悬臂钢筋混凝土排桩支护结构设计计算书

悬臂支护结构设计计算书计算依据：1、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-20122、《建筑施工计算手册》江正荣编著3、《实用土木工程手册》第三版杨文渊编著4、《施工现场设施安全设计计算手册》谢建民编著5、《土力学与地基基础》一、参数信息1、基本参数条形局部荷载 3.5 4 4 / 0 矩形局部荷载 4 5 5 6 2结构重要性系数γ0 1 综合分项系数γF 1.25 嵌固稳定安全系数K e 1.2 圆弧滑动稳定安全系数K s 1.3 突涌稳定安全系数K h 1.1土压力分布示意图附加荷载布置图1、主动土压力计算1）主动土压力系数K a1=tan2(45°- φ1/2）= tan2(45-12/2)=0.656；K a2=tan2(45°- φ2/2）= tan2(45-12/2)=0.656；K a3=tan2(45°- φ3/2）= tan2(45-18/2)=0.528；K a4=tan2(45°- φ4/2）= tan2(45-18/2)=0.528；K a5=tan2(45°- φ5/2）= tan2(45-18/2)=0.528；K a6=tan2(45°- φ6/2）= tan2(45-18/2)=0.528；2）土压力、地下水产生的水平荷载第1层土：0-0.8mH1'=[∑γ0h0+∑q1]/γi=[0+3]/19=0.158mP ak1上=γ1H1'K a1-2c1K a10.5=19×0.158×0.656-2×10×0.6560.5=-14.229kN/m2P ak1下=γ1(h1+H1')K a1-2c1K a10.5=19×(0.8+0.158)×0.656-2×10×0.6560.5=-4.258kN/m2 第2层土：0.8-2mH2'=[∑γ1h1+∑q1]/γsati=[15.2+3]/20=0.91mP ak2上=γsat2H2'K a2-2c2K a20.5=20×0.91×0.656-2×10×0.6560.5=-4.26kN/m2P ak2下=γsat2(h2+H2')K a2-2c2K a20.5=20×(1.2+0.91)×0.656-2×10×0.6560.5=11.484kN/m2 第3层土：2-4mH3'=[∑γ2h2+∑q1]/γsati=[39.2+3]/22=1.918mP ak3上=[γsat3H3'-γw(∑h2-h a)]K a3-2c3K a30.5+γw(∑h2-h a)=[22×1.918-10×(2-0.8)]×0.528-2×15×0.52 80.5+10×(2-0.8)=6.144kN/m2P ak3下=[γsat3(H3'+h3)-γw(∑h2-h a)]K a3-2c3K a30.5+γw(∑h2-h a)=[22×(1.918+2)-10×(4-0.8)]×0.528-2×15×0.5280.5+10×(4-0.8)=38.816kN/m2第4层土：4-5mH4'=[∑γ3h3+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)]/γsati=[83.2+3+1.167]/22=3.971mP ak4上=[γsat4H4'-γw(∑h3-h a)]K a4-2c4K a40.5+γw(∑h3-h a)=[22×3.971-10×(4-0.8)]×0.528-2×15×0.52 80.5+10×(4-0.8)=39.432kN/m2P ak4下=[γsat4(H4'+h4)-γw(∑h3-h a)]K a4-2c4K a40.5+γw(∑h3-h a)=[22×(3.971+1)-10×(5-0.8)]×0.528-2×15×0.5280.5+10×(5-0.8)=55.768kN/m2第5层土：5-7mH5'=[∑γ4h4+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)]/γsati=[105.2+3+1.167]/22=4.971mP ak5上=[γsat5H5'-γw(∑h4-h a)]K a5-2c5K a50.5+γw(∑h4-h a)=[22×4.971-10×(5-0.8)]×0.528-2×16×0.52 80.5+10×(5-0.8)=54.315kN/m2P ak5下=[γsat5(H5'+h5)-γw(∑h4-h a)]K a5-2c5K a50.5+γw(∑h4-h a)=[22×(4.971+2)-10×(7-0.8)]×0.528-2×16×0.5280.5+10×(7-0.8)=86.987kN/m2第6层土：7-10mH6'=[∑γ5h5+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1)]/γsati=[149.2+3+1.167+0.5]/2 2=6.994mP