基坑工程3讲-设计与计算-排桩教学提纲
(完整版)排桩支护设计与计算
排桩支护设计与计算8.7.1概述基坑开挖事，对不能放坡或由于场地限制而不能采用搅拌桩支护，开挖深度在6~10米左右时，即可采用排桩支护。
排桩支护可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩。
图8-4排桩支护的类型排桩支护结构可分为：（1）柱列式排桩支护当边坡土质尚好、地下水位较低时，可利用土拱作用，以稀疏钻孔灌注桩或挖孔桩支挡土坡，如图8-4a所示。
（2）连续排桩支护（图8-4b）在软土中一般不能形成土拱，支挡结构应该连续排。
密排的钻孔桩可互相搭接，或在桩身混凝土强度尚未形成时，在相邻桩之间做一根素混凝土树根桩把钻孔桩排连起来，如图8-4c所示。
也可采用钢板桩、钢筋混凝土板桩，如图8-4d、e所示。
（3）组合式排桩支护在地下水位较高搭软土地区，可采用钻孔灌注排桩与水泥土桩防渗墙组合的方式，如图8-4f所示。
按基坑开挖深度及支挡结构受力情况，排桩支护可分为一下几种情况。
（1）无支撑(悬臂)支护结构：当基坑开挖深度不大，即可利用悬臂作用挡住墙后土体。
（2）单支撑结构：当基坑开挖深度较大时，不能采用无支撑支护结构，可以在支护结构顶部附近设置一单支撑（或拉锚）。
（3）多支撑结构：当基坑开挖深度较深时，可设置多道支撑，以减少挡墙挡压力。
根据上海地区的施工实践，对于开挖深度<6m的基坑，在场地条件允许的情况下，可采用重力式深层搅拌桩挡墙较为理想。
当场地受限制时，也可采用φ600mm密排悬臂钻孔桩，桩与桩之间可用树根桩密封，也可采用灌注桩后注浆或打水泥搅拌桩作防水帷幕；对于开挖深度在4～6m的基坑，根据场地条件和周围环境可选用重力式深层搅拌桩挡墙，或打入预制混凝土板桩或钢板桩，其后注浆或加搅拌桩防渗，设一道檩和支撑也可采用φ600mm钻孔桩，后面用搅拌桩防渗，顶部设一道圈梁和支撑；对于开挖深度为6～10米的基坑，以往采用φ800～1000mm的钻孔桩，后面加深层搅拌桩或注浆放水，并设2～3道支撑，支撑道数视土质情况、周围环境及围护结构变形要求而定；对于开挖深度大于10m的基坑，以往常采用地下连续墙，设多层支撑，虽然安全可靠，但价格昂贵。
基础工程基坑支护课程设计
基础工程基坑支护课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解基础工程中基坑支护的重要性，掌握基坑支护的基本原理和方法。
2. 使学生掌握不同类型基坑支护结构的特点及适用条件，了解其设计和施工要点。
3. 引导学生了解基坑支护工程中的风险评估与管理，培养学生对工程安全意识的认识。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析基坑支护工程案例的能力，提高解决实际工程问题的技能。
2. 提高学生运用相关软件和工具进行基坑支护结构设计和计算的能力。
3. 培养学生团队协作和沟通能力，提高学生在工程实践中的组织协调能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对基础工程基坑支护领域的兴趣，激发学生学习热情，增强专业认同感。
2. 引导学生树立正确的工程观念，认识到工程质量对社会和人民群众生活的影响，培养学生的社会责任感。
3. 培养学生严谨细致的工作作风，增强学生的职业道德意识。
本课程针对高年级土木工程专业学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。
通过本课程的学习，旨在培养学生具备扎实的基坑支护理论知识，较强的工程实践能力和良好的职业道德素养。
