1、第七章排樁支護設計,1,主要內容,第一節(jié)概述第二節(jié)懸臂樁設計計算第三節(jié)單層支撐（錨拉）樁設計計算第四節(jié)多層支撐（錨拉）樁設計計算第五節(jié)排樁設計的構造要求第六節(jié)排樁支護結構變形計算第七節(jié)排樁的施工與檢驗,2,3,第一節(jié)概述,一、排樁圍護結構的概念二、排樁的類型及止水三、排樁圍護結構的應用,4,排樁圍護結構：是采用連續(xù)的柱列式排列的樁體形成的圍護結構。根據(jù)排樁中單個樁體的成樁工藝的不同，可分為：鉆孔灌注樁、預制混凝土樁、挖孔樁、壓漿樁、SMW工法（型鋼水泥土攪拌樁）等。橫截面形狀主要有圓形和板狀兩大類。,一、排樁圍護結構的概念,5,挖孔樁-鋼支撐,5,6,板樁支護板樁有鋼板柱、木板樁與鋼筋混凝土板

2、樁數(shù)種。鋼板樁的種類很多，常見的有U板樁與Z板樁,鎖口形成整體，具有較好的隔水能力。,7,常用鋼板樁截面形式(a)Z型;(b)U型;(c)一字型;(d)組合型,鋼板樁水平支撐,U型鋼板樁插打入土U型板樁相互連接,8,9,9,10,10,11,SMW工法（勁性水泥土攪拌樁）-板式支護-鋼板樁,11,12,12,型鋼,深層攪拌樁,SMW工法樁組合支護,13,14,15,16,17,18,19,根據(jù)單個樁體的平面排列方式不同，排樁可分為：分離式、咬合式、雙排式、相切式、交錯式、格柵式等。,二、排樁的類型及止水,20,分離式排樁,二、排樁的類型及止水,分離式排樁是工程中排樁圍護墻最常用，也是較簡單的圍

3、護結構形式。排樁外側可結合工程的地下水控制要求設置相應的隔水帷幕。,21,分離式排樁特點,二、排樁的類型及止水,1.施工工藝簡單、工藝成熟、質量易控制、造價經(jīng)濟。2.噪聲小、無振動、無擠土效應，施工時對周邊環(huán)境影響小。3.可根據(jù)基坑變形控制要求靈活調整圍護樁剛度。4.在基坑開挖階段僅用作臨時圍護體，在主體地下室結構平面位置、埋置深度確定后即有條件設計、實施。5.在有隔水要求的工程中需另行設置隔水帷幕。其隔水帷幕可根據(jù)工程的土層情況、周邊環(huán)境特點、基坑開挖深度以及經(jīng)濟性等要求的綜合選用。,22,分離式排樁適用性,二、排樁的類型及止水,1.軟土地層中一般適用于開挖深度不大于20m的深基坑工程。2.

4、地層適用性廣，對于從軟粘土到粉砂性土、卵礫石、巖層中的基坑均適用。,23,雙排式排樁,二、排樁的類型及止水,為增大排樁的整體抗彎剛度和抗側移能力時，可將樁設置成為前后雙排，將前后排樁樁頂?shù)墓诹河脵M向連梁連接，就形成了雙排門架式擋土結構。,24,雙排式排樁特點,二、排樁的類型及止水,1.抗彎剛度大，施工工藝簡單、工藝成熟、質量易控制、造價經(jīng)濟。2.可作為自立式懸臂支護結構，無需設置支撐體系。3.圍護體占用空間大。4.自身不能隔水，在有隔水要求的工程中需另設隔水帷幕。,雙排式排樁適用性,適用于場地空間充足，開挖深度較深，變形控制要求較高，且無法內支撐體系的工程。,25,咬合式排樁,二、排樁的類型及

5、止水,因場地狹窄等原因，無法同時設置排樁和隔水帷幕時，可采用樁與樁之間咬合的形式，形成可起到止水作用的咬合式排樁圍護墻。咬合式排樁圍護墻的先行樁采用素混凝土樁或鋼筋混凝土樁，后行樁采用鋼筋混凝土樁。,26,咬合式排樁特點,二、排樁的類型及止水,1.受力結構和隔水結構合一，占用空間較小。2.整體剛度較大，防水性能較好。3.施工速度快,工程造價低。4.施工中可干孔作業(yè),無須排放泥漿,機械設備噪音低、振動少,對環(huán)境污染小。5.對成樁垂直度要求較高，施工難度較高。,咬合式排樁適用性,1.適用于淤泥、流砂、地下水富集的軟土地區(qū)。2.適用于鄰近建構筑物對降水、地面沉降較敏感等環(huán)境保護要求較高的基坑工程。,