ak6上=[γsat6H6'-γw(∑h5-h a)]K a6-2c6K a60.5+γw(∑h5-h a)=[22×6.994-10×(7-0.8)]×0.528-2×16×0.5280.5+10×(7-0.8)=87.254kN/m2P ak6下=[γsat6(H6'+h6)-γw(∑h5-h a)]K a6-2c6K a60.5+γw(∑h5-h a)=[22×(6.994+3)-10×(10-0.8)]×0.528-2×16×0.5280.5+10×(10-0.8)=136.262kN/m23）水平荷载临界深度：Z0=2-P ak2下h2/(P ak2上+P ak2下)=2-11.484×1.2/(4.26+11.484)=1.125m；第1层土E ak1=0kN；第2层土E ak2=0.5P ak2下Z0b a=0.5×11.484×1.125×0.8=5.168kN；a a2=(2-Z0)/3+∑h3=(2-1.125)/3+8=8.292m；第3层土E ak3=h3(P a3上+P a3下)b a/2=2×(6.144+38.816)×0.8/2=35.968kN；a a3=h3(2P a3上+P a3下)/(3P a3上+3P a3=2×(2×6.144+38.816)/(3×6.144+3×38.816)+6=6.758m；下)+∑h4第4层土E ak4=h4(P a4上+P a4下)b a/2=1×(39.432+55.768)×0.8/2=38.08kN；a a4=h4(2P a4上+P a4下)/(3P a4上+3P a4=1×(2×39.432+55.768)/(3×39.432+3×55.768)+5=5.471m；下)+∑h5第5层土E ak5=h5(P a5上+P a5下)b a/2=2×(54.315+86.987)×0.8/2=113.042kN；a a5=h5(2P a5上+P a5下)/(3P a5上+3P a5=2×(2×54.315+86.987)/(3×54.315+3×86.987)+3=3.923m；下)+∑h6第6层土E ak6=h6(P a6上+P a6下)b a/2=3×(87.254+136.262)×0.8/2=268.219kN；a a6=h6(2P a6上+P a6下)/(3P a6上+3P a6下)=3×(2×87.254+136.262)/(3×87.254+3×136.262)=1.39m；土压力合力：E ak=ΣE aki=0+5.168+35.968+38.08+113.042+268.219=460.477kN；合力作用点：a a=Σ(a ai E aki)/E ak=(0×0+8.292×5.168+6.758×35.968+5.471×38.08+3.923×113.042+1.39×268 .219)/460.477=2.846m；2、被动土压力计算1）被动土压力系数K p1=tan2(45°+ φ1/2）= tan2(45+18/2)=1.894；K p2=tan2(45°+ φ2/2）= tan2(45+18/2)=1.894；K p3=tan2(45°+ φ3/2）= tan2(45+18/2)=1.894；2）土压力、地下水产生的水平荷载第1层土：4-5mH1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/21=0mP pk1上=γ1H1'K p1+2c1K p10.5=21×0×1.894+2×15×1.8940.5=41.287kN/m2P pk1下=γ1(h1+H1')K p1+2c1K p10.5=21×(1+0)×1.894+2×15×1.8940.5=81.061kN/m2第2层土：5-5.2mH2'=[∑γ1h1]/γi=[21]/22=0.955mP pk2上=γ2H2'K p2+2c2K p20.5=22×0.955×1.894+2×16×1.8940.5=83.832kN/m2P pk2下=γ2(h2+H2')K p2+2c2K p20.5=22×(0.2+0.955)×1.894+2×16×1.8940.5=92.166kN/m2 第3层土：5.2-10mH3'=[∑γ2h2]/γsati=[25.4]/22=1.155mP pk3上=[γsat3H3'-γw(∑h2-h p)]K p3+2c3K p30.5+γw(∑h2-h p)=[22×1.155-10×(1.2-1.2)]×1.894+2×16×1 .8940.5+10×(1.2-1.2)=92.166kN/m2P pk3下=[γsat3(H3'+h3)-γw(∑h2-h p)]K p3+2c3K p30.5+γw(∑h2-h p)=[22×(1.155+4.8)-10×(6-1.2)]×1.894+2×16×1.8940.5+10×(6-1.2)=249.26kN/m23）水平荷载第1层土E pk1=b a h1(P p1上+P