二、教学内容1. 基坑支护工程概述- 基坑支护的作用和重要性- 基坑支护工程发展历程及现状2. 基坑支护基本原理- 土压力理论- 支护结构受力分析- 稳定性和变形控制原理3. 常见基坑支护结构及特点- 支护桩、地下连续墙- 土钉墙、重力式挡土墙- 锚杆支护、组合支护4. 基坑支护工程设计- 设计原则与步骤- 支护结构选型与计算- 施工组织设计5. 基坑支护施工技术- 施工工艺及操作要点- 施工监测与质量控制- 风险防范与应急处理6. 基坑支护工程案例分析- 典型工程案例介绍- 案例分析及启示7. 基坑支护新技术与发展趋势- 新技术、新材料、新工艺简介- 行业发展前景及挑战教学内容依据课程目标，结合教材章节，确保科学性和系统性。
教学大纲明确教学内容的安排和进度，使学生在逐层深入的学习过程中，掌握基坑支护工程的基本理论和实践技能。
多排桩基础课程设计
多排桩基础课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握多排桩基础的定义、分类及结构特点；2. 让学生了解多排桩基础的施工工艺及质量控制要求；3. 让学生掌握多排桩基础在工程中的应用及其优缺点。
技能目标：1. 培养学生运用多排桩基础进行工程设计和施工的能力；2. 培养学生分析多排桩基础在实际工程中问题及解决问题的能力；3. 提高学生查阅资料、团队协作和沟通表达的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对土木工程专业的热爱和责任感；2. 增强学生关注工程质量、安全及环保的意识；3. 培养学生严谨、求实、创新的学习态度。
课程性质分析：本课程为土木工程专业的一门专业基础课程，旨在帮助学生建立多排桩基础的理论知识体系，提高学生工程实践能力。
学生特点分析：学生已具备一定的基础理论知识，具有较强的学习能力和实践欲望，但对工程实际应用尚缺乏深入了解。
教学要求：1. 结合实际工程案例，提高学生对多排桩基础知识的理解和运用能力；2. 注重培养学生的实践操作能力和团队协作精神；3. 强化学生对工程质量、安全及环保的认识。
二、教学内容1. 多排桩基础的概述- 定义、分类及结构特点- 多排桩基础的适用范围2. 多排桩基础的施工工艺- 施工准备及施工流程- 施工质量控制要点- 施工中常见问题及处理方法3. 多排桩基础的设计原理- 设计依据和设计原则- 设计计算方法- 结构验算及安全系数4. 多排桩基础的应用案例分析- 工程背景及多排桩基础选型- 设计与施工要点- 工程效果及优缺点分析5. 多排桩基础的工程实践- 实践操作步骤及注意事项- 团队协作与沟通表达- 工程质量、安全及环保意识培养教学内容安排与进度：1. 第1周：多排桩基础概述2. 第2周：多排桩基础的施工工艺3. 第3周：多排桩基础的设计原理4. 第4周：多排桩基础的应用案例分析5. 第5周：多排桩基础的工程实践教材章节关联：本教学内容与《土木工程基础》第3章“桩基础”相关，具体涉及3.2节“桩基础的分类及构造”，3.3节“桩基础的设计与计算”，3.4节“桩基础的施工技术”及3.5节“桩基础的质量控制与验收”。
排桩支护设计与计算说课讲解
排桩支护设计与计算8.7.1概述基坑开挖事，对不能放坡或由于场地限制而不能采用搅拌桩支护，开挖深度在6~10米左右时，即可采用排桩支护。
排桩支护可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制钢筋混凝土板桩或钢板桩。
图8-4排桩支护的类型排桩支护结构可分为：（1）柱列式排桩支护当边坡土质尚好、地下水位较低时，可利用土拱作用，以稀疏钻孔灌注桩或挖孔桩支挡土坡，如图8-4a所示。