6、27,二、排樁的類型及止水,最常見的止水帷幕是采用水泥攪拌樁（單軸、雙軸或多軸）相互搭接、咬合形成一排或多排連續(xù)的水泥土攪拌樁墻，由于攪拌均勻的水泥土滲透系數(shù)很小，可作為基坑施工期間的止水帷幕。,28,按基坑開挖深度及支擋結構受力情況，排樁支護可分為以下幾種情況：可將排樁分為：懸臂樁支護結構、單層支撐（錨拉）樁支護結構、多層支撐（錨拉）樁支護結構。,二、排樁的類型及止水,（1）懸臂樁支護結構：當基坑開挖深度不大，即可利用懸臂作用擋住墻后土體。（2）單層支撐（錨拉）樁支護結構：當基坑開挖深度較大時，不能采用無支撐支護結構，可以在支護結構頂部附近設置一單支撐（或拉錨）。（3）多層支撐（錨拉）樁支護

7、結構：當基坑開挖深度較深時，可設置多道支撐，以控制擋墻的位移。,懸臂樁支護結構,懸臂式支護結構常采用鋼筋混凝土排樁、木板樁、鋼板樁、鋼筋混凝土板樁等型式。懸臂式支護結構依靠足夠的入土深度和結構的抗彎能力來維持整體穩(wěn)定和結構的安全。懸臂式結構對開挖深度很敏感，容易產(chǎn)生較大的變形，對相鄰建(構)筑物產(chǎn)生不良影響。,懸臂式支護結構適用于土質較好、開挖深度較淺（一般在6m以內）的基坑工程。,29,單(多)層支撐（錨拉）樁支護結構,單(多)層支撐（錨拉）樁支護結構是指在基坑開挖面以上的任何位置上提供單個或多個支點與擋土結構結合而成的混合支護結構?；旌现ёo結構有內撐式支護結構和拉錨式支護結構。,混合支護結

8、構適用于基坑較深，懸臂式支護結構無法滿足強度與變形要求的工程。,30,內撐式支護結構由支護結構體系和內撐體系兩部分組成。支護結構體系常采用鋼筋混凝土排樁。內撐體系根據(jù)不同開挖深度又可采用單層水平支撐及多層水平支撐。,單支撐支護結構多支撐支護結構空間支護體系,圖43圖44圖45,31,錨拉式支護結構由支護結構體系和錨固體系兩部分組成。支護結構體系同于內撐式支護結構。錨固體系可分為錨桿式（圖1）和地面拉錨式（圖2）兩種。隨基坑深度不同，錨桿式也可分為單層錨桿、多層錨桿。,圖1雙層錨桿圖2地面拉錨,32,錨拉（支撐）支護結構的破壞形式(1)支錨結構系統(tǒng)破壞；(2)樁墻底部向基坑內側移動；(3)樁墻彎

9、曲破壞；(4)整體圓弧滑動；(5)隆起、管涌。,33,34,第二節(jié)懸臂樁設計計算,一、懸臂樁的設計計算內容二、懸臂樁的設計計算原理三、懸臂樁的設計計算步驟四、樁身截面尺寸與配筋驗算,(1)懸臂樁嵌固深度的確定。(2)支護結構體系的內力分析和結構強度計算。(3)基坑的穩(wěn)定性驗算。(4)基坑底抗?jié)B流穩(wěn)定驗算。(5)基坑的變形計算，內容包括支護結構的側向位移、坑外地面的沉降和坑底隆起等項目。,35,一、懸臂樁的設計計算內容,懸臂樁主要依靠嵌入土內的深度，來平衡自重應力、地面荷載及滲流等形成的側壓力。因此首先要計算嵌固深度。其次還要計算樁所承受的最大彎距，以便核算鋼板樁的截面及灌注樁直徑和配筋。懸臂樁

