排桩支护设计计算大纲

2/2排桩支护设计计算大纲一、编制依据与适用范围1.1编制依据本大纲严格遵循现行国家及行业基坑支护、岩土工程、结构工程相关规范标准，所有计算方法、公式及参数取值均以规范条文与工程通用理论为依据，确保计算结果的科学性与合规性，主要依据包括：《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）《钢结构设计标准》（GB50017-2017）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）《冻土地区建筑地基基础设计规范》（JGJ118-2011）《建筑基坑工程监测技术标准》（GB50497-2019）1.2适用范围本大纲适用于工业与民用建筑领域各类排桩支护结构的设计计算工作，涵盖悬臂式排桩、单锚/多锚排桩、双排桩、内支撑排桩等各类支护形式，适用于基坑深度3~20m的各类基坑工程，涵盖软土、砂土、粘土、卵石等各类地质条件，同时适用于寒冷地区越冬基坑的冻胀防护设计，可作为排桩支护设计阶段计算工作的统一指导框架，与其他工业设施设计大纲形成完整的工程设施设计体系。二、基础设计参数计算2.1基坑基本参数排桩支护的基坑参数是所有计算的核心输入，核心参数如下：基坑深度：Hexc，单位m基坑平面尺寸：长度L、宽度B，单位m，用于计算支护的总长度和降水的影响范围周边荷载：地面均布荷载：q0，常规取10~20kPa周边建筑物荷载：附加荷载，根据建筑物的基础埋深和重量计算，常规取20~50kPa2.2岩土基础参数岩土的参数是土压力、渗流计算的基础，核心参数及取值如下：各层土的物理参数：天然重度γi，常规取值：粘土取18\20kg/m³，砂土取18\19kg/m³，卵石取饱和重度γsat,i，常规取粘聚力ci，常规取值：软土取10\20kPa，粘土取20\40kPa，砂土取内摩擦角φi，常规取值：软土取10\15°，粘土取15\25°，砂土取压缩模量Es,i，常规取值：软土取2\5MPa，粘土取5\15MPa，砂土取渗透系数ki，常规取值：粘土取0.001\0.1m/d，粉土取0.1\1m/d，砂土取地下水参数：地下水位埋深hw，常规取值：平原地区1\3m，山区3\水的重度γw，常规取2.3材料基础参数桩身混凝土参数：采用C30或C35混凝土，轴心抗压强度fc=14.3MPa（C30）、16.7MPa（C35），抗拉强度ft=1.43MPa（C30）、弹性模量Ec=3.0×10钢筋参数：采用HRB400钢筋，屈服强度fy=360MPa，抗拉强度弹性模量Es锚杆/支撑材料参数：锚杆采用钢绞线，抗拉强度fptk内支撑采用钢管或者H型钢，Q235B钢，许用应力[σ]=113MPa2.4设计安全等级与系数设计安全等级：一级基坑：重要工程，周边环境复杂，破坏后果很严重，重要性系数γ二级基坑：一般工程，周边环境一般，破坏后果严重，重要性系数γ三级基坑：次要工程，周边环境简单，破坏后果不严重，重要性系数γ焊接接头系数与腐蚀裕量：焊接接头系数ϕ：对于桩身对接焊缝，100%探伤的对接焊缝取0.9~1.0，局部探伤取0.85腐蚀裕量C2：对于地下水腐蚀的区域，取1~2mm，弱腐蚀区域取钢板负偏差C1：根据钢板厚度，厚度≤20mm时取0.8mm，20~40mm时取规范依据：《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）第3章三、排桩支护本体设计计算3.1排桩支护选型根据工况、地质与周边环境条件，选择合适的排桩支护类型：悬臂式排桩：无支撑/锚杆，依靠桩的嵌固深度平衡土压力，适用于基坑深度≤6m的小型基坑，结构简单，施工快单锚式排桩：一道锚杆，适用于基坑深度6~12m的中型基坑，位移控制好多锚式排桩：多道锚杆，适用于基坑深度12~20m的大型基坑，支护刚度大双排桩：前后两排桩，形成刚架结构，适用于软土地区的大型基坑，无需内支撑内支撑排桩：采用混凝土或钢内支撑，适用于周边环境复杂、无法设置锚杆的区域3.2土压力计算土压力是排桩支护的核心荷载，采用朗肯土压力理论计算：土压力系数计算：主动土压力系数：

K被动土压力系数：

K参数说明：φi为第i主动土压力强度计算：

第i层土的主动土压力强度为：

σ参数说明：z：计算点的深度（m）q0：地面均布荷载（kPa当σa,i≤0时，取常规主动土压力强度随深度线性增加，在粘土层中存在临界深度，临界深度z主动土压力合力计算：