（2）连续排桩支护（图8-4b）在软土中一般不能形成土拱，支挡结构应该连续排。
密排的钻孔桩可互相搭接，或在桩身混凝土强度尚未形成时，在相邻桩之间做一根素混凝土树根桩把钻孔桩排连起来，如图8-4c所示。
也可采用钢板桩、钢筋混凝土板桩，如图8-4d、e所示。
（3）组合式排桩支护在地下水位较高搭软土地区，可采用钻孔灌注排桩与水泥土桩防渗墙组合的方式，如图8-4f所示。
按基坑开挖深度及支挡结构受力情况，排桩支护可分为一下几种情况。
（1）无支撑(悬臂)支护结构：当基坑开挖深度不大，即可利用悬臂作用挡住墙后土体。
（2）单支撑结构：当基坑开挖深度较大时，不能采用无支撑支护结构，可以在支护结构顶部附近设置一单支撑（或拉锚）。
（3）多支撑结构：当基坑开挖深度较深时，可设置多道支撑，以减少挡墙挡压力。
根据上海地区的施工实践，对于开挖深度<6m的基坑，在场地条件允许的情况下，可采用重力式深层搅拌桩挡墙较为理想。
当场地受限制时，也可采用φ600mm密排悬臂钻孔桩，桩与桩之间可用树根桩密封，也可采用灌注桩后注浆或打水泥搅拌桩作防水帷幕；对于开挖深度在4～6m的基坑，根据场地条件和周围环境可选用重力式深层搅拌桩挡墙，或打入预制混凝土板桩或钢板桩，其后注浆或加搅拌桩防渗，设一道檩和支撑也可采用φ600mm钻孔桩，后面用搅拌桩防渗，顶部设一道圈梁和支撑；对于开挖深度为6～10米的基坑，以往采用φ800～1000mm的钻孔桩，后面加深层搅拌桩或注浆放水，并设2～3道支撑，支撑道数视土质情况、周围环境及围护结构变形要求而定；对于开挖深度大于10m的基坑，以往常采用地下连续墙，设多层支撑，虽然安全可靠，但价格昂贵。
基坑与边坡工程第3章 排桩与地下连续墙支护技术
第3章 排桩与地下连续墙支护技术
1.坑底抗隆起稳定性验算 锚拉式支挡结构和支撑式支挡结构，坑底抗隆起稳定性可按 下列公式验算：
0
m 2 DN q cNc K he m1 (h D) q0
Nq tg (45 )e 2
2
（3-5）
tan
（3-6） （3-7）
第3章 排桩与地下连续墙支护技术
min Ks,1 , Ks,2 ,
K s ,i
, Ks , i ,
K
s
（3-3）
c l q l
j j j
' G cos u l tan R j j j j j j k , k cos j k v / sx , k
第3章 排桩与地下连续墙支护技术
墙后土体整体滑动失稳：如 拉锚的长度不够，软粘土发生 圆弧滑动，会引起支护结构的 整体失稳。
墙后土体整体滑动失稳
稳定性破坏
坑底隆起
挖土深度大，嵌固深度不够， 可能由于挖土处卸载过多，在 墙后土重及地面荷载作用下引 起坑底隆起。
管
涌
当地下水位较高、坑深很大 和挡墙嵌固深度不够时，挖土 后在水头差产生的动水压力作 用下，地下水会绕过支护墙连 同砂土一同涌入基坑。
m1 m2
0
Nc ( Nq 1) / tan
挡土构件底端平面下土的抗隆起稳定性验算
Khe──抗隆起安全系数；安全等级为一级、二级、三级的支护结构，Khe分 别不应小于1.8、1.6、1.4。
Lanzhou University of Technology
第3章 排桩与地下连续墙支护技术
排桩和地下连续墙支护结构的破坏形式 （a）拉锚破坏或支撑压曲；（b）底部走动；（c）平面变形过大或弯曲破坏； （d）墙后土体整体滑动失稳；（e）坑底隆起；（f）管涌
第3章 基坑工程设计计算
d a / tan za d (3a b) / tan
k
p0b b 2a
za d a / tan或za d (3a b) / tan
k 0
p0 基础底面附加压力标准值(KPa) d、b 基础埋置深度、基础宽度(m)
