基坑支護(hù)-排樁支護(hù)技術(shù)培訓(xùn)講義[全面]

1、主講教師： 張 彬 工程技術(shù)學(xué)院土木工程教研室,巖土錨固與支擋工程,91 懸臂樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 92 單支撐（錨桿）擋土樁設(shè)計(jì)與計(jì)算 93 多層錨桿（支撐）擋土樁設(shè)計(jì)與計(jì)算 94 非重力式樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算 95 樁（錨）支護(hù)結(jié)構(gòu)施工與監(jiān)測(cè),第 9 章 樁（錨）支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算,0 概 述,一、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),1）基坑工程的等級(jí)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120.99）,2）國(guó)家有關(guān)規(guī)程的相關(guān)規(guī)定, 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個(gè)方面。 根據(jù)基坑支護(hù)形式及其受力特點(diǎn)進(jìn)行土體穩(wěn)定性計(jì)算； 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的受壓、受彎、受剪承載力計(jì)算

2、； 當(dāng)有錨桿或支撐時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行承載力計(jì)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算。, 對(duì)于安全等級(jí)為一級(jí)及對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形有限定的二級(jí)建筑基坑側(cè)壁，尚應(yīng)對(duì)基坑周邊環(huán)境及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行驗(yàn)算。,2）國(guó)家有關(guān)規(guī)程的相關(guān)規(guī)定, 地下水控制計(jì)算和驗(yàn)算 抗?jié)B透穩(wěn)定驗(yàn)算； 基坑底突涌穩(wěn)定性驗(yàn)算； 根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行地下水位控制計(jì)算。,3）場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)勘察資料,4）周?chē)h(huán)境調(diào)查,5）工程的施工條件,6）主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)資料,二、支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的總體布置型式及選型原則,91 懸臂式樁計(jì)算,一、懸臂樁的計(jì)算 二、懸臂樁設(shè)計(jì)計(jì)算工程實(shí)例 1. 按朗肯理論假定墻背與土間有摩擦力情況 按勘察報(bào)告 計(jì)算 按北京地區(qū)經(jīng)驗(yàn) 計(jì)算,2. 用等值內(nèi)

3、摩擦角計(jì)算懸臂樁,一、懸臂樁的計(jì)算,一、懸臂樁的計(jì)算,91 懸臂式樁計(jì)算,與實(shí)測(cè)彎矩吻合,97 單支撐（錨桿）擋土樁計(jì)算,一、樁頂錨固,板樁墻土壓力、彎矩及變形隨樁入土深度的變化。,一、樁頂錨固,第3種(c)情況是目前常采用的工作狀況，一般使正彎矩為負(fù)彎矩的110115為設(shè)計(jì)依據(jù)，也有采用二者相等。,92 單支撐（錨桿）擋土樁計(jì)算,一、樁頂錨固（支撐）,92 單支撐（錨桿）擋土樁計(jì)算,一、樁頂錨固,計(jì)算模型,92 單支撐（錨桿）擋土樁計(jì)算,一、樁頂錨固,計(jì)算步驟,假定錨固處無(wú)位移，依據(jù)錨固點(diǎn)力矩平衡原則，求樁插入深度。,假定基坑開(kāi)挖面以下深度內(nèi)樁無(wú)位移，依據(jù)基底點(diǎn)力矩平衡原則，求錨固力。,計(jì)算

4、剪力為零點(diǎn)處的彎矩，求得最大彎矩。,92 單支撐（錨桿）擋土樁計(jì)算,一、樁頂錨固,計(jì)算原理,埋深淺 簡(jiǎn)支梁假設(shè),1、求樁的埋入深度,（式617）,整理后得：,2、求錨拉力或支撐力,3、求最大彎矩,根據(jù)最大彎矩處剪力為零，若樁頂往下y處剪力為0，則,工程實(shí)例,某基坑工程開(kāi)挖深度為8m，頂部設(shè)一道錨桿，地面有q=40kN/m2的均布荷載，土的物理力學(xué)指標(biāo)為： 試設(shè)計(jì)該支護(hù)結(jié)構(gòu)。,1、求樁的埋入深度,1、求樁的埋入深度,由公式6-17，,試算后得x=3.84m,考慮施工安全系數(shù) K=1.11.2。,帶入上述參數(shù)，得：,2、求錨拉力T,由式（618）,3、求最大彎矩,由公式（619）,92 單支撐（錨

