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1、第三节 支护结构施工设计,二、支护结构内力设计（一）静力平衡-求解悬臂式支护桩 1 内力分析原理 2 桩埋深和内力计算 3 设计弯矩Mmax,1,1 悬臂桩施工设计原理（布鲁姆假定）,x,t,h,RC,即以Mc=0；求解D = x+1.2 tMmax,c,c,q,q,D,h0,Eak,Ea1,Ea2,Ea3,旋转点即切断点C,M,o,o,o,Mmax,M,Ep,Ep,Ep,Ep,Ea,Ea,qKai,C,C,C,eaik,epik,epik,Epj,2,旋转点,外力为零点,用插入深度D形成嵌固端，以桩前被动土压力平衡上部土、水压力和地面均载产生的侧压力。假定桩平衡为总前提。切断点上桩段也平衡。
2、,用静力平衡条件求解D、Mmax,h0,（同层土）,qKai,x,t,h,RC,Eak,Ea2,Ea1,Ep,a,Ea3,h1,Z,bz-d：其中b、d为常数,2 埋深D设计（用土压力的标准值）,C,h0,由于有,o,qKai,3,为已知,旋转点即切断点,o1,局部平衡,不稳定因素,x,t,h,RC,Eak,Epj,a,Ea3,h1,qKai,bz-d,Z,2 埋深D设计（用土压力的标准值）,C,o,Z,1,2,3,epik,eaik,4,qKai,旋转点,3带入2求出x；,至此x为已知.其为埋深D的一段,epik,eaik,第二次平衡,第一次平衡,两个平衡，一个深度。,h0,x,t,h,Ea
3、k,Epj,a,Ea3,h1,qKai,bz-d,Z,2 埋深D设计（用土压力的标准值）,C,o,eaik,epik,将x代入1,求另一段埋深t,其中：,qKai,得出：,解之求出t，t为埋深D的另一段,5,h,应力线性方程的通式,epik,eaik,1,qKai,x,t,RC,Eak,Epj,a,Ea3,Z,2 埋深D设计,C,o,qKai,D,D = x+1.2 t,6,0.2t,h,桩总长：L =h+ x+1.2 t,x,tm,h,Qm,Epjm,Ea3,3 设计弯矩-土对桩的弯矩Mmax(效应-用设计值计算),Ea1,Ea2,o,用各力的设计值计算,Mmax,7,处,剪力为零点可能在O
4、点以下tm深处：,qKai,m,1,抵消，截面剪力Qm等于截面以上杆件相反方向的作用力之差。,分析：,x,tm,h,Qm,Epjm,Ea3,h1,Z,3 设计弯矩-土作用于桩上的弯矩Mmax(效应),Ea2,Ea1,解出tm ,h0,o,Mmax,8,qKai,h,qKai,求各力，按设计值计算,采用荷载的基本组合。,epik,eaik,h,1,将以上各力代入1，得下式。,x,tm,h,Q,Epjm,Ea3,h1,Z,3 设计弯矩-土对桩的弯矩Mmax(内力),Ea2,Ea1,h0,o,m,Mmax,9,各力按以上设计值计算,工程案例一： 某高层建筑基坑深5m，施工拟用钢筋混凝土悬臂式支护桩。
5、采用C30混凝土，桩径=700mm。地面有均载q=12kN/。地下水降至基坑底面，即基坑底面以下为含水土层。坑外地下水位以上： =18kN/m3 ；c =10 Kpa；=10坑内地下水位以下： sat=18.5kN/m3；c=12 Kpa;=15 设计嵌入深度D;Mmax.,=18kN/m3 , c=10Kpa=10,sat=18.5kN/m3 , c=12Kpa =15,Mmax,D,h=5m,q=12kn/m2,10,地下水位,x,t,h=5,Epj,Ea3,1 求埋深。用水土合算法 1）求临界深度h0；应力在各层的分布,Ea2,Ea1,坑深h = 5m范围内任意深度Z深处eaik.,Z,
