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=0.676.57=4.4mt=1.2x+u=1.24.4+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=(1.11.2)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：Ks1.11.2太沙基公式：安全系数：Ks1.151.25,.,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=