2-3板桩墙计算.ppt

在第三节的板桩计算中，板桩的作用是隔断基坑周围的土体，防止土体下降，防止水从坑壁周围侵入，防止水从坑底溢出，浸水过大，变成流沙，对基坑的挖掘没有影响。 根据基坑的深度和水深，一般可采用无支撑、单支撑、多支撑的桩壁。 主要承受土的压力和水的压力，桩基本身也是挡土墙，但不是一般的刚性挡土墙，而是受水平压力时弹性变形大的柔性结构，其受力条件与桩基支承方式、支承结构、桩基和支承施工方法及桩基深度密切相关，需要专业的设计计算。 桩板计算计算桩板截面内力，确定桩插入土中深度的计算，管理桩板材强度和确定桩板截面尺寸的桩支撑(锚)计算坑稳定性管理水下混凝土封底计算，以确保桩墙应包括桩板侧向压力计算。 另一方面，侧向压力计算、作用于桩基墙的外力主要来自坑壁土的压力和水的压力，或者坑顶其他负荷(挖掘、运输机械等)产生的侧向压力。 由于它多为临时结构物，常采用比较粗略的近似计算。 也就是说，不考虑桩基墙的实际变形，依然沿用经典土压理论计算作用于桩基墙的土压。 一般采用秩理论计算不同深度z下的延米宽度内的主、被动土的压力强度pa、pp(kPa ) :(2-3)，秩理论将不同深度z下的延米宽度内的主、被动土的压力强度pa、pp(kPa ) :被动土的压力强度、主动土的压力强度、粘性土、式(2-3)下的内摩擦角等代内摩擦有地下水和地面水时，要根据土的透水性和施工方法，还要考虑静水压力对桩的作用。 土层为透水性土的情况下，计算土压时，土重取浮重度，考虑到所有静水压的水中土层为没有透水性的粘性土层，在打桩时打桩后土松动，水不进入土中的情况下，土压不考虑水的浮力而取饱和度，土面以上的水深作为平均布的过载作用来考虑。 二、悬臂式板桩的计算，图2-17所示的悬臂式板桩由于板桩没有支承，因此可用于壁体的位移大、通常防土高度小的临时支承结构。 另外，图2-17悬臂式板桩的计算一般若近似地假定土压的分布模式，则如图2-17所示，壁的前侧为被动压力(bcd )，其合力考虑了一定的安全系数k (一般设为K=2)。 墙后主要有动土应力(abe )，合力。 另外，由于被动土压力作用于桩下端，作用位置难以确定，因此假定计算时作用于桩端b点。 考虑的实际作用位置必须在桩端以上的距离，最后求出桩的入土深度t后，再增加1020%左右。例题2-1计算图2-18所示悬臂式板墙所需的入土深度t及桩身最大弯矩值。 已知图2-18例题2-1图、桩周土为砂砾、kN/m3、坑挖掘深度h=1.8m . 安全系数K=2。解：1)入土深度的求解方法：当时，朗肯主动土压力系数朗肯被动土压力系数为，板桩入土深度为t时，取1延长的板桩壁，计算壁的力对桩端b点施加的力矩平衡条件时， 在、上式中代入数字时，板桩的实际入土深度比计算值增加20%时，板桩的总长度l为，如果、板桩的最大弯矩截面为基坑底部的深度，则该截面的剪切力为零，即、挤出：2 )求出最大弯矩值，在上式中代入数字时，解为对于各延米板桩壁的最大弯矩，=21.6kNm、三、悬臂(锚型)桩壁的计算，在基坑的挖掘高度大时，不能采用悬臂式桩壁。 这种情况下，可以在板桩的上部附近设置支承件或锚杆，做成悬臂板桩。图2-19单支撑板桩壁的计算、单支撑板桩壁的计算，可以将其作为具有两个支撑点的垂直梁。 一个支点是桩上端的支撑杆或锚杆，另一个支点是桩下端埋在坑下的土。 下端支撑情况与桩埋入土中的深度大小有关，一般分为两种支撑情况之一是如图2-19a所示的简支。 此类桩深埋土中，桩下端允许自由旋转，第二类为固定端支撑，如图2-20a所示。 如果桩下端深深埋入土中，则认为桩下端埋入土中。 1 .桩下端单纯支承时的土压分布(图2-19a )，桩壁受力挠曲变形，上下两个支承点允许自由旋转，在墙后产生主动土压力EA。 桩下端可自由旋转，墙后下端不产生被动压力。 在墙的前侧，板桩被向前推产生被动土压力EP。 因为桩下端浅，桩壁的稳定安全度可以通过用墙前被动土压力EP除以安全系数k来保证。 这种情况下的板桩承受式如简单支承梁(图2-19b )所示，根据板桩承受的土压计算出的每延米板桩跨距的弯矩如图2-19c所示，以Mmax的值设计了板桩的厚度。 2 .桩下端固定支承时的土压分布，桩下端深入土中时，桩下端嵌入土中，桩壁后侧除主动土压力EA外，桩下端的嵌入点也产生被动土压力EP2。 假设EP2作用于桩基的b点。 与悬臂式板桩计算相同，板桩的入土深度可根据计算值适当增加1020%。 被动土压力EP1作用于桩板壁的前侧。 