p1下)/2=0.8×1×(41.287+81.061)/2=48.939kN；a p1=h1(2P p1上+P p1下)/(3P p1上+3P p1=1×(2×41.287+81.061)/(3×41.287+3×81.061)+5=5.446m；下)+∑h2第2层土E pk2=b a h2(P p2上+P p2下)/2=0.8×0.2×(83.832+92.166)/2=14.08kN；a p2=h2(2P p2上+P p2下)/(3P p2上+3P p2=0.2×(2×83.832+92.166)/(3×83.832+3×92.166)+4.8=4.898m；下)+∑h3第3层土E pk3=b a h3(P p3上+P p3下)/2=0.8×4.8×(92.166+249.26)/2=655.538kN；a p3=h3(2P p3上+P p3下)/(3P p3上+3P p3下)=4.8×(2×92.166+249.26)/(3×92.166+3×249.26)=2.032m；土压力合力：E pk=ΣE pki=48.939+14.08+655.538=718.557kN；合力作用点：a p= Σ(a pi E pki)/E pk=(5.446×48.939+4.898×14.08+2.032×655.538)/718.557=2.321m；3、基坑内侧土反力计算1）主动土压力系数K a1=tan2(45°-φ1/2）= tan2(45-18/2)=0.528；K a2=tan2(45°-φ2/2）= tan2(45-18/2)=0.528；K a3=tan2(45°-φ3/2）= tan2(45-18/2)=0.528；2）土压力、地下水产生的水平荷载第1层土：4-5mH1'=[∑γ0h0]/γi=[0]/21=0mP sk1上=(0.2φ12-φ1+c1)∑h0(1-∑h0/l d)υ/υb+γ1H1'K a1=(0.2×182-18+15)×0×(1-0/6)×0.012/0.012+21×0×0.528=0kN/m2P sk1下=(0.2φ12-φ1+c1)∑h1(1-∑h1/l d)υ/υb+γ1(h1+H1')K a1=(0.2×182-18+15)×1×(1-1/6)×0.012/0.01 2+21×(0+1)×0.528=62.588kN/m2第2层土：5-5.2mH2'=[∑γ1h1]/γi=[21]/22=0.955mP sk2上=(0.2φ22-φ2+c2)∑h1(1-∑h1/l d)υ/υb+γ2H2'K a2=(0.2×182-18+16)×1×(1-1/6)×0.012/0.012+22×0.955×0.528=63.427kN/m2P sk2下=(0.2φ22-φ2+c2)∑h2(1-∑h2/l d)υ/υb+γ2(h2+H2')K a2=(0.2×182-18+16)×1.2×(1-1.2/6)×0.012/ 0.012+22×(0.955+0.2)×0.528=73.704kN/m2第3层土：5.2-10mH3'=[∑γ2h2]/γsati=[25.4]/22=1.155mP sk3上=(0.2φ32-φ3+c3)∑h2(1-∑h2/l d)υ/υb+[γsat3H3'-γw(∑h2-h p)]K p3+γw(∑h2-h p)=(0.2×182-18+16)×1.2×(1-1.2/6)×12/12+[22×1.155-10×(1.2-1.2)]×0.528+10×(1.2-1.2)=73.704kN/m2 P sk3下=(0.2φ32-φ3+c3)∑h3(1-∑h3/l d)υ/υb+[γsat3(H3'+h3)-γw(∑h3-h p)]K p3+γw(∑h3-h p)=(0.2×182-18 +16)×6×(1-6/6)×12/12+[22×(1.155+4.8)-10×(6-1.2)]×0.528+10×(6-1.2)=91.829kN/m2 3）水平荷载第1层土P sk1=b0h1(P s1上+P s1下)/2=0.8×1×(0+62.588)/2=25.035kN；a s1=h1(2P s1上+P s1下)/(3P s1上+3P s1=1×(2×0+62.588)/(3×0+3×62.588)+5=5.333m；下)+∑h2第2层土P sk2=b0h2(P s2上+P s2下)/2=0.8×0.2×(63.427+73.704)/2=10.97kN；a s2=h2(2P s2上+P s2下)/(3P s2上+3P s2=0.2×(2×63.427+73.704)/(3×63.427+3×73.704)+4.8=4.898m；下)+∑h3第3层土P sk3=b0h3(P s3上+P s3下)/2=0.8×4.8×(73.704+91.829)/2=317.823kN；a s3=h3(2P s3上+P s3下)/(3P s3上+3P s3下)=4.8×(2×73.704+91.829)/(3×73.704+3×91.829)=2.312m；土压力合力：P pk=ΣP pki=25.035+10.97+317.823=353.828kN；合力作用点：a s= Σ(a si P ski)/P pk=(5.333×25.035+4.898×10.97+2.312×317.823)/353.828=2.606m；P sk=353.828kN≤E p=718.557kN满足要求！