基坑支护-排桩支护技术培训讲义[全面]

1、主讲教师： 张 彬 工程技术学院土木工程教研室,岩土锚固与支挡工程,91 悬臂桩支护结构的设计与计算 92 单支撑（锚杆）挡土桩设计与计算 93 多层锚杆（支撑）挡土桩设计与计算 94 非重力式桩墙支护结构整体稳定性验算 95 桩（锚）支护结构施工与监测,第 9 章 桩（锚）支护结构设计与计算,0 概 述,一、基坑支护结构设计依据与设计标准,1）基坑工程的等级建筑基坑支护技术规程（JGJ120.99）,2）国家有关规程的相关规定, 基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算，计算内容应包括以下几个方面。 根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算； 基坑支护结构的受压、受弯、受剪承载力计算

2、； 当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力计算和稳定性验算。, 对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑周边环境及支护结构变形进行验算。,2）国家有关规程的相关规定, 地下水控制计算和验算 抗渗透稳定验算； 基坑底突涌稳定性验算； 根据支护结构设计要求进行地下水位控制计算。,3）场地岩土工程地质勘察资料,4）周围环境调查,5）工程的施工条件,6）主体结构的设计资料,二、支护结构体系的总体布置型式及选型原则,91 悬臂式桩计算,一、悬臂桩的计算 二、悬臂桩设计计算工程实例 1. 按朗肯理论假定墙背与土间有摩擦力情况 按勘察报告 计算 按北京地区经验 计算,2. 用等值内

3、摩擦角计算悬臂桩,一、悬臂桩的计算,一、悬臂桩的计算,91 悬臂式桩计算,与实测弯矩吻合,97 单支撑（锚杆）挡土桩计算,一、桩顶锚固,板桩墙土压力、弯矩及变形随桩入土深度的变化。,一、桩顶锚固,第3种(c)情况是目前常采用的工作状况，一般使正弯矩为负弯矩的110115为设计依据，也有采用二者相等。,92 单支撑（锚杆）挡土桩计算,一、桩顶锚固（支撑）,92 单支撑（锚杆）挡土桩计算,一、桩顶锚固,计算模型,92 单支撑（锚杆）挡土桩计算,一、桩顶锚固,计算步骤,假定锚固处无位移，依据锚固点力矩平衡原则，求桩插入深度。,假定基坑开挖面以下深度内桩无位移，依据基底点力矩平衡原则，求锚固力。,计算

4、剪力为零点处的弯矩，求得最大弯矩。,92 单支撑（锚杆）挡土桩计算,一、桩顶锚固,计算原理,埋深浅 简支梁假设,1、求桩的埋入深度,（式617）,整理后得：,2、求锚拉力或支撑力,3、求最大弯矩,根据最大弯矩处剪力为零，若桩顶往下y处剪力为0，则,工程实例,某基坑工程开挖深度为8m，顶部设一道锚杆，地面有q=40kN/m2的均布荷载，土的物理力学指标为： 试设计该支护结构。,1、求桩的埋入深度,1、求桩的埋入深度,由公式6-17，,试算后得x=3.84m,考虑施工安全系数 K=1.11.2。,带入上述参数，得：,2、求锚拉力T,由式（618）,3、求最大弯矩,由公式（619）,92 单支撑（锚

5、杆）挡土桩计算,二、任意点锚固,92 单支撑（锚杆）挡土桩计算,二、任意点锚固,计算模型,桩入坑底弹性嵌固,92 单支撑（锚杆）挡土桩计算,二、任意点锚固,计算模型,桩入坑底固定,1、等值梁法的基本原理,单支撑挡墙下端可能是弹性嵌固（铰结）或固定两种情况，即可将支挡桩按：一端弹性嵌固、一端简支的梁来研究。挡墙两侧分别作用主动和被动土压力。 在弯矩图中，若能确定弯矩为零点的位置，则可以在弯矩为零处将梁断开，以简支的方式计算。可以发现所得的该梁段的弯矩图和整梁计算时的弯矩图相似，则此段梁即为该整梁在该段的等值梁。,一般地，挡墙净土压力为零的位置与弯矩为零点的位置很接近，因此可以按土压力零点位置断开

6、。,计算原理,2、计算步骤,（1）计算土压力系数,2、计算步骤,（2）求桩的嵌入深度,计算土压力为零点D的位置，即求右图中y值。,对等值梁AD，按D点力矩平衡，求支撑力Ta及剪力Pd。,求出支撑力Ta及剪力Pd后，Pd和被动土压力对C点建立力矩平衡关系式，求取x值。,（3）求最大弯矩 按简支梁先求出剪力为零点，该点即为最大弯矩点。,工程实例,沈阳某大厦基坑工程，开挖深度为13m，在距坑顶4.5m位置处设置一道锚杆，求桩的嵌入深度，锚杆拉力？ 已知地面荷载为10kN/m2，土的重度为19kN/m3，=36,土桩摩擦角为=1/3。,（1）计算土压力系数,（2）求桩的嵌入深度,（2）求桩的嵌入深度,