6、只适用于h深度范围,h1=3.68,o,c,h0,11,sat=18.5kN/m3 , c=12Kpa =15,=18kN/m3 c=10Kpa =10,8.45,旋转点即切断点C,x,t,h=5,Epj,Ea3,h1=3.68,Z,Ea2,Ea1,饱和容重rsat=18.5kn/m3,坑外地下水层以下任意深度z处的主动土压应力，,适用于地下水层内的任意深度,1 求埋深。用水土合算法 2）求应力在各层的分布,o,c,h0=1.32,12,sat=18.5kN/m3 c=12Kpa =15,=18kN/m3 c=10Kpa =10,8.45,7.06,坑外地下水层以下任意深度z纯土产生的主动土压
7、应力,x,t,h=5,Epj,Ea3,Z,Ea2,Ea1,1 求埋深。用水土合算法 3)求各力（标准值）,h1=3.68,o,c,qKai=8.45,h0=1.32,13,= 18kN/m3 c =10Kpa =10,sat =18.5kN/m3 c=12Kpa =15,h=5,h=5,Eaik,x,t,h=5,Q,Epj,a=1.65,Ea3,Z,Ea2,Ea1,1 求埋深。用水土合算法 合力Eaik的作用位置a,Eaik,h1=3.68,o,c,qKai=8.45,h0=1.32,14,o1,x,t,h=5,Epj,a=1.65,Ea3,h1=3.68,Z,1 求埋深。用水土合算法 4）求
8、X:,Eaik,eaik,epik,o,c,1,2,3,qKai=8.45,h0=1.32,15,8.45,Z,sat=18.5kN/m3 c=12Kpa =15,epik,eaik,x,t,h=5,Epj,h1=3.68,Z,1 求埋深。用水土合算法 4)求x；先解2式求x,eaik,epik,o,c,qKai=8.45,2,h0=1.32,16,Z,sat=18.5kN/m3 c=12Kpa =15,至此x为已知.其为埋深D的一段,eaik,epik,饱和,x=0.5,t,h,Epj,a=1.65,Ea3,h1=3.68,1 求埋深。用水土合算法 5）求t,Eaik=127.93,o,c,
9、h0=1.32,17,1.65,0.5,8.45.,sat=18.5kN/m3 c=12Kpa = 15,求解各力的标准值,1,用原力矩方程1求埋深t，,8.45,8.45,Z,x=0.5,t,h,Epj,a=1.65,Ea3,h1=3.68,1 求埋深。用水土合算法 5)求t,o,c,h0=1.32,18,1.65,0.56,8.45,sat=18.5kN/m3 c=12Kpa =15,1,Eaik=127.93,用原力矩方程1求埋深t，,饱和重度,Z,x=0.5,t,h,Epj,a=1.65,Ea3,h1=3.68,1 求埋深。用水土合算法 5)求t,得：,o,c,h0=1.32,19,8
10、.45,Eaik=127.93,将以上各力的标准值代入原力矩方程1下式,x=0.5,t,h=5,Epj,Ea3,h1=3.68,1 求埋深D。用水土合算法 5）求t,Eaik,令：,求,时的 t,o,c,h0=1.32,20,a=1.65,x=0.5,t=7.11,Epj,Ea3,1 求埋深D。用水土合算法 5）求埋深D,Eaik,试算：,D = x+1.2 t = 0.5+1.27.11 = 9.03m 取D=9m.,工程意义上可以。是用荷载的标准值求解得到的t,o,c,21,a=1.65,x=0.5,t=7.11,h=5,Epj,a=1.65,Ea3,1 求埋深。用水土合算法 6）求D；,