三、稳定性验算1、嵌固稳定性验算E pk a pl/(E ak a al)=718.557×2.321/(460.477×2.846)=1.273≥K e=1.2满足要求！2、整体滑动稳定性验算圆弧滑动条分法示意图K si =∑{c j l j+[(q j b j+ΔG j)cosθj-μj l j]tanφj}/∑(q j b j+ΔG j)sinθc j、φj──第j土条滑弧面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦角(°)；b j──第j土条的宽度(m)；θj──第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角(°)；l j──第j土条的滑弧段长度(m)，取l j＝b j/cosθj；q j──作用在第j土条上的附加分布荷载标准值(kPa) ；ΔG j──第j土条的自重(kN)，按天然重度计算；u j──第j土条在滑弧面上的孔隙水压力(kPa)，采用落底式截水帷幕时，对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外侧，可取u j＝γw h waj，在基坑内侧，可取u j＝γw h wpj；滑弧面在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取u j＝0；γw──地下水重度(kN/m3)；h waj──基坑外侧第j土条滑弧面中点的压力水头(m)；h wpj──基坑内侧第j土条滑弧面中点的压力水头(m)；min{ K s1，K s2，……，K si，……}=1.708≥K s=1.3满足要求！3、渗透稳定性验算渗透稳定性简图承压水作用下的坑底突涌稳定性验算：D γ /(h wγw) =∑h iγi /(h wγw)=(1×21+3.3×22)/(6×10)=1.56D γ /(h wγw) =1.56≥K h=1.1满足要求！四、结构计算1、材料参数桩截面类型圆形圆形截面直径D(mm) 800 桩混凝土强度等级C30 桩混凝土保护层厚度δ(mm) 50 配筋形式沿受拉、压区周边均匀配置受拉区竖向钢筋直径根数1025 等级HRB400(mm)受压区竖向钢筋直径根数 320 等级HRB400(mm)箍筋直径(mm) 12 间距150 等级HRB335受拉钢筋圆心角与2π的比值0.25 受压钢筋圆心角与2π的比值0.15计算简图弯矩图(kN·m)M k=395.86kN.m剪力图(kN) V k=161.57kN3、强度设计值确定M=γ0γF M k=1×1.25×395.86=494.825kN·mV=γ0γF V k=1×1.25×161.57=201.962kN4、材料的强度计算1）正截面受弯承载力验算钢筋混凝土桩截面计算简图确定受压混凝土截面范围:根据建筑基坑支护规程(JGJ120-2012)附录B.0.2αf c A(1-sin2πα/(2πα))+f y(A s'-A s)=0求得α=0.3352f c Ar(sinπα)3/(3π)+f y A s r s sin(παs)/(παs)+f y A s'r s sin(παs')/(παs')=2×14.3×π×8002/4×400×(sin 0.335π)3/(3π)+360×10×π×252/4×337.5×sin(0.25π)/(0.25π)+360×3×π×202/4×337.5×sin(0. 15π)/(0.15π)=1047.161kN·m≥M =494.825kN·m满足要求！2）斜截面承载力验算将圆形截面等效成矩形截面计算h=1.6D/2=1.6×800/2=640mmh0=h-δ-d/2=640-50-25/2=577.5mmb=1.76D/2=1.76×800/2=704mmh0/b=577.5/704=0.82≤40.25βc f c bh0=0.25×1×14.3×704×577.5/1000=1453.452kN≥V =201.962kN满足要求！Vcs=αsv f t bh0+f yv A sv h0/s=(0.7×1.43×704×577.5+300×2×3.14×122/4×577.5/150)/1000=66 8.222kN≥V =201.962kN满足要求！3）最小配筋率验算ρ=A s/(πD2/4)=10×π×252/4/(8002×π/4)=0.977%≥ρmin=max[0.002，0.45f t/f y]=max[0.002，0.45×1.43/360]=0.2%满足要求！。