力Ep’代替板樁底底出現(xiàn)的被被動(dòng)土壓力力，根據(jù)該該假定建立立靜力平衡衡方程，求求出入土深深度及板樁樁內(nèi)力。計(jì)算板樁入入土深度t對(duì)板樁底C點(diǎn)取力矩，，由ΣMc=0得到：OhtluE’pEpE4E1E2E3ΣPCxxma在均質(zhì)土條條件下，凈凈土壓力為為0的O點(diǎn)深度可根根據(jù)墻前與與墻后土壓壓力強(qiáng)度相相等的條件件算出（不不考慮地下下水及頂面面均布荷載載的影響，，c=0，q0=0）：代入前式求求解方程后后可求得未未知量x，板樁的入入土深度按按下式計(jì)算算：t=u+1.2x為便于計(jì)算算，建立了了一套圖表表，利用該該圖表，可可用圖解法法確定未知知量x值，其順序序如下：令中間變量量：再令：根據(jù)求出的的m、n值，查圖表表確定中間間變量ξ，從而求得得：x=ξ··l，t=u+1.2x內(nèi)力計(jì)算最大彎矩發(fā)發(fā)生在剪力力Q=0處，如圖設(shè)設(shè)O點(diǎn)以下xm處的剪力Q=0，則有：最大彎矩：：OhtluE’pEpE4E1E2E3ΣPCxxma題1：某懸臂板樁樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖示，，試用布魯魯姆法計(jì)算算板樁長(zhǎng)度度及板樁內(nèi)內(nèi)力。6mluE3E1E2ΣPaq=10kN/m2c=0φ=34°γ=20kN/m3解：①板樁長(zhǎng)長(zhǎng)度查表，ξ=0.67，x=ξl=0.67×6.57=4.4mt=1.2x+u=1.2××4.4+0.57=5.85m板樁長(zhǎng)=6+5.85=11.85m，取12m。②計(jì)算最最大彎矩單支點(diǎn)圍護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力力分析（排排樁、板樁樁）頂端支撐的的排樁結(jié)構(gòu)構(gòu)，有支撐撐的支撐點(diǎn)點(diǎn)相當(dāng)于不不能移動(dòng)的的簡(jiǎn)支點(diǎn)，，埋入地中中的部分，，則根據(jù)入入土深度，，淺時(shí)為簡(jiǎn)簡(jiǎn)支，深時(shí)時(shí)為嵌固。。在確定板板樁的入土土深度時(shí)，，太淺則踢踢腳破壞，，較深時(shí)則則不經(jīng)濟(jì)。。比較合理理的入土深深度為下圖圖所示的第第3種狀態(tài)所處處的入土深深度。一般般按該種狀狀態(tài)確定板板樁的入土土深度t。內(nèi)力計(jì)算方方法（均質(zhì)質(zhì)土）靜力平衡法法（埋深較較淺，下端端鉸支，前前圖a計(jì)算圖式））根據(jù)圖示所所示靜力平平衡體系，，根據(jù)A點(diǎn)的力矩平平衡方程及水平方向的的力平衡方程，可以以得到兩個(gè)個(gè)方程：根據(jù)上述方方程求解出出板樁的入入土深度t及反力RhtREpEaAd對(duì)支撐A點(diǎn)取力矩平平衡方程：：由水平方向向的靜力平平衡方程：：根據(jù)剪力為為0的條件，可可以求得最最大彎矩的的位置：板樁截面最最大彎矩：：等值梁法圖中(a)為一超靜定定梁，其彎彎矩圖如(b)所示?？拷潭说膹潖澗亓泓c(diǎn)(反彎點(diǎn))為F。若將此梁梁從F點(diǎn)處截開(kāi)，，斷面處將將無(wú)彎矩，，可以用一一自由支座座代替，如如圖(c)所示的簡(jiǎn)支支梁AF；則AF與原梁中AF段的彎矩分分布相同，，AF梁稱為AE梁的等值梁梁。如何確定反反彎點(diǎn)的位位置。對(duì)單錨或單單撐支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)，地面以下土土壓力為零零的位置，，即主動(dòng)土壓壓力等于被被動(dòng)土壓力力的位置，，與反彎點(diǎn)點(diǎn)位置較接接近。等值梁法基本原理：：將板樁看看成是一端端嵌固另一一端簡(jiǎn)支的的梁，單支支撐擋墻下下端為彈性性嵌固時(shí)，，其彎矩分分布如圖所所示，如果果在彎矩零零點(diǎn)位置將將梁斷開(kāi)，，以簡(jiǎn)支梁梁計(jì)算梁的的內(nèi)力，則則其彎矩與與整梁是一一致的。將將此斷梁稱稱為整梁該該段的等值梁。對(duì)于下端為為彈性支撐撐的單支撐撐擋墻，彎矩零點(diǎn)位位置與凈土土壓力零點(diǎn)點(diǎn)位置很接接近，在計(jì)算時(shí)時(shí)可以根據(jù)據(jù)凈土壓力分分布首先確確定出彎矩矩零點(diǎn)位置置，并在該該點(diǎn)處將梁梁斷開(kāi)，計(jì)計(jì)算兩個(gè)相相連的等值值簡(jiǎn)支梁的的彎矩。將這種簡(jiǎn)化化方法稱為為等值梁法法。RaABBQBQBGE’pBGhtREaE’pEa2Ah0aDBGCuxΔxt0γ(kp-ka)x對(duì)單錨或單單撐支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)，地面以下土土壓力為零零的位置，，即主動(dòng)土壓壓力等于被被動(dòng)土壓力力的位置，，與反彎點(diǎn)點(diǎn)位置較接接近。計(jì)算步驟計(jì)算凈土壓壓力分布根據(jù)凈土壓壓力分布確確定凈土壓壓力為0的B點(diǎn)位置，，利用下下式算出出B點(diǎn)距基坑坑底面的的距離u（c=0，q0=0）：計(jì)算支撐撐反力計(jì)算支撐撐反力Ra及剪力QB。