a 支护结构外边缘至基础水平距离(m) 附加荷载扩散角(°)，宜取45° za 支护结构顶面至附加竖向应力计算点
4）计算O点处桩墙前侧主动土压力强度ea1及后侧被动 土压力强度ep1；
5）根据作用在支护结构上的全部水平作用力平衡条件∑x=0和绕墙底端力矩平衡条件∑M=0求得z与t0； 6）根据最大弯矩点处剪力为零，求出最大弯矩点及最大弯矩值Mmax。
2. 布鲁姆（Blum）法
布鲁姆简化计算法的计算简图如下图所示，桩墙底部后侧出现的被动土压力
1）基床系数C随深度成正比例增加。即：
m：比例系数。
C mz
按此图式来计算桩在外荷作用下各截面内力的方法通常简称为“m”法。
2）基床系数C在第一个零变位点以下（Z≥t时）： C=K=常量
当0≤Z≤t时，C沿深度成曲线变化（可近似地假定为按直线增加）。 K值可按实测确定。 按此图式计算桩在外荷作用下的各面截内力的方法，通常简称为“K”法。
Kp
cos2
cos(
cos2 ( ) )[1 sin( )sin(
)
]2
cos( ) cos( )
库伦土压力理论只适用于无粘性土，并且假设滑动面 为平面，而实际的滑动面可能为曲面，导致主动土压力偏小， 被动土压力偏大。
3.2.2 水压力
水
水
土
土
合
分
算
算
“土、水压力的分、合算”原则 “分算”原则适用于土孔隙中存在自由的重力水或土的渗透性较好
深基坑工程—排桩悬臂桩课件
（1）规范法嵌固深度计算 规范法中悬臂桩嵌固深度的计 算采用嵌固稳定性验算确定。
40
悬臂支护结构的嵌固稳定性验算
41
42
当确定悬臂式支护结构嵌固深度设计值（构造要求）
ld小于0.8h时，宜取ld 0.8h 当基坑底为碎石土及砂土，基坑内排水且
作用有渗透压力时，嵌固深度设计值还应满足 下式抗渗稳定条件：
35
目前悬臂桩的计算方法有：静力平衡法，Blum法，平行 杆系弹性支点法，杆系有限单元法，共同变形法和有限 单元法。
静力平衡法简单而近似，在工程设计计算中被广泛应用。 悬臂桩支护结构静力计算主要目的有二个：一是悬臂桩
桩身插入基底面以下的最小嵌固深度Dmin；二是桩身最大 弯矩及所在位置，以计算桩身的截面和配筋。 对于悬臂桩的内力（弯矩、剪力）计算规范中推荐采用 平行杆系弹性支点法，主要是因为该方法不仅可以计算 内力，还可以计算支护结构的变形（位移）。而静力平 衡法只能计算内力，不能计算变形。
内撑体系根据不同开挖深度又可采用单层水平支撑及多层水平支撑。
静力平衡法认为悬臂桩在主动土压力作用下，将趋向于绕桩上的某一点发生转动，从而使土压力的分布发生变化。
图1双层锚杆
图2地面拉锚
19
二、排桩的类型及止水
分离式排桩特点
1. 施工工艺简单、工艺成熟、质量易控制、造价经济。 2. 噪声小、无振动、无挤土效应，施工时对周边环境影响小。 3. 可根据基坑变形控制要求灵活调整围护桩刚度。 4. 在基坑开挖阶段仅用作临时围护体，在主体地下室结构平 面位置、埋置深度确定后即有条件设计、实施。 5. 在有隔水要求的工程中需另行设置隔水帷幕。其隔水帷幕 可根据工程的土层情况、周边环境特点、基坑开挖深度以及 经济性等要求的综合选用。
基坑工程3讲-设计与计算-排桩
K a ( h t ) 3 K p t 3 z 2 ( K p K a )(h 2 t ) 2 2 K ( h t ) K t z 2 ( K p K a )(h 2 t ) 0 p a
求解上述联立方程，可以得到未知值 z2，t（也可以采用试算法计 算），为安全起见，计算得到的 t 值还需乘以1.1的安全系数作为设计入 土深度，即实际的入土深度=1.1t 。