主动土压力的合力，即总主动土压力，为各层土压力的积分：

E常规主动土压力的作用点，距离桩底的距离为H/3，三角形分布的话被动土压力强度计算：

第i层土的被动土压力强度为：

σ参数说明：被动土压力是桩前土体对桩的抗力，用于平衡主动土压力水压力计算：

对于有地下水的区域，水压力单独计算，静水压力为：

σ当有渗流时，需要考虑渗流力的影响，详见第八章阻力与流动计算3.3嵌固深度计算嵌固深度是桩在开挖面以下的长度，保证支护的稳定性：极限平衡法嵌固深度计算：

根据Blum极限平衡法，计算嵌固深度hd首先计算主动土压力和被动土压力的分布，找到反弯点的位置然后计算嵌固深度，满足抗倾覆和抗滑移的要求常规悬臂式排桩的嵌固深度，取开挖深度的1.0\1.2倍，锚拉式的取0.8\1.0倍抗倾覆稳定性验算：

抗倾覆安全系数，以桩底为转动点：

K参数说明：Mp：被动土压力的抗倾覆力矩（kN・m/mMa：主动土压力的倾覆力矩（kN・m/mlp,i：被动土压力作用点到转动点的距离（mla,i：主动土压力作用点到转动点的距离（m规范要求：安全系数不小于1.2，一级基坑取1.3抗滑动稳定性验算：

抗滑移安全系数，水平力的平衡：

K参数说明：μ：桩底的摩擦系数，常规取0.3~0.5G：桩的自重（kN/m）规范要求：安全系数不小于1.3，一级基坑取1.43.4桩的参数设计桩径选择：

常规钻孔灌注桩的桩径，取600~1200mm，根据基坑深度选择：深度≤6m：600~800mm深度6\12m：800\1000mm深度12\20m：1000\1200mm桩间距选择：

桩的中心间距，常规取2~3倍桩径，保证桩间土的稳定：软土地区：2.0~2.5倍桩径硬土地区：2.5~3.0倍桩径常规取值：800mm桩，间距1.6\2.4m；1000mm桩，间距2.0\3.0m锚杆参数设计（可选）：

对于锚拉式排桩，锚杆的参数：锚杆长度：自由段长度≥5m，锚固段长度根据承载力计算，常规10~15m锚杆间距：水平间距2\3m，竖向间距3\5m锚杆倾角：常规取15~25°，保证注浆的效果规范依据：《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）第5章四、支护结构设计4.1桩身结构设计桩身内力计算：

根据土压力的分布，计算桩身的弯矩和剪力，采用弹性地基梁法或者等值梁法：等值梁法：将支护桩的反弯点以上的部分作为简支梁，计算桩身的内力弹性地基梁法：考虑土的弹簧刚度，计算桩身的内力分布桩身配筋计算：正截面受弯承载力：

γ斜截面受剪承载力：

γ参数说明：M：桩身的弯矩设计值（kN・m）V：桩身的剪力设计值（kN）b：桩的截面宽度，圆形桩的等效宽度h0：截面的有效高度（mm常规配筋率：0.2%~0.6%，满足最小配筋率的要求4.2冠梁结构设计冠梁尺寸设计：

冠梁用于连接所有的排桩，提高整体性，常规尺寸：宽度：比桩径大100~200mm，比如800mm桩，冠梁宽1000mm高度：常规取600~800mm，保证刚度材料：C30混凝土，与桩身一致冠梁内力计算：

冠梁的内力，考虑桩顶的位移和力，计算冠梁的弯矩和剪力，常规按连续梁计算，支座为桩的位置冠梁配筋计算：

与桩身的配筋计算一致，正截面和斜截面的承载力，常规配筋：上下各4~6根20mm的HRB400钢筋，箍筋8@2004.3腰梁结构设计腰梁尺寸设计：

腰梁用于传递锚杆的力到桩身，常规采用双拼工字钢或者混凝土梁：钢腰梁：常规采用2I25a~2I40a的工字钢，根据锚杆的力选择混凝土腰梁：截面400×600~600×800mm，适用于大型基坑腰梁内力计算：

腰梁的内力，锚杆的力作为集中荷载，桩的反力作为支座，按连续梁计算弯矩和剪力4.4支座与基础设计桩端基础：

桩端进入持力层的深度，常规不小于2倍桩径，保证桩的竖向承载力桩的竖向承载力：Ra锚杆基础：

锚杆的锚固体，直径常规取150~200mm，保证注浆的效果，锚固体的强度不低于M30规范依据：《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）第5章五、热力与热平衡计算5.1冻胀热平衡计算对于寒冷地区的越冬基坑，需要考虑土体冻胀的热平衡，保证支护的稳定：土体的热平衡，输入热量等于输出热量加各项热损失：