7、93 多层锚杆（支撑）挡土桩计算,多层锚杆挡土桩墙的计算方法主要有： （1）、整体等值梁法；（2）、分段等值梁法； （3）、二分之一分担法；（4）弹性法；（5）有限元法,一、整体等值梁法,计算原理,多层锚杆（支撑）等值梁的计算原理与等值梁原理相似，把基坑下桩的弯矩零点F与桩顶A点之间的桩当作多跨连续梁，锚杆位置当作连续梁的支点，采用力矩分配法计算支点反力。,a)、挡墙视为一端嵌固在土中的悬臂桩；b)、挡墙视为两个支点的静定梁；支点为A及土中净土压力为零点；c)、挡墙视为三个支点的连续梁；三个支点为A、B及净土压力零点；d)、四个支点的三跨连续梁。,计算步骤,考虑摩擦，计算主被动土压力； 计算土

8、压力强度为零点距坑底距离； 将地面至桩底的受力剖面，作为相应的连续梁支点及荷载图； 计算梁的固定端弯矩； 用弯矩分配法平衡支点弯矩； 分段计算各支点反力并核算反力与荷载是否相等； 计算桩墙的插入深度； 以最大弯矩核算钢板桩、型钢的强度，计算灌注桩的截面及配筋。,工程实例,北京京城大厦超高层建筑，地上52层，地下4层，建筑面积110270m2，地上高度183.53m，基础深度为23.76m（设计按23.5m计算），采用进口488mm*300mmH型钢桩挡土，间距为1.1m。三层锚杆。 各层土平均重度=19kN/m3，土的内摩擦角平均值为=30，c=10kPa，23米下为卵石，=3540，潜水位位

9、于2330m的圆砾石中。地面荷载q=10kN/m2。,（1）计算土压力系数,（2）土压力为零点（近似零弯点）距坑底距离,（3）基坑支护简图,（4）分段计算固端弯矩,a. 连续梁AB段悬臂部分弯矩,b. 梁BC段弯矩 梁BC段 (b) 所示，B支点荷载q1=34.6kN，C支点荷载q2=78.5kN。,c. 梁CD段弯矩 梁CD段 (c) 所示，两端均为固定端。,d. 梁DEF段弯矩 梁DEF段 (d) 所示，F点为零弯矩点。按一端固定端一端简支计算。,由计算结果可以看出固端弯矩不能平衡，此时应当进行弯矩分配。从而平衡支点C、D的弯矩。,（5）弯矩分配,通过弯矩分配，可以得出各个支点的弯矩为：,

10、（5）弯矩分配,（6）求各点支反力,7. 复核488H型钢的强度,9. 488H型钢插入深度计算,8. 反力核算,10悬臂488H的变形计算,a)、挡墙视为一端嵌固在土中的悬臂桩；b)、挡墙视为两个支点的静定梁；支点为A及土中净土压力为零点；c)、挡墙视为三个支点的连续梁；三个支点为A、B及净土压力零点；d)、四个支点的三跨连续梁。,二、法分段等值梁,三、二分之一分担法,计算模型,二分之一分担法是多层锚杆（支撑）支护结构设计计算方法之一，其主要原理是以Terzaghi和Peck修正土压力分布为前提，将上下各层锚杆（支撑）间按等距离分割，设定每层锚杆（支撑）承担与其相邻的两个半跨的土压力荷载值，

11、该方法计算结果与实际工程出入较大，一般用于初步估算。 （估算支撑轴力有一定的参考价值）,四、“m” 法,对于多道支撑或多道锚杆支护结构，采用基床系数法“m”法进行计算。采用结构力学中的力法（位移法）求解支撑及锚杆内力。坑底以上的挡墙部分，采用一般结构力学方法计算内力。对于坑底以下的如土部分计算，在求得支撑力后，同样采用“m” 法进行计算。,土压力选用以下三种模式：矩形土压力、三角形土压力和经验土压力，其中矩形和三角形土压力模式（见2-1）采用土层c、 。,（1） 矩形土压力 （2）三角形土压力,工况（1） 工况（2）,工况（3） 工况（4）,其中，基坑以下土的作用用弹簧模拟，在本软件中这些弹簧刚度按“m”法模式计算。支撑（或锚杆）的作用用刚度为K的弹簧替代。,94 非重力式桩墙结构的稳定验算,一、 整体稳定性验算,如果考虑水平应力的影响，计算公式为：,二、 基坑底隆起验算,1,1,根据Prandtl解，抗隆起安全系数为：,根据Terzaghi解，抗隆起安全系数为：,二、 基坑底隆起验算,坑底抗隆起验算类似于圆弧面整体稳定