5、桿）擋土樁計(jì)算,二、任意點(diǎn)錨固,92 單支撐（錨桿）擋土樁計(jì)算,二、任意點(diǎn)錨固,計(jì)算模型,樁入坑底彈性嵌固,92 單支撐（錨桿）擋土樁計(jì)算,二、任意點(diǎn)錨固,計(jì)算模型,樁入坑底固定,1、等值梁法的基本原理,單支撐擋墻下端可能是彈性嵌固（鉸結(jié)）或固定兩種情況，即可將支擋樁按：一端彈性嵌固、一端簡(jiǎn)支的梁來(lái)研究。擋墻兩側(cè)分別作用主動(dòng)和被動(dòng)土壓力。 在彎矩圖中，若能確定彎矩為零點(diǎn)的位置，則可以在彎矩為零處將梁斷開(kāi)，以簡(jiǎn)支的方式計(jì)算。可以發(fā)現(xiàn)所得的該梁段的彎矩圖和整梁計(jì)算時(shí)的彎矩圖相似，則此段梁即為該整梁在該段的等值梁。,一般地，擋墻凈土壓力為零的位置與彎矩為零點(diǎn)的位置很接近，因此可以按土壓力零點(diǎn)位置斷開(kāi)

6、。,計(jì)算原理,2、計(jì)算步驟,（1）計(jì)算土壓力系數(shù),2、計(jì)算步驟,（2）求樁的嵌入深度,計(jì)算土壓力為零點(diǎn)D的位置，即求右圖中y值。,對(duì)等值梁AD，按D點(diǎn)力矩平衡，求支撐力Ta及剪力Pd。,求出支撐力Ta及剪力Pd后，Pd和被動(dòng)土壓力對(duì)C點(diǎn)建立力矩平衡關(guān)系式，求取x值。,（3）求最大彎矩 按簡(jiǎn)支梁先求出剪力為零點(diǎn)，該點(diǎn)即為最大彎矩點(diǎn)。,工程實(shí)例,沈陽(yáng)某大廈基坑工程，開(kāi)挖深度為13m，在距坑頂4.5m位置處設(shè)置一道錨桿，求樁的嵌入深度，錨桿拉力？ 已知地面荷載為10kN/m2，土的重度為19kN/m3，=36,土樁摩擦角為=1/3。,（1）計(jì)算土壓力系數(shù),（2）求樁的嵌入深度,（2）求樁的嵌入深度,

7、93 多層錨桿（支撐）擋土樁計(jì)算,多層錨桿擋土樁墻的計(jì)算方法主要有： （1）、整體等值梁法；（2）、分段等值梁法； （3）、二分之一分擔(dān)法；（4）彈性法；（5）有限元法,一、整體等值梁法,計(jì)算原理,多層錨桿（支撐）等值梁的計(jì)算原理與等值梁原理相似，把基坑下樁的彎矩零點(diǎn)F與樁頂A點(diǎn)之間的樁當(dāng)作多跨連續(xù)梁，錨桿位置當(dāng)作連續(xù)梁的支點(diǎn)，采用力矩分配法計(jì)算支點(diǎn)反力。,a)、擋墻視為一端嵌固在土中的懸臂樁；b)、擋墻視為兩個(gè)支點(diǎn)的靜定梁；支點(diǎn)為A及土中凈土壓力為零點(diǎn)；c)、擋墻視為三個(gè)支點(diǎn)的連續(xù)梁；三個(gè)支點(diǎn)為A、B及凈土壓力零點(diǎn)；d)、四個(gè)支點(diǎn)的三跨連續(xù)梁。,計(jì)算步驟,考慮摩擦，計(jì)算主被動(dòng)土壓力； 計(jì)算土

8、壓力強(qiáng)度為零點(diǎn)距坑底距離； 將地面至樁底的受力剖面，作為相應(yīng)的連續(xù)梁支點(diǎn)及荷載圖； 計(jì)算梁的固定端彎矩； 用彎矩分配法平衡支點(diǎn)彎矩； 分段計(jì)算各支點(diǎn)反力并核算反力與荷載是否相等； 計(jì)算樁墻的插入深度； 以最大彎矩核算鋼板樁、型鋼的強(qiáng)度，計(jì)算灌注樁的截面及配筋。,工程實(shí)例,北京京城大廈超高層建筑，地上52層，地下4層，建筑面積110270m2，地上高度183.53m，基礎(chǔ)深度為23.76m（設(shè)計(jì)按23.5m計(jì)算），采用進(jìn)口488mm*300mmH型鋼樁擋土，間距為1.1m。三層錨桿。 各層土平均重度=19kN/m3，土的內(nèi)摩擦角平均值為=30，c=10kPa，23米下為卵石，=3540，潛水位位