Q参数说明：QinputQoutputQloss5.2冻胀力计算冻胀力是寒冷地区支护的重要荷载，根据冻胀的程度计算：法向冻胀力：

垂直于支护结构的冻胀力，常规取值：

σ参数说明：kf：冻胀的刚度系数，常规取Δu：土体的冻胀位移（m常规法向冻胀力的大小，软土地区100\300kPa，硬土地区50\150kPa切向冻胀力：

沿着桩身的冻胀力，会导致桩的上拔：

τf=501505.3温度稳定验算验算越冬期间的土体温度变化，保证冻胀的范围满足设计要求：

Δ参数说明：Δt：土体的温度降（℃Δτ：时间（smo：土体的总质量（kgcp,o：土体的定压比热容（J/(kg・K)常规要求，在越冬期间，冻结深度不超过设计的防护深度，保证桩的嵌固段不冻结规范依据：《冻土地区建筑地基基础设计规范》（JGJ118-2011）第5章六、冻胀与传热计算6.1传热基本方程土体的冻结过程的传热，满足傅里叶传热公式：

Q=λ⋅A⋅参数说明：Q：总传热量（W）λ：土体的导热系数（W/(m・K)）A：传热面积（m²）Δt：温差（℃δ：传热的厚度（m）6.2土体导热系数不同状态的土体的导热系数：融土：λ=0.81.2W/(m・K)，根据土的含水量冻土：λ=1.52.0W/(m・K)，冰的导热系数远大于水，所以冻土的导热系数大6.3冻结锋面计算冻结锋面的推进速度，根据斯蒂芬公式：

v参数说明：vf：冻结锋面的推进速度（m/sL：水的相变潜热，取334kJ/kgρ：土体的密度（kg/m³）常规冻结锋面的推进速度，冬季常规0.5~1.0cm/d，根据气温的不同6.4保温层传热计算为了防止土体冻结，设置保温层，保温层的传热计算：

1参数说明：δins：保温层的厚度（mλins：保温材料的导热系数，常规取0.04W/(m・αs：表面的对流换热系数，常规取10~15W/(m²・常规保温层的厚度，寒冷地区取100~200mm，保证土体不冻结规范依据：《冻土地区建筑地基基础设计规范》（JGJ118-2011）第6章七、附件与安全系统设计7.1监测附件选型排桩支护的监测附件，用于监控支护的安全状态：位移监测：桩顶水平位移计：测量桩顶的水平位移，量程0~100mm，精度0.1mm桩身测斜仪：测量桩身的深层水平位移，量程0~50mm，精度0.01mm/m周边沉降计：测量周边地面的沉降，量程0~50mm，精度0.1mm内力监测：锚杆轴力计：测量锚杆的轴力，量程0~500kN，精度0.5%FS桩身钢筋应力计：测量桩身的内力，量程0~200MPa，精度0.5%FS腰梁应力计：测量腰梁的应力，保证腰梁的安全地下水监测：渗压计：测量地下水位和孔隙水压力，量程0~200kPa，精度0.5%FS水位计：测量地下水位的变化，量程0~20m，精度1mm7.2安全防护系统临边防护：

基坑周边设置1.2m高的防护栏杆，挂安全网，防止人员坠落，栏杆的间距2m，埋深0.5m应急保护系统：应急降水系统：备用的降水井，当水位上升时，快速降水应急回填系统：当支护变形过大时，快速回填土方，控制变形应急注浆系统：当桩间土流失时，快速注浆，加固土体报警系统：位移报警：桩顶位移超过30mm报警，超过40mm跳闸内力报警：锚杆轴力超过设计值的80%报警，超过100%跳闸水位报警：地下水位超过设计值的0.5m报警规范依据：《建筑基坑工程监测技术标准》（GB50497-2019）第7章八、渗流阻力与流动计算8.1渗流基本方程地下水的渗流，满足达西定律：

v=k⋅J参数说明：v：渗流速度（m/d）k：土体的渗透系数（m/d）J：水力梯度，J=Δ8.2降水涌水量计算基坑降水的涌水量，采用大井法计算：

Q=参数说明：Q：基坑的总涌水量（m³/d）M：含水层的厚度（m）S：水位降深（m）R：降水的影响半径（m），常规取R=2Sr0：基坑的等效半径（m），r0=8.3渗流阻力计算渗流的阻力，沿程阻力和局部阻力：

Δ参数说明：Δh：水头损失（mL：渗流路径的长度（m）ξ：局部阻力系数，常规取0.5~1.0常规渗流的水力梯度，要求不超过0.5，防止流土和管涌8.4抗渗流稳定性验算抗渗流的稳定性，防止坑底的突涌：

K参数说明：γ'：土的有效重度（kN/m³t：坑底的不透水层厚度（m）Δh：水头差（m规范要求：安全系数不小于1.5，防止突涌规范依据：《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）第9章九、强度与稳定性校核9.1支护结构强度校核