10、看似一端固定的懸臂梁，實際上二者有根本的不同之處。首先是懸臂樁難以確定固定端位置，因為樁在兩側土壓力作用下，每個截面都會發(fā)生水平方向的位移和轉角變形。其次，嵌入坑底以下部分的作用力很復雜，難于確定。因而期望以懸臂梁為基本構件體系，考慮樁墻和土體的變形一致來進行解題將是非常復雜的?，F(xiàn)行的計算方法均是：先對構件兩側荷載的分布作一些假設，然后簡化為靜定的平衡問題來進行解題。,二、懸臂樁的設計計算原理,36,目前懸臂樁的計算方法有：靜力平衡法，Blum法，平行桿系彈性支點法，桿系有限單元法，共同變形法和有限單元法。靜力平衡法簡單而近似，在工程設計計算中被廣泛應用。懸臂樁支護結構靜力計算主要目的有二個：

11、一是懸臂樁樁身插入基底面以下的最小嵌固深度Dmin；二是樁身最大彎矩及所在位置，以計算樁身的截面和配筋。對于懸臂樁的內力（彎矩、剪力）計算規(guī)范中推薦采用平行桿系彈性支點法，主要是因為該方法不僅可以計算內力，還可以計算支護結構的變形（位移）。而靜力平衡法只能計算內力，不能計算變形。,37,38,1、樁徑、樁距的確定2、土壓力計算3、嵌固深度及內力計算4、基坑穩(wěn)定性驗算5、樁身正截面受彎承載力計算,三、懸臂樁的設計計算步驟,39,1、樁徑、樁距的確定：按照地區(qū)經(jīng)驗取值。一般樁徑D0.6m，可取0.6m、0.8m、1.0m等。樁的中心距不宜大于2D；有地下水時，樁中心距可取（1.21.5）D；砂土和

12、軟土取小值，粘性土取大值。無地下水、降水或者土質較好時，樁中心距2D。2、土壓力計算：按照規(guī)范法計算土壓力、經(jīng)驗土壓力或實測土壓力。,三、懸臂樁的設計計算步驟,懸臂式支護結構嵌入坑底的深度不同，其變形情況有所不同。第一種情況：若嵌固深度較深，支護結構向坑內傾斜較小時，下端B處沒有位移。第二種情況：若支護結構嵌固深度較淺，當達到最小嵌固深度Dmin,它的上端向坑內傾斜較大，下端B向坑外位移，若嵌固深度小于Dmin，支護結構喪失穩(wěn)定，頂部向坑內傾斜。,三、懸臂樁的設計計算步驟,3、嵌固深度及內力計算：,40,（1）規(guī)范法嵌固深度計算,規(guī)范法中懸臂樁嵌固深度的計算采用嵌固穩(wěn)定性驗算確定。,41,懸臂

13、支護結構的嵌固穩(wěn)定性驗算,42,43,當確定懸臂式支護結構嵌固深度設計值（構造要求）,當基坑底為碎石土及砂土，基坑內排水且作用有滲透壓力時，嵌固深度設計值還應滿足下式抗?jié)B穩(wěn)定條件：,44,45,嵌固深度計算嵌固深度設計值hd按下式計算：hpEpj-1.20haEai0式中Epj樁底以上基坑內側各土層水平抗力標準值epjk的合力之和；hp合力Epj作用點至樁底的距離；Eai樁底以上基坑外側各土層水平荷載標準值eajk的合力之和；ha合力Eai作用點至樁底距離；0建筑基坑側壁重要性系數(shù)，按安全等級，一級0=1.1；二級0=1.0，三級0=0.9。,99規(guī)范法嵌固深度計算,最大彎矩計算,懸臂樁樁身最

14、大彎矩發(fā)生在在基坑底面以下剪力為零處，該點到坑底的距離為x，令該點為o點，即該點以上的主、被動土壓力合力相等：由該式可求得x；o以上和對點o力矩的代數(shù)和，即最大樁身計算彎矩。,46,注意，該值系指沿樁身在基坑側壁每延長米上所承受的最大彎矩，其單位為，而每根樁樁身所受最大彎矩，還需將該值乘以樁的間距d即式中，的單位為；而每根樁樁身所受最大彎矩設計值為：,47,例題,【例】某二級基坑開挖深度為10m，采用懸臂樁支護結構，土層為黏性土，c=20kPa，=30，=18kN/m3，樁間距為2m，試按2012規(guī)范計算支護結構的嵌固深度，及最大彎矩設計值。,48,49,50,令最大彎矩點為o點，即該點以上的