板桩入土深，板桩壁稳定性安全度由桩入土深度保证，因此被动土压力EP1不再考虑安全系数。 由于不知道板桩下端嵌合点的位置，因此无法在静力平衡条件下直接求出板桩的入土深度t。 在图2-20中，表示对板桩施加力后的挠曲形状，板桩下部具有挠曲、翘曲点c，c点以上的板桩具有最大的正弯矩，c点以下产生最大的负弯矩，挠曲、翘曲点c相当于弯矩零点，弯矩分布图如图2-20所示图2-20、太沙基在均匀砂土中，土表面无超载，壁后地下水位较低时，反屈曲点c深度y值与土内摩擦角近似关系： 203040y0.25h0.08h-0.007h确定反屈曲点c位置后，发现c点弯矩为零将板桩分为ac和cb两部分，根据平衡条件能够计算板桩的入土深度t .例题2-2到图2-21所示的锚，板桩的下端为自由支承，土的性质如图2-21所示。 基坑开挖深度h=8m，锚固位置d=1m，锚固间距a=2.5m。 o、未知、未知、解=30时，朗肯主动土压力系数朗肯被动土压力系数取决于、锚点0的扭矩平衡条件， 若代入上式：则根据平衡条件，锚拉伸力t为：=367.5kN，板桩最大弯矩的计算方法与悬臂式板桩相同，能够参照例题2-1。 四、多支承板桩壁计算中，当孔底深于地面或水面以下时，可设置多层支承以减少板桩的弯矩。 支撑的层数和位置应根据土质、坑深、支撑结构构件材料强度、施工要求等因素制定。 板桩支撑的层数和支撑间距的配置通常采用以下两种方法进行设定：1.等弯矩的配置：如果板桩的强度已确定，即将板桩用作常备设备，则可将支撑之间的最大弯矩设定为相等。 2 .等反作用力布置：当支撑件用作常备构件时，如果各层的支撑件的横截面要求相等，则各层的支撑件的反作用力可以设计为相等。 支承系统通过推力杆进行计算，支承长度较大时，请考虑支承自重对力矩的影响。 从施工的观点出发，支撑节距不得小于2.5m。 墙后的土体未达到能动极限平衡状态，土的压力不能按库仑和松香的理论计算。实验结果证明，此时的土压如图2-23所示，呈中央大上下小的抛物线状分布，在静止土压力和主动土压力之间变化。 图2-23多支撑桩板壁的位移和土压分布，太沙基和罂粟(TerzaghiandPeck，1948，1967，1969 )根据实测和模型试验结果，提出了作用于桩板壁的土压分布经验图(图2-24 )。 图2-24多支撑板桩壁土压力分布模式a )板桩支撑； b )松砂c )砂d )粘土H6cu； e )粘土H4Cu，在多支撑板桩的计算中，也可以假定板桩在支撑间为简单支撑，计算板桩弯矩和支撑力。 其计算方法参见例题2-4。 (1)坑底流沙管理、坑底土为粉沙、细砂等时，在坑内抽水可能引起流沙危险。 一般而言，可以使用简化的计算方法进行管理。 原则：板桩加大渗流长度，有足够深度以减少上移水力。 五、坑稳定性管理、坑内抽水引起的水位差h引起的渗流，其最短渗流路径为h1 t，在流量t中水应垂直于土粒动水向上，因此要求该动水不超过土的有效重量b，不产生流沙的安全条件为：式中： K安全系数，2.0； i水力梯度w 水的重量。 基坑抽水后水头差引起的渗流可以计算板桩所要求的入土深度t。 (二)坑底隆起管理、深挖软土基坑时，由于坑壁土体的自重和坑顶载荷，坑底软土可能被坑底压塌而发生隆起现象。 假设地基破坏时发生图像折动面，其折动面的中心位于最下层的支撑点a，半径为x，不考虑垂直面上的滑动阻力。 折动转矩：稳定转矩：式中： Su折动面没有排水剪切强度，土饱和柔软的粘土=0，Su=Cu。 m和Md之比为安全系数k，如果坑中地层土质均匀，则安全系数用式中弧度表示。(三)封底混凝土的厚度计算，钢板桩围堰在进行水下封底混凝土后，在围堰内排水基础和齐墩果酸进行建造，排水后，封底混凝土底面因围堰内外水位差受到向上的静水压力。 在静水压力下，封底混凝土和围堰有可能浮在水上，或者封底混凝土向上挠曲折断。 因此，封底混凝土必须具有足够的厚度以确保围堰的安全。 考虑浮力的基础层厚度计算：作用于基础层的浮力在封底混凝土和围堰的自重与板桩和土的摩擦阻力之间取得平衡。 如果灌注桩基础以下的深度不大，平衡浮力主要依赖于封底混凝土的自重，为了在计算时偏离安全性，只计算封底混凝土的自重。式中：考虑到未计算桩土间摩擦阻力和围堰自重的修正系数，小于1的具体数值由经验确定的w 水的重量为10kN/m3的c 混凝土重量、23kN/m3； h封底混凝土上面的水头高度(m )。 考虑到强度的封底层厚度的计算：例如，桩深深地打入基坑下，桩与土之间的摩擦阻力大，加上封底层和围堰的自重，围堰整体不会浮在水上。 在这种情况下，封底层的厚度必须