基坑支护综合设计指导书

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