9、于2330m的圓礫石中。地面荷載q=10kN/m2。,（1）計(jì)算土壓力系數(shù),（2）土壓力為零點(diǎn)（近似零彎點(diǎn)）距坑底距離,（3）基坑支護(hù)簡(jiǎn)圖,（4）分段計(jì)算固端彎矩,a. 連續(xù)梁AB段懸臂部分彎矩,b. 梁BC段彎矩 梁BC段 (b) 所示，B支點(diǎn)荷載q1=34.6kN，C支點(diǎn)荷載q2=78.5kN。,c. 梁CD段彎矩 梁CD段 (c) 所示，兩端均為固定端。,d. 梁DEF段彎矩 梁DEF段 (d) 所示，F(xiàn)點(diǎn)為零彎矩點(diǎn)。按一端固定端一端簡(jiǎn)支計(jì)算。,由計(jì)算結(jié)果可以看出固端彎矩不能平衡，此時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行彎矩分配。從而平衡支點(diǎn)C、D的彎矩。,（5）彎矩分配,通過(guò)彎矩分配，可以得出各個(gè)支點(diǎn)的彎矩為：,

10、（5）彎矩分配,（6）求各點(diǎn)支反力,7. 復(fù)核488H型鋼的強(qiáng)度,9. 488H型鋼插入深度計(jì)算,8. 反力核算,10懸臂488H的變形計(jì)算,a)、擋墻視為一端嵌固在土中的懸臂樁；b)、擋墻視為兩個(gè)支點(diǎn)的靜定梁；支點(diǎn)為A及土中凈土壓力為零點(diǎn)；c)、擋墻視為三個(gè)支點(diǎn)的連續(xù)梁；三個(gè)支點(diǎn)為A、B及凈土壓力零點(diǎn)；d)、四個(gè)支點(diǎn)的三跨連續(xù)梁。,二、法分段等值梁,三、二分之一分擔(dān)法,計(jì)算模型,二分之一分擔(dān)法是多層錨桿（支撐）支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法之一，其主要原理是以Terzaghi和Peck修正土壓力分布為前提，將上下各層錨桿（支撐）間按等距離分割，設(shè)定每層錨桿（支撐）承擔(dān)與其相鄰的兩個(gè)半跨的土壓力荷載值，

11、該方法計(jì)算結(jié)果與實(shí)際工程出入較大，一般用于初步估算。 （估算支撐軸力有一定的參考價(jià)值）,四、“m” 法,對(duì)于多道支撐或多道錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)，采用基床系數(shù)法“m”法進(jìn)行計(jì)算。采用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的力法（位移法）求解支撐及錨桿內(nèi)力。坑底以上的擋墻部分，采用一般結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算內(nèi)力。對(duì)于坑底以下的如土部分計(jì)算，在求得支撐力后，同樣采用“m” 法進(jìn)行計(jì)算。,土壓力選用以下三種模式：矩形土壓力、三角形土壓力和經(jīng)驗(yàn)土壓力，其中矩形和三角形土壓力模式（見(jiàn)2-1）采用土層c、 。,（1） 矩形土壓力 （2）三角形土壓力,工況（1） 工況（2）,工況（3） 工況（4）,其中，基坑以下土的作用用彈簧模擬，在本軟件中這些彈簧剛度按“m”法模式計(jì)算。支撐（或錨桿）的作用用剛度為K的彈簧替代。,94 非重力式樁墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定驗(yàn)算,一、 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算,如果考慮水平應(yīng)力的影響，計(jì)算公式為：,二、 基坑底隆起驗(yàn)算,1,1,根據(jù)Prandtl解，抗隆起安全系數(shù)為：,根據(jù)Terzaghi解，抗隆起安全系數(shù)為：,二、 基坑底隆起驗(yàn)算,坑底抗隆起驗(yàn)算類(lèi)似于圓弧面整體穩(wěn)定