11、o,c,22,Eaik=127.93,取D =9m,D = x+1.2 t = 0.5+1.27.11 = 9.03m 取D=9m.,1.2 t =8.53,布氏切掉段。补足0.2t=1.42m.,旋转点,支护桩总长L = h+D = 5+9= 14m .,=18kN/m3 , c=10Kpa=10,sat=18.5kN/m3 , c=12Kpa =15,Mmax,D=9m,h=5m,q=12kn/m2,23,地下水位,L=14m,x=0.5m,tm,h=5,Qm,Epjm,Ea3,Z,2 设计弯矩-土作用于桩上的弯矩Mmax(内力效应-用设计值),Ea2,Ea1,h0=1.32,h1=3.6
12、8,o,c,24,处,令在tm深处剪力为零,Mmax,抵消，截面剪力Qm等于截面以上杆件(桩)相反方向的作用力之差。,8.45,=18kN/m3 c=10Kpa =10,x=0.5,tm,h=5,Epm,Ea3,Z,3 设计弯矩-土作用于桩上的弯矩Mmax(内力),Ea2,Ea1,h0=1.32,h1=3.68,o,c,25,sat=18.5kN/m3 c=12Kpa =15,Qm,8.45,8.45,8.45,x=0.5,tm,h=5,Epjm,Ea3,Z,3 设计弯矩-土作用于桩上的弯矩Mmax(内力),Ea2,Ea1,h0=1.32,h1=3.68,o,c,Mmax,26,sat=18.
13、5kN/m3 c=12Kpa =15,Qm,x,tm=3.74,h=5,Epjm,a,Ea3=8.449,Z,3 设计弯矩-土作用于桩上的弯矩Mmax(内力),Ea2,Ea1,h0=1.32,h1=3.68,o,c,最大弯矩在,Mmax,27,将,代入下式,均为设计值,Qm,x=0.5,tm=3.74,h=5,Epjm=164.6,Ea3=7.546,3 设计弯矩-土对桩的弯矩Mmax(内力),Ea2=102.82,Ea1=59.14,h0=1.32,h1=3.68,o,c,28,Qm,Mmax=779.73,将,3 设计弯矩-土作用于桩上的弯矩Mmax(内力),最大弯矩在,x=0.5m,t=
14、7.11m,tm=3.74m,Mmax=779.73kn.m,h=5m,o,29,桩背受拉,广义支座,O1,O,m,h0=1.32,h1=3.68,x=0.5,tm=3.74,4.76,D=9,M,O1,O,m,h0=1.32,h1=3.68,x=0.5,tm=3.74,D=9,Q,11.2 KN,161.9 KN,169.5 KN,7.36 KN.m,329.59 KN.m,413 KN.m,779.73KN.m,30,作业： 某高层建筑基坑深6m，施工拟用钢筋混凝土悬臂式支护桩。采用C30混凝土，桩径=600mm。地面有均载q=10kN/。地下水降至基坑底面，即基坑底面以下为含水土层。坑外
15、地下水位以上： =17kN/m3 ；c =10 Kpa；=10坑内地下水位以下： sat=18.5kN/m3；c=12 Kpa;=15 设计嵌入深度D;Mmax.,=17kN/m3 , c=10Kpa=10,sat=18.5kN/m3 , c=12Kpa =15,Mmax,D,h=6m,q=10kn/m2,31,地下水位,=18kN/m3 , c=10Kpa=10,sat=18.5kN/m3 , c=12Kpa =15,Mmax=889.33kn.m,h=5m,q=12kn/m2,32,地下水位,D=9m,1）截面设计参数确定：,5 悬臂支护桩配筋设计,保护层厚：25mm,rS=312.5,D=700,桩间距1m.,33,2）将桩按混凝土受弯构件验算其抵抗弯矩Mc,rS=312.5,D=700,查书p50表2-1得：,34,压区,拉区,2）将桩按混凝土受弯构件验算其抵抗弯矩Mc,rS=259,D=700,施工单位设计的支护桩抗弯满足,35,2）将桩按混凝土受弯构件验算其抵抗弯矩Mc,rS=259,D=700,施工单位设计的支护桩抗弯满足,36,