15、主、被動土壓力合力相等，該點距坑底的距離為X：,則最大彎矩為：,51,解得：,X處的主動土壓力為：,X處的被動土壓力為：,則最大彎矩設計值為：,靜力平衡法認為懸臂樁在主動土壓力作用下，將趨向于繞樁上的某一點發(fā)生轉動，從而使土壓力的分布發(fā)生變化。樁后土壓力由主動土壓力轉到被動土壓力，而樁前土壓力則由被動土壓力轉到主動土壓力。,（2）靜力平衡法嵌固深度及內力計算,52,靜力平衡法計算簡圖（均質土）,排樁變位,凈土壓力分布,簡化處理后的凈土壓力分布,（2）靜力平衡法嵌固深度及內力計算,53,靜力平衡法當懸臂樁樁處于平衡狀態(tài)，此時所對應的樁的入土深度即是保證板樁穩(wěn)定的最小入土深度。根據(jù)樁的靜力平衡條件

16、可以求出該深度。根據(jù)作用在樁上的水平力之和等于0，各力距任一點力矩之和等于0的靜力平衡條件，建立靜力平衡方程。,t,54,布魯姆法（Blum）布魯姆法的基本原理如下圖，用原來樁底出現(xiàn)的被動土壓力以一個集中力Ep代替。,（3）Blum法嵌固深度及內力計算,55,56,圖4.3.1-1懸臂板樁的變位及土壓力分布圖a.變位示意圖b.土壓力分布圖c.靜力平衡法計算圖d.Blum計算圖式,（3）Blum法嵌固深度及內力計算,(a)圖比較接近實際的土壓力分布，是實際曲線的初步簡化，(b)圖是H.Blum的進一步簡化，將旋轉點以下的被動土壓力近似的用一個通過其中心的集中力代替。(a)圖中的t0可用(b)圖中

17、的x代替，但必須滿足繞C點的靜力平衡條件。,(a)(b),57,布魯姆法（均質土）布魯姆法以一個集中力Ep代替樁底出現(xiàn)的被動土壓力，根據(jù)該假定建立靜力平衡方程，求出入土深度及樁內力。計算樁嵌固深度t對樁底C點取力矩，由Mc=0得到：,58,u可根據(jù)凈土壓力零點處板樁前被動土壓力強度與墻后主動土壓力強度相等的關系求得（c=0,q=0時），即,上述求出x和u，但由于土體阻力的增加一般不會是線性的，在采用MC=0確定計算深度時，會有一點的誤差，因此Blum建議將計算出的x增加20%，因而懸臂樁的嵌固深度：t=1.2x+,59,內力計算最大彎矩發(fā)生在剪力Q=0處，如圖設O點以下xm處的剪力Q=0，則有

18、：最大彎矩：,60,某二級基坑開挖深度h=4.5m，土層重度=20kN/m3，內摩擦角=20，粘聚力c=0kPa，現(xiàn)擬采用懸臂式排樁支護，試用Blum法確定樁的最小長度和最大彎矩標準值。,例題,61,解沿支護墻長度方向取1延米進行計算主動土壓力系數(shù)：被動土壓力系數(shù)：基坑開挖地面處土壓力強度：土壓力零點據(jù)開挖面的距離,62,開挖面以上樁后側主動土壓力：,其作用點距地面的距離：,樁后側開挖面至土壓力零點凈土壓力：,其作用點據(jù)地面的距離：,63,作用于樁后的土壓力合力：,其作用點距地面的距離：,將上面計算得到的值代入下式：,經(jīng)整理得：,解得：,64,取增大系數(shù)為1.2，則該懸臂樁的嵌固深度為則樁的最小長度為：,65,最大彎矩點據(jù)土壓力零點的距離為：最大彎矩為：,66,懸臂樁Blum法的計算步驟,計算坑下土壓力強度相為0距坑底的距離u；對樁底C點取力矩，由Mc=0得到土壓力強度為0點距樁端的距離x；計算設計樁長t=1.2x+計算剪應力為0點距坑底的距離xm;計算樁身最大彎矩設計值Md;樁身截面尺寸和配筋驗算。,題1：某懸臂樁圍護結構如圖示，試用布魯姆法計算樁長度及樁內力。,68,解：懸臂樁長度,69,t=1.2x+u=1.24.34+0.57=5.8m板樁長=6+5.8=