以B點(diǎn)為力矩矩中心：：以A點(diǎn)為力矩矩中心：：計(jì)算板樁樁的入土土深度由等值梁梁BG取G點(diǎn)的力矩矩平衡方方程：可以求得得：板樁的最最小入土土深度：：t0=u+x，考慮一定定的富裕?？梢匀∪。簍=(1.1~1.2)t0求出等值值梁的最最大彎矩矩根據(jù)最大大彎矩處處剪力為為0的原理，，求出等等值梁上上剪力為為0的位置，，并求出出最大彎彎矩Mmax。注意：以上兩兩種情況況計(jì)算出出的支撐撐力（錨錨桿拉力力）為單單位延米米板樁墻墻上的數(shù)數(shù)值，如如支撐（（錨桿））間距為為a，則實(shí)際際支撐力力（錨桿桿拉力））為aR。例題：某單支撐撐板樁圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖示示，試用用等值梁梁法計(jì)算算板樁長(zhǎng)長(zhǎng)度及板板樁內(nèi)力力。1m9.0muEaaq=28kN/m2c=6kPaφ=20°γ=18kN/m3xx0Ra解：①土壓壓力計(jì)算算②u的計(jì)算③Ra、QB的計(jì)算④入土土深度t的計(jì)算取t=13.0m，板樁長(zhǎng)長(zhǎng)=10+13=23m⑤內(nèi)力計(jì)算算求Q=0的位置x0彈性抗力力法（彈彈性支點(diǎn)點(diǎn)法、地地基反力力法）基本原理理：將樁樁墻看成成豎直置置于土中中的彈性性地基梁梁，基坑坑以下土土體以連連續(xù)分布布的彈簧簧來(lái)模擬擬，基坑坑底面以以下的土土體反力力與墻體體的變形形有關(guān)。。計(jì)算方法法墻后土壓壓力分布布：直接接按朗肯肯土壓力力理論計(jì)計(jì)算、矩矩形分布布的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)土壓力力模式（（我國(guó)較較多采用用）；地基抗力力分布：：基坑開(kāi)開(kāi)挖面以以下的土土抗力分分布根據(jù)據(jù)文克爾爾地基模模型計(jì)算算：ks：地基土土的水平平基床系系數(shù)EaEaR1RnR1Rn支點(diǎn)按剛剛度系數(shù)數(shù)kz的彈簧進(jìn)進(jìn)行模擬擬，建立立樁墻的的基本撓撓曲微分分方程，，解方程程可以得得到支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)的的內(nèi)力和和變形。?！緦?shí)例1】某基坑采采用地下下連續(xù)墻墻加內(nèi)力力支撐支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)，支撐撐位置在在坑頂下下2.0m，平面間間距3.0m，土層為為粘土，，γ=18kN/m3，φ=100，c=10kPa,計(jì)算每根根支撐的的軸力值值。H=8m

68.4h=10m基坑的穩(wěn)穩(wěn)定驗(yàn)算算基坑穩(wěn)定定驗(yàn)算的的基本內(nèi)內(nèi)容整體穩(wěn)定定驗(yàn)算（（邊坡穩(wěn)穩(wěn)定、傾傾覆穩(wěn)定定、滑移移穩(wěn)定））；基坑抗隆隆起穩(wěn)定定；基坑抗?jié)B滲流穩(wěn)定定?；涌孤÷∑鸱€(wěn)定定基坑隆起起——開(kāi)挖較深深軟土基基坑時(shí)，，在坑壁壁土體自自重和坑坑頂荷載載作用下下，坑底底軟土可可能受擠擠在坑底底發(fā)生隆隆起現(xiàn)象象；基本假定定參照太沙沙基、普普朗得爾爾地基承承載力理理論；支護(hù)樁底底面的平平面作為為極限承承載力基基準(zhǔn)面；；基坑抗隆隆起安全全系數(shù)：：建筑地基基規(guī)范中中的驗(yàn)算算方法當(dāng)坑底為為一般粘粘性土?xí)r時(shí)，可參參照Prandtl和Tarzaghi的地基承承載力公公式，并并將支護(hù)護(hù)樁底面面的平面面作為求求極限承承載力的的基準(zhǔn)面面，其滑滑動(dòng)線形形狀如圖圖所示。。假設(shè)支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)入入土深度度為d，可按下下式計(jì)算算抗隆起起安全系系數(shù)：式中，d為墻體入入土深度度；h為基坑開(kāi)開(kāi)挖深度度；1、2為墻體外外側(cè)及坑坑底土體體重度；；q為地面超超載；Nc、Nq為地基承承載力系系數(shù)。太沙基被動(dòng)區(qū)過(guò)渡區(qū)承載力系系數(shù)普朗得爾爾公式：：安全系數(shù)數(shù)：Ks≥1.1~1.2太沙基公公式：安全系數(shù)數(shù)：Ks≥1.15~1.25《建筑地基基基礎(chǔ)設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范范》推薦公式式Nc：承載力力系數(shù)，，條形基基礎(chǔ)取Nc=5.14；τ0：抗剪強(qiáng)強(qiáng)度，由由十字板板試驗(yàn)或或三軸不不固結(jié)不不排水試試驗(yàn)確定定；t：支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)入土土深度；；其余參數(shù)數(shù)與前述述相同。。簡(jiǎn)化計(jì)算算方法假定地基基破壞時(shí)時(shí)發(fā)生如如下圖所所示滑動(dòng)動(dòng)面，滑滑動(dòng)面圓圓心在最