排樁內(nèi)支撐設(shè)計計算理論基礎(chǔ)概述目錄TOC\o"1-3"\h\u18117排樁內(nèi)支撐設(shè)計計算理論基礎(chǔ)概述 1161061.1常用的排樁體系設(shè)計方法 1201751.2常用的內(nèi)支撐體系設(shè)計方法 61.1常用的排樁體系設(shè)計方法排樁內(nèi)支撐支護體系中排樁的常用結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,前面在緒論中已經(jīng)做了簡單的介紹。因考慮因素和假定條件的不同，目前圍護理論的計算理論也有很多，但大致上可以分為類，見表1.1。表1.SEQ表2-\*ARABIC1圍護結(jié)構(gòu)計算理論分類類別計算理論及方法基本條件方法名稱舉例1較古典的鋼板樁計算理論土壓力已知不考慮墻體變形不考慮支撐變形等值梁法靜力平衡法二分之一分割法太沙基法2支撐軸力、墻體彎矩不變化的計算理論土壓力已知考慮墻體變形不考慮支撐變形彈性法塑性法3支撐軸力、墻體彎矩隨之變化的計算方法土壓力已知考慮墻體變形考慮支撐變形桿系有限單元法《日本建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)規(guī)范》的彈塑性法4共同變形理論土壓力隨墻體變位而變化考慮墻體變形考慮支撐變形有限單元法森重龍馬法5非線性變形理論考慮土體為非線性介質(zhì)考慮墻體變形考慮支撐變形考慮施工分部開挖考慮分部開挖的非線性有限單元法法目前，排樁支撐系統(tǒng)中排樁的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算主要采用等值梁法和彈性地基梁法。在引言中，簡要介紹了這兩種方法的原理。在本節(jié)中，將詳細(xì)討論這兩種方法在樁支撐系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用。（1）等值梁法等值梁法即假定基坑底下某點常取土壓力為零處為假想鉸，然后按照彈性結(jié)構(gòu)的簡支梁或連續(xù)梁求得圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力。用等值梁法計算多道支撐的排樁時，將排樁視為多次超靜定結(jié)構(gòu)，假設(shè)各支撐均承受半跨內(nèi)的主動土壓力，各個支撐點均為鉸接。等值梁法的基本原理如圖2-3所示。（a）等值梁原理（b）樁上土壓力分布圖（c）等值梁示意圖1.SEQ圖2-\*ARABIC3單支點樁等值梁法計算簡圖ac梁b點為鉸支點，c點為固定。彎矩圖的轉(zhuǎn)折點為d點，若將ac梁在d點切斷，并在d點設(shè)置自由支撐，形成ad梁，則ad梁的彎矩將保持不變。因此ad梁即為ac梁上ad段的等值梁。單支點樁的等值梁法計算步驟如下：①根據(jù)基坑深度、勘察資料,取大主動土壓力系數(shù)及被動土壓力系數(shù)，慮樁與土的摩擦力的影響,即摩擦角δ值,δ可考慮取1/3φ~1/2φ。（2-10）（2-11）②求樁嵌入深度D點為土壓力為零點，即該點處樁前與樁后的土壓力相等，可求出y，y為距坑面的距離：（2-12）對點的力矩與被動土壓力對的力矩平衡，可求出x：（2-13）則樁嵌入深度；如土質(zhì)較差，還應(yīng)乘系數(shù)K(1.1~1.2)，即:t=t0（1.1~1.2）（2-14）③求最大彎矩根據(jù)簡支梁的要求，首先找到剪力為零的點和最大彎矩的彎矩。等效梁法的計算結(jié)果通常是保守的，并且可以估算一排樁的內(nèi)力和支撐力。但是，等效梁法沒有考慮承重結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境的相互影響，墻變形對側(cè)向壓力的影響以及基坑的時空效應(yīng)。它無法計算排樁的位移，這些問題有時是支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中考慮的主要因素。（2）彈性地基梁法彈性基礎(chǔ)梁法也稱為彈性阻力法，基礎(chǔ)反作用力法和基礎(chǔ)床系數(shù)法。它將支撐樁視為彈性基礎(chǔ)上的梁，并假定梁主體上任意點處的土壤阻力與修改點的位移成比例。這等效于在支撐樁的頂面上安裝土壤彈簧，規(guī)定隨著基坑一側(cè)支撐樁的變形增加，面對土壤一側(cè)的土壤壓力將減小，但不小于土壤的活動壓力。它可能反映了基坑開挖和支撐過程中的許多因素對樁支撐結(jié)構(gòu)強度的影響，例如在施工過程中基坑開挖的狀態(tài)、施工、支撐位置、預(yù)壓、斷裂和破壞和卸下的支撐結(jié)構(gòu)的剛度。