目 录
1.基坑排桩支护设计基本理论
2.基坑排桩护设计任务书
3.基坑基坑排桩支护设计指导书
4.本次设计的相关资料
1.基坑排桩支护设计基本理论
1.1概述
1.1.1基坑支护的作用
基坑开挖后,形成临空面,在基坑土体自身重量、地表荷载、地下水渗透作用下,可能产生破坏或过大变形,危及基础施工或周围建筑物的安全,因此,须对基坑侧壁采取一定的措施进行支护。
1.1.2排桩支护的定义、支护原理
排桩:由连续的桩体(或地下连续墙体)或桩(墙)体与锚固结构共同组成的基坑支护结构,该支护结构适用性广泛在支护中能提供可靠的抗倾覆及抗滑移能力。
锚固设施:用来加固、锚固现场原位土体的细长杆件。通常采用岩土中钻孔,置入变形钢筋,并沿孔全长注浆的方法做成。
加固原理:基坑临空面形成后,由于边坡在自重应力下的内部材料抗剪强度不能维持自身稳定,侧壁土体有向临空面滑移的趋势,及沿某一圆弧破坏面破坏的趋势,打入排桩后,排桩作为挡土结构承受了来自侧向的主动土压力作用,从而阻止了侧壁土体向基坑方向的位移;而在排桩施加的锚固结构物进一步提供了张拉力,并由于锚杆的拉力,使潜在破坏面上的法向应力增大,因而摩擦力增大,阻止基坑侧壁沿某一潜在破坏面破坏。
1.1.3 排桩支护的主要设计内容
(1)桩体嵌固深度的计算
(2)桩(墙)体内力与截面承载力计算
(3)支撑体系设计计算
1.2嵌固深度计算
对于开挖较浅的基坑,仅采用悬臂式支护,排桩的嵌固深度足够就能满足地基的侧向压力,从而使抗滑移及整体稳定性达到设计要求,而随着开挖深度的增长,还需要在排桩支护的基础上采用额外支护支点(即锚杆或锚杆群)。
在本次课程设计中,主要采用悬臂式支护,其主要嵌固深度计算方法如下:
对于基坑外侧受到的主动土压力:
其中
对于基坑内侧受到的被动土压力
其中
由以上各式可作出基坑内外侧土压力分布图见图1.1,其中,分别为内外侧土压力的合力,在数值上等于压力分布图的面积,作用位置位于图的型心到排桩的垂线的垂足处。
令悬臂式支护结构嵌固深度设计值为根据抗倾覆稳定条件,考虑基坑重要性系数与分项系数,嵌固深度应满足下式:
图1.1某悬臂式支护结构嵌固深度计算简图
——墙以上基坑内侧土层压力的合力
——作用点到桩墙底的距离
——墙以上基坑外侧土层压力的合力
——作用点到桩墙底的距离
—— 一级基坑取1.2,二、三级基坑取1.0
即:总桩长=嵌固深度+基坑深度
备注:此处计算嵌固深度要求解一元三次方程,可采用以下两种方法:
1.盛金公式法求解(见附录1)。
2.用试算法不断逼近合理值:
如先取=1, =5,=10, =15试算各个取值下方程结果,例如f(10)<0、f(15)>0,则根据拉格朗日中值定理:10与15之间必然存在一个满足f()=0,然后继续在10与15之间缩小范围,取11与14试算以此类推…直至逼近最接近值。(取值精确到0.1)
1.3 排桩内力计算
悬臂式支护结构主要的内力是计算弯矩和剪力,根据材料力学原理,结构界面最大剪力应满足弯矩为零,最大弯矩应满足剪力为零,由此可计算截面最大弯矩和最大剪力,从而进行结构设计:
如图1.1,设结构上某截面满足以下条件:
则该截面上的剪力即为最大剪力,其值为:
同样假设结构上某截面满足以下条件
则该界面上的弯矩即为最大弯矩其值为:
根据《基坑规程》的规定,桩身所受的最大弯矩设计值应取:
1.4截面承载力计算
排桩、地下连续墙等结构均应进行截面承载力计算。正截面受弯及斜截面受剪承载力计算及纵向钢筋、箍筋构造要求,应符合国家现行标准《混凝土结构设计规范》有关规定。实际工程中,排桩中的单桩一般为圆形截面,配筋通常有两种形式,即全截面均匀配筋和在受拉区、受压区局部均匀配筋的情况。圆形截面均匀配筋正截面受弯承载力应满足:
其中——圆形截面面积
——全部纵向钢筋截面面积
——圆形截面半径
——纵向钢筋重心所在圆周的半径
——对应于受压区混凝土截面面积的圆心角与的比值
——纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值
——混凝土抗压强度
——钢筋抗拉强度
——混凝土强度系数C50以下取1.0,C50以上取0.94
当时,取,否则令
具体计算时,应先通过下式求解,注意角度的单位为弧度(rad),
其中
可用试算法可求解出,并进而得到。随后即可验算桩身承载力M,如承载力大于设计最大弯矩则表示满足设计要求,否则需重新确定桩身截面尺寸、配筋。
