基坑工程3讲-设计与计算-排桩ppt课件

基坑工程 设计与计算排桩 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 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 1 无支撑 悬臂 支护结构 当基坑开挖深度不大 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 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 悬臂式围护结构内力分析 排桩 板桩 计算简图 均质土 排桩变位 净土压力分布 简化处理后的净土压力分布 静力平衡法当板桩处于平衡状态 此时所对应的板桩的入土深度即是保证板桩稳定的最小入土深度 根据板桩的静力平衡条件可以求出该深度 作用在板桩上的水平力之和等于0 各力距任一点力矩之和等于0的静力平衡条件 建立静力平衡方程 t 土压力计算 朗肯土压力理论 确定板桩入土深度t基坑底土压力 地面超载 确定净土压力p 0的深度D 确定深度h z1及h t处的净土压力 确定最小入土深度t当板桩入土深度达到最小入土深度t时 应满足作用在板桩上的水平力之和等于0 各力距任一点力矩之和等于0的静力平衡条件 建立静力平衡方程 可以求得未知量z2及板桩最小入土深度t 求解上述联立方程 可以得到未知值z2 t 也可以采用试算法计算 为安全起见 计算得到的t值还需乘以1 1的安全系数作为设计入土深度 即实际的入土深度 1 1t 板桩内力计算计算板桩最大弯矩时 根据在板桩最大弯矩作用点剪力等于0的原理 可以确定发生最大弯矩的位置及最大弯矩值 对于均质无粘性土 c 0 q0 0 根据图示关系 当剪力为0的点位于基坑底面以下深度b时 则有 解出b后 即可求得Mmax z1 布鲁姆法 均质土 基本原理 布鲁姆法以一个集中力Ep 代替板桩底出现的被动土压力 根据该假定建立静力平衡方程 求出入土深度及板桩内力 计算板桩入土深度t对板桩底C点取力矩 由 Mc 0得到 在均质土条件下 净土压力为0的O点深度可根据墙前与墙后土压力强度相等的条件算出 不考虑地下水及顶面均布荷载的影响 c 0 q0 0 代入前式求解方程后可求得未知量x 板桩的入土深度按下式计算 t u 1 2x为便于计算 建立了一套图表 利用该图表 可用图解法确定未知量x值 其顺序如下 令中间变量 再令 根据求出的m n值 查图表确定中间变量 从而求得 x l t u 1 2x 内力计算最大弯矩发生在剪力Q 0处 如图设O点以下xm处的剪力Q 0 则有 最大弯矩 题1 某悬臂板桩围护结构如图示 试用布鲁姆法计算板桩长度及板桩内力 解 板桩长度 查表 0 67 x l 0 67 6 57 4 4mt 1 2x u 1 2 4 4 0 57 5 85m板桩长 6 5 85 11 85m 取12m 计算最大弯矩 单支点围护结构内力分析 排桩 板桩 顶端支撑的排桩结构 有支撑的支撑点相当于不能移动的简支点 埋入地中的部分 则根据入土深度 浅时为简支 深时为嵌固 在确定板桩的入土深度时 太浅则踢脚破坏 较深时则不经济 比较合理的入土深度为下图所示的第3种状态所处的入土深度 一般按该种状态确定板桩的入土深度t 内力计算方法 均质土 静力平衡法 埋深较浅 下端铰支 前图a计算图式 根据图示所示静力平衡体系 根据A点的力矩平衡方程及水平方向的力平衡方程 可以得到两个方程 根据上述方程求解出板桩的入土深度t及反力R 对支撑A点取力矩平衡方程 由水平方向的静力平衡方程 根据剪力为0的条件 可以求得最大弯矩的位置 板桩截面最大弯矩 等值梁法 图中 a 为一超静定梁 其弯矩图如 b 所示 靠近固端的弯矩零点 反弯点 为F 若将此梁从F点处截开 断面处将无弯矩 可以用一自由支座代替 如图 c 所示的简支梁AF 则AF与原梁中AF段的弯矩分布相同 AF梁称为AE梁的等值梁 如何确定反弯点的位置 对单锚或单撑支护结构 地面以下土压力为零的位置 即主动土压力等于被动土压力的位置 