q0 z1 z1 h p p pa z1 K p 2c K p [ ( z1 h ) K a 2c K a ] p h t p t ( h t q0 )k 2c k [tk 2c k ] p a p p a a ( c 0 , q0 0 )
h
l O
E2 E1 E4
a E3 u
ΣP
t Ep
解出b后，即可求得Mmax：
M max h b ( h b) 2 b b2 K a K p 3 2 3 2
h
6
z1
b
[(h b) 3 K a b 3 K p ]
布鲁姆法（均质土） • 基本原理：布鲁姆法以一个集中力 Ep’代替板桩底出现的 被动土压力，根据该假定建立静力平衡方程，求出入土深 度及板桩内力。
• 板桩内力计算
计算板桩最大弯矩时，根据在板桩最大弯矩作用点剪 力等于 0 的原理，可以确定发生最大弯矩的位置及最大弯 矩值。对于均质无粘性土（ c=0 ， q0=0 ），根据图示关系， 当剪力为0的点位于基坑底面以下深度 b 时，则有：
b2 (h b) 2 K p K a 0 2 2
计算简图（均质土）
排桩变位
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
K a DK a
D
hK
a
2c ( (K p
Kp K
a)
Ka ),
(c 0 ,
q0 0)
DK p 2c K p h q 0 K a 2c K a DK a
D
h
q0
K a
(K
2c ( K p p Ka)
Ka ),
(c 0 ,
q0 0)
pah D
phpt pat
确定深度 h+z1及h+t 处的净土压力
•作用在板桩上的水平力之和
等于0，各力距任一点力矩之
和等于0的静力平衡条件，建
立静力平衡方程
t
• 土压力计算（朗肯土压力理论）
n
ean (qn ihi )Ka 2c Ka
i 1
n
epn (qn ihi )Kp 2c Kp
h
i 1
• 确定板桩入土深度 t
基坑底土压力
z1 t
pah hKa 2cKa
x 3
6P (K p Ka
)
x
6P(l a)
(K p Ka)
0
h l
E2
a ΣP
E1 E3
E4 u
O
t
xm
x Ep
E’p
(KpKa)x C
在均质土条件下，净土压力为0的O点深度可根据墙前 与墙后土压力强度相等的条件算出（不考虑地下水及顶面 均布荷载的影响，c=0，q0=0）：
upk (uh )K a u(K p K ah K a) lhu
z2
Ka(ht)3Kpt3 (KpKa)(h2t)
Ka(ht)2Kpt2z2(KpKa)(h2t)0
求解上述联立方程，可以得到未知值 z2，t（也可以采用试算法计 算），为安全起见，计算得到的 t 值还需乘以1.1的安全系数作为设计入 土深度，即实际的入土深度=1.1t 。
• 板桩内力计算 计算板桩最大弯矩时，根据在板桩最大弯矩作用点剪
q0
)k p
2c
k p [tka 2c
ka ]
(c 0 , q0 0)
h
z1 t z2
pah D
pz1 p
pz1 h a
phpt pat
确定最小入土深度 t 当板桩入土深度达到最小入土深度 t 时，应满足作用
在板桩上的水平力之和等于0，各力距任一点力矩之和等 于0的静力平衡条件，建立静力平衡方程，可以求得未知 量 z2 及板桩最小入土深度 t ：
基坑工程
设计与计算 排桩
排桩支护可采用钻孔灌注桩、人工挖孔桩、预制 钢筋混凝土板桩或钢板桩。
图3-5 排桩支护的类型
（1）柱列式排桩支护：当边坡土质尚好、地下水位较 低时，可利用土拱作用，以稀疏钻孔灌注桩或挖孔桩 支挡土坡，如图3-5a所示。