彈性地基梁法按地基反力系數(shù)的分布不同5有種計算方法，如圖2-4所示。（2-15）式中：z為開挖面以下深度；k為比例系數(shù)；n為指數(shù)，反映地基反力系數(shù)隨深度而變化的情況；A0為開挖面處的地基反力系數(shù)，一般取零。（a）（b）（c）（d）圖1.SEQ圖2-\*ARABIC4地基反力模式分布系數(shù)圖根據(jù)的n取值不同，地基反力系數(shù)飛分布模式不同，將采用圖2-4中的（a）、（b）、（c）、（d）分布模式的計算方法分別為張氏法、c法、m法和K法。目前在排樁計算中多采用m法,采用m法對排樁進行結(jié)構(gòu)計算的步驟如下：（1）確定排樁的撓曲微分方程（2-16）式中：——樁身的抗彎強度（）、——水平荷載的計算寬度（）——地基水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)（）——支護樁在深度處的水平撓度（m）——抗力計算寬度（）——計算點深度（）對于開挖面以上樁段，因m=0,故其撓曲微分方程為：（2-17）在有支撐的情況下，為了避免求解微分方程的麻煩，將樁在各道內(nèi)支撐及開挖面處分成若干段，分別建立撓曲微分方程最后聯(lián)立求解。對于具有n道支撐的情況,可將樁分成n+2，在樁頂、各支撐位置及開挖面處各建立一個坐標(biāo)系。各樁的撓曲微分方程可表示為：（2-18）式中：——地基水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)（）——分別為水平荷載的計算寬度（）和水平抗力計算寬度（）——每個坐標(biāo)系對應(yīng)的計算點深度（）——各段柱的撓度（）——劃分各段柱段（）——樁身的抗彎剛度（）——開挖面以上土的自重引起的在開挖面以下的土的側(cè)壓力（）——開挖面以上的樁側(cè)主動土壓力（）（2）將以上各微分方程的通解及其各階導(dǎo)數(shù)聯(lián)立為方程組，稱為m法基本方程組。（2-19）（3）根據(jù)樁頂?shù)倪吔鐥l件和支撐點處及開挖面處的變形條件和靜力平衡條件來確定積分常數(shù)進而求出樁身的內(nèi)力和變形，并由支撐處樁的位移求出相應(yīng)的支撐反力。需要強調(diào)的是，盡管彈性地基梁法可以計算出支撐樁的位移，但考慮到支撐樁和支撐樁的變形，卻可以反映出基坑開挖對周圍環(huán)境的影響，而且計算參數(shù)已有現(xiàn)成的范圍值，在計算機上運算相對簡單，但是該法仍有其局限性。首先，m法雖然解決了變形問題，但強度問題基本上沒有涉及。因此，圍護墻的插入深度不能用此法來確定，可以取等值梁法的計算值此外，墻后土壓力的分布，特別是基底以下的土壓力分別假設(shè)的依據(jù)不足。文獻(xiàn)給出了幾種通用的彈性地基梁法的土壓力模式，如圖2-5所示，并建議在彈性地基梁法中，坑底以上的土壓力分布基本上采用等值梁法的計算結(jié)果，而坑底以下則采用圖中（b）和（c）某一中間值較為合理，例如取墻趾處水土壓力為零或取坑底處的0.5倍計算。（a）（b）（c）（d）圖1.SEQ圖2-\*ARABIC5彈性地基梁法土壓力模式傳統(tǒng)的彈性地基梁方法也忽略了開挖條件以及時空的影響。盡管彈性地基梁的方法解決了變形問題，但并未考慮土壤的阻力。樁的深度主要取決于土壤的強度和穩(wěn)定性，而不是取決于土壤的變形，因此不能通過彈性地基梁的方法來確定，彈性地基梁方法在設(shè)計模型、本構(gòu)關(guān)系、所選土的設(shè)計參數(shù)和設(shè)計方法方面更為復(fù)雜。1.2常用的內(nèi)支撐體系設(shè)計方法內(nèi)支撐體系的結(jié)構(gòu)計算主要包括確定荷載類型、方向和大小計算模型和計算假定采用合理的計算方法計算結(jié)果的分析判斷和取用。作用在水平支撐上的荷載分為水平力和豎向荷載。其中水平力主要是由豎向圍護結(jié)構(gòu)傳來的水土壓力豎向荷載則主要是支撐自重和支撐上的施工活荷載。內(nèi)支撐體系結(jié)構(gòu)計算方法主要分為三類簡化計算方法、平面整體分析和空間整體分析：（1）簡化計算方法將內(nèi)撐體系和排樁各自分離計算。腰梁和壓頂梁按多跨或單跨水平聯(lián)系梁計算，計算跨度取相鄰支撐點中心距支撐的水平荷載可近似采用腰梁或壓頂梁上的水平力乘以支撐點中心距在豎向荷載作用下，支撐的內(nèi)力和變形可近似按單跨或多跨連續(xù)梁分析，計算跨度取相鄰立柱中心距立柱的軸向力取水平支撐在其上的支座反力。（2）平面整體分析將腰梁、支撐桿件等作為一個整體的析架來計算。（3）空間整體分析將豎間圍護結(jié)構(gòu)和支撐體系作為一個整體來計算。簡化的計算方法計算簡單，適宜手算，但沒有考慮排樁內(nèi)支撐體系的空