与反弯点位置较接近 等值梁法基本原理 将板桩看成是一端嵌固另一端简支的梁 单支撑挡墙下端为弹性嵌固时 其弯矩分布如图所示 如果在弯矩零点位置将梁断开 以简支梁计算梁的内力 则其弯矩与整梁是一致的 将此断梁称为整梁该段的等值梁 对于下端为弹性支撑的单支撑挡墙 弯矩零点位置与净土压力零点位置很接近 在计算时可以根据净土压力分布首先确定出弯矩零点位置 并在该点处将梁断开 计算两个相连的等值简支梁的弯矩 将这种简化方法称为等值梁法 对单锚或单撑支护结构 地面以下土压力为零的位置 即主动土压力等于被动土压力的位置 与反弯点位置较接近 计算步骤计算净土压力分布根据净土压力分布确定净土压力为0的B点位置 利用下式算出B点距基坑底面的距离u c 0 q0 0 计算支撑反力计算支撑反力Ra及剪力QB 以B点为力矩中心 以A点为力矩中心 计算板桩的入土深度由等值梁BG取G点的力矩平衡方程 可以求得 板桩的最小入土深度 t0 u x 考虑一定的富裕可以取 t 1 1 1 2 t0求出等值梁的最大弯矩根据最大弯矩处剪力为0的原理 求出等值梁上剪力为0的位置 并求出最大弯矩Mmax 注意 以上两种情况计算出的支撑力 锚杆拉力 为单位延米板桩墙上的数值 如支撑 锚杆 间距为a 则实际支撑力 锚杆拉力 为aR 例题 某单支撑板桩围护结构如图示 试用等值梁法计算板桩长度及板桩内力 解 土压力计算 u的计算 Ra QB的计算 入土深度t的计算 取t 13 0m 板桩长 10 13 23m 内力计算求Q 0的位置x0 弹性抗力法 弹性支点法 地基反力法 基本原理 将桩墙看成竖直置于土中的弹性地基梁 基坑以下土体以连续分布的弹簧来模拟 基坑底面以下的土体反力与墙体的变形有关 计算方法墙后土压力分布 直接按朗肯土压力理论计算 矩形分布的经验土压力模式 我国较多采用 地基抗力分布 基坑开挖面以下的土抗力分布根据文克尔地基模型计算 ks 地基土的水平基床系数 支点按刚度系数kz的弹簧进行模拟 建立桩墙的基本挠曲微分方程 解方程可以得到支护结构的内力和变形 实例1 某基坑采用地下连续墙加内力支撑支护结构 支撑位置在坑顶下2 0m 平面间距3 0m 土层为粘土 18kN m3 100 c 10kPa 计算每根支撑的轴力值 H 8m 68 4 h 10m 基坑的稳定验算 基坑稳定验算的基本内容整体稳定验算 边坡稳定 倾覆稳定 滑移稳定 基坑抗隆起稳定 基坑抗渗流稳定 基坑抗隆起稳定基坑隆起 开挖较深软土基坑时 在坑壁土体自重和坑顶荷载作用下 坑底软土可能受挤在坑底发生隆起现象 基本假定参照太沙基 普朗得尔地基承载力理论 支护桩底面的平面作为极限承载力基准面 基坑抗隆起安全系数 建筑地基规范中的验算方法 当坑底为一般粘性土时 可参照Prandtl和Tarzaghi的地基承载力公式 并将支护桩底面的平面作为求极限承载力的基准面 其滑动线形状如图所示 假设支护结构入土深度为d 可按下式计算抗隆起安全系数 式中 d为墙体入土深度 h为基坑开挖深度 1 2为墙体外侧及坑底土体重度 q为地面超载 Nc Nq为地基承载力系数 太沙基 被动区 过渡区 承载力系数普朗得尔公式 安全系数 Ks 1 1 1 2太沙基公式 安全系数 Ks 1 15 1 25 建筑地基基础设计规范 推荐公式Nc 承载力系数 条形基础取Nc 5 14 0 抗剪强度 由十字板试验或三轴不固结不排水试验确定 t 支护结构入土深度 其余参数与前述相同 简化计算方法假定地基破坏时发生如下图所示滑动面 滑动面圆心在最底层支撑点A处 半径为x 垂直面上的抗滑阻力不予考虑 则滑动力矩为 稳定力矩为 Su 滑动面上不排水抗剪强度 对于饱和软粘土 则 0 Su cu 定义安全系数K Mr Md 如基坑处土质均匀 则基坑抗隆起安全系数为 例题 某基坑深H 6 2m 地面荷载q 20kN m2 地基土为均质土 17kN m3 c 25kPa 底部支撑 81 8 按简化计算方法验算其抗隆起稳定性 解 均质土地基 Su c 25kPa基坑抗隆起安全系数不能满足抗基坑隆起稳定要求 基坑抗渗流稳定基坑底面抗流