• （2）连续排桩支护（图3-5b）：在软土中一般不能 形成土拱，支挡结构应该连续排。密排的钻孔桩可互 相搭接，或在桩身混凝土强度尚未形成时，在相邻桩 之间做一根素混凝土树根桩把钻孔桩排连起来，如图 3-5c所示。也可采用钢板桩、钢筋混凝土板桩，如图 3-5d、e所示。
6a P
nl3(K pK a)
3 m(1)n
根据求出的m、n值，查图表确定中间变量ξ，从而求得： x= ξ· l， t = u + 1.2x
• 内力计算
最大弯矩发生在剪力Q=0
h
处，如图设O点以下xm处的剪 力Q=0，则有：
l
E2
a ΣP
E1 E3
E4 u
O
P
2
(K p
Ka ) xm2
0
2P
xm (K p Ka )
最大弯矩：
t Ep
(KpKa)x C
xm x
E’p
M m ax P (lx m a )6(K p K a)x m 3
题1：
某悬臂板桩围护结构如图示，试用布鲁姆法计算板桩
长度及板桩内力。
q=10kN/m2
6m l
u
c=0 φ=34° γ=20kN/m3 a E2
ΣP
b
布鲁姆法（均质土）
• 基本原理：布鲁姆法以一个集中力 Ep’代替板桩底出现的 被动土压力，根据该假定建立静力平衡方程，求出入土深
度及板桩内力。
• 计算板桩入土深度 t
对板桩底C点取力矩，
由ΣMc=0得到：
P(l
x a) Ep
x 3
0
E p
(K p
Ka )x
x 2
2
(K p
Ka )x2
E1
力等于0的原理，可以确定发生最大弯矩的位置及最大弯 矩值。对于均质无粘性土（c=0，q0=0），根据图示关系， 当剪力为0的点位于基坑底面以下深度 b 时，则有：
b22Kp(h2b)2Ka 0
解出b后，即可求得Mmax： h
hb(hb)2
Mmax 3
2
Ka
bb2
32
Kp
z1
6[(hb)3Ka b3Kp]
z2
(或： pah hq0Ka 2cKa)
地面超载
pah D
pz1 p
pz1 h a
phpt pat
确定净土压力p=0的深度D
h
DK p hK a DK a
D
K
hK a p Ka
,
(c 0 ,
q0 0)
z1 t z2
pz1 p
pz1 h a
DK
p
Hale Waihona Puke 2cK p hK a 2c
• （3）组合式排桩支护：在地下水位较高的软土地区， 可采用钻孔灌注排桩与水泥土桩防渗墙组合的方式， 如图3-5f所示。
• （1）无支撑（悬臂）支护结构：当基坑 开挖深度不大，利用悬臂作用挡住墙后土 体。
• （2）单支撑结构：当基坑开挖深度较大 时，可以在支护结构顶部附近设置一单支 撑（或拉锚）。
代入前式求解方程后可求得未知量x，板桩的入土深度按 下式计算：
t = u + 1.2x 为便于计算，建立了一套图表，利用该图表，可用图 解法确定未知量 x 值，其顺序如下： 令中间变量： x/l
3l2(K 6 pP K a)(1)l3(6 K a p P K a)
❖ 再令：
6 P
m l2(K pK a),
• （3）多支撑结构：当基坑开挖深度较深 时，可设置多道支撑，以减少挡墙的压力。
悬臂式围护结构内力分析（排桩、板桩）
计算简图（均质土）
排桩变位
净土压力分布
简化处理后的 净土压力分布
静力平衡法
•当板桩处于平衡状态，此时 所对应的板桩的入土深度即
是保证板桩稳定的最小入土
深度。根据板桩的静力平衡
条件可以求出该深度。
p
z1 p
pz1 h a
z1K p
2c
K p [ (z1 h)Ka 2c
Ka ]
p
ht p
pat
(h t)k p
2c
k p [tka 2c
ka ]
(c 0 , q0 0)
p
z1 p
pz1 h a
z1K p
2c
Kp
[ (z1
h
q0
)Ka
2c
Ka ]
p
ht p
pat
(h t