具体设计时还应考虑一下情况:
1.忽略受压区钢筋作用。
2.设计时为计算方便通常按受拉区与受压区钢筋对称布置钢筋。
1.5排桩支护的构造要求
桩径:对于悬臂式桩的桩径初步设计时不应小于600mm
桩距:当基坑开挖深度较大时,结构内力较大,同事桩间土稳定性较差,对于悬臂式排桩结构可初选1-2倍的桩径作为中心距。相反则可选用较大的桩距。
冠梁:排桩顶部应设钢筋混凝土冠梁连接,冠梁宽度不宜小于桩径,高度不宜小于400mm。构造采用HPB235钢筋,直径不宜大于12mm。净保护层不宜小于50mm,构造筋间距采用200-300mm。
其他:基坑开挖后,排桩的桩间土防护可采用钢丝网混凝土护面、砖砌等处理方法、当桩间渗水时应在护面设置泄水口与排水沟。
2.基坑排桩支护设计任务书
2.1教学班级:地下09级
2.2设计时间:校历1周。
2.3设计任务:完成某建筑场地的基坑支护设计。
2.4课程设计目的:了解实际工程中基坑支护设计的方法、内容和掌握设计排桩支护基坑的设计方法。
2.5设计要求:
2.5.1熟悉分析相关资料,确定排桩支护基坑的适宜性。
2.5.2设计内容:将基坑侧壁分成几段,分别确定以下内容。
(1)桩体嵌固深度
(2)桩体内力与截面承载力计算
(3)桩体截面配筋及构造钢筋布置
(4)桩顶护面措施,坡顶、坡脚、排水措施,基底泄水孔的布置
(5)绘制基坑支护剖面图及配筋截面图
2.5.3计算:桩内外土压力分布计算;桩体嵌固深度计算;桩体内力与截面承载力计算。以确定桩的长度和截面配筋。
2.5.4图件:提供基坑支护平面布置图;分段提供基坑支护剖面图及配筋截面图。
2.5.5施工说明。(说明内容为图件未反映的部分支护方案要点)
2.6本次设计成果要求:各细部参数,清楚明确;计算正确,过程详细;图件规范清晰。
2.7、时间安排:
第1天:熟悉相关资料,明确设计思路,初步确定各参数。
第2、3、4天:计算。
第4、5天:结果整理。
附:《岩土工程勘察报告》(部分内容):包括基础相关资料、环境资料。
3、基坑排桩支护设计指导书
3.1设计依据
1.《混凝土结构设计规范》
2.《建筑基坑支护技术规程》
3.《岩土工程勘察报告》
4.邻近建筑物、道路、地下管线情况。
3.2设计步骤
1. 熟悉相关资料,根据场地条件、基坑开挖深度、环境条件、地表荷载、土质条件将基坑侧壁分成几段,对每段分别设计。以下是每段的设计步骤:
2. 选择相应的支护结构类型(排桩)。
3. 据基坑深度、地表荷载、场地土质情况,及排桩的构造要求等,初步拟定基坑支护的内容和参数,如:
排桩类型、直径、桩间距、钻孔直径;
混凝土及钢筋材料种类、强度;
排桩顶护面措施,冠梁、桩脚、排水措施。
4. 基坑内外土压力计算,按土层分层计算内部为被动土压力,外部为主动土压力,从而根据二者确定嵌入深度,进而确定桩长。
5.通过截面受力计算排桩配筋面积及箍筋布置。
3.3图件
①基坑支护平面布置图:反映边排基础轴线、边线,支护结构类型,基坑上口开挖线、下口开挖线,基底各部分标高,及周围环境情况。
②排桩支护剖面图:标明基坑深度、侧壁坡度;桩长、桩径及内部钢筋示意;砼的强度、钢筋等级。
③桩截面的配筋构造图。
3.4施工说明:参见《岩土工程施工技术》桩基础部分。
4、基坑支护设计的相关资料
4.1 概述
该基坑位于某市两条主干道交汇处,平面形状复杂东、西、北三面为直线,南面为折线,东面是体育馆路,基坑长约267.3m,西面是湘南路,基坑长约89.3m,北面是解放路,基坑长约209m,南面是天马山,折线全长约368.3m,开挖深度为8m,设计采用1000mm钻孔灌注式排桩支护。设计取某一AB段为例,不考虑填土顶部荷载效应。桩身材料为C25混凝土,轴心抗压强度设计值为;HRB335级受拉钢筋共(28号钢筋18根+22号钢筋6根),基坑等级为二级。(钢筋截面尺寸见附录2)
4.2 AB段地质条件
层序
|
土层名称
|
厚度(m)
|
土的重度
()
|
C(Kpa)
|
φ()
|
1
|
杂填土
|
0.2
|
17.6
|
4
|
15
|
2
|
粉质粘土
|
5.8
|
18.9
|
27.8
|
17.8
|
3
|
粉质粘土
|
2.6
|
19.1
|
24.2
|
26
|
4
|
强风化泥岩
|
5.1
|
20
|
30
|
32
|
5
|
中风化泥岩
|
未钻穿
|
20
|
40
|
35
|