人工挖孔扩底桩施工方案(通过专家论证).docx

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附件九
1、深度16~20m孔桩原有护壁计算式
一、参数信息
1、基本参数
护壁结构材料类型
混凝土
护壁结构外直径D(m)
2
挖孔桩开挖深度H(m)
20
地下水位深度ha(m)
18
2、土层参数
土层编号
土类型
土厚度h(m)
土重度γ(kN/m3)
粘聚力c(kPa)
内摩擦角φ(°)
饱和土重度γsat(kN/m3)
水土合算
1
填土
10
19
33.11
0
25
否
2
淤泥
2
21
11
0
28
否
3
红粘土
6
21
16
0
26
否
4
微风化岩
1.5
0
0
0
0
是
5
中风化岩
6
0
0
0
0
是
3、荷载参数
类型
荷载q(kpa)
距支护边缘的水平距离a(m)
垂直基坑边的分布宽度b(m)
平行基坑边的分布长度l(m)
作用深度d(m)
满布荷载
15
0
-
-
0
条形局部荷载
15
15
15
-
0
矩形局部荷载
15
15
15
15
15
4、计算系数
安全系数K
2
护壁计算段长度h(m)
1
二、土压力计算

人工打孔桩荷载示意图
1、水平荷载
1）主动土压力系数
Ka1=tan2（45°- φ1/2）= tan2（45-0/2）=1；
Ka2=tan2（45°- φ2/2）= tan2（45-0/2）=1；
Ka3=tan2（45°- φ3/2）= tan2（45-0/2）=1；
Ka4=tan2（45°- φ4/2）= tan2（45-0/2）=1；
Ka5=tan2（45°- φ5/2）= tan2（45-0/2）=1；
2）土压力、地下水产生的水平荷载
第1层土：0 ~ 11m
H1'=[∑γ0h0+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ1=(0+15+15+15)/19=2.368m；
Pak1上=γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=19×2.368×1-2×33.11×1=-21.228kN/m2；
Pak1下=[γ1(h1+H1)]Ka1-2c1Ka10.5=(19×(11+2.368))×1-2×33.11×1=187.772kN/m2；
第2层土：11 ~ 13m
H2'=[∑γ1h1+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ2=(209+15+15+15)/21=12.095m；
Pak2上=γ2H2'Ka2-2c2Ka20.5=21×12.095×1-2×11×1=231.995kN/m2；
Pak2下=[γ2(h2+H2)]Ka2-2c2Ka20.5=(21×(2+12.095))×1-2×11×1=273.995kN/m2；
第3层土：13 ~ 15m
H3'=[∑γ2h2+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ3=(251+15+15+15)/21=14.095m；
Pak3上=γ3H3'Ka3-2c3Ka30.5=21×14.095×1-2×16×1=263.995kN/m2；
Pak3下=[γ3(h3+H3)]Ka3-2c3Ka30.5=(21×(2+14.095))×1-2×16×1=305.995kN/m2；
第4层土：15 ~ 18m
H4'=[∑γ3h3+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ4=(293+15+15+15)/21=16.095m；
Pak4上=γ4H4'Ka4-2c4Ka40.5=21×16.095×1-2×16×1=305.995kN/m2；
Pak4下=[γ4(h4+H4)]Ka4-2c4Ka40.5=(21×(3+16.095))×1-2×16×1=368.995kN/m2；
第5层土：18 ~ 20m
H5'=[∑γ4h4+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ5=356+15+15+15/21=19.095m；
Pak5上=[γ5H5'-γw(∑h4-ha)]Ka5-2c5Ka50.5+γw(∑h4-ha)
=(21×19.095-10×(18-18)×1-2×16×1+10×(18-18))
=368.995kN/m2；
Pad5下=[γ5(H5+h5)-γw(∑h5-ha)]Ka5-2c5Ka50.5+γw(∑h5-ha)
=(21×(19.095+2)-10×(20-18))×1-2×16×1+10×(20-18)
=410.995kN/m2；
护壁压力计算值取最不利的情况即：p = max(Pak5上、Pak5下)= Pak5下=410.995kN/m2；
三、护壁结构计算
1、材料参数
护壁材料
混凝土
混凝土型号
C30
砼轴心抗压强度fc(N/mm2)
8
环向钢筋
8@200
竖向钢筋
8@200
2、护壁的受力简图

3、护壁壁厚及强度验算
混凝土护壁轴心抗压强度：
f= KpD/2t=2×410.995×2/(2×0.125)=6.576×106N/m2
f≥fc=4×106N/m2
不满足要求，增加壁厚度。
4、护壁配筋验算
人工挖孔桩护壁在侧向压力作用下，截面上同时作用有轴向力N和弯矩M，由于人工挖孔桩为圆心护壁且同一高度一圈作用力相同 ，可按《混凝土结构设计规范》中轴心受压公式进行计算。另：在井壁设计中一般采用对称配筋的方式。
环向配筋计算
N=pD/2=410.995×2/2=410.995×103N/m
σ=N/A=410.995/(1×0.125)=3.288×106N/m3
井壁圆环截面配筋率
μ= (σ- fc)/fy=(3.288-4)/270=-0.003
As'=μth=-0.003×0.125×1=0×106mm2
As=((h×103/Sl)+1)×Sa=301.8mm2≥As'
配筋符合要求
竖向配筋计算
在施工过程中，井壁支护仅承受自重，其强度足够，一般不需验算。但考虑人工挖孔桩现场施工情况，存在井壁下部土方被掏空的情况，而使井壁支护处于悬挂状态，使井壁支护有可能在自重作用下被拉断的危险，故还需验算井壁支护竖向受拉钢筋。本计算书将人工挖孔桩护壁视为等截面，计算公式如下：
Smax=G0/4
Smax---井壁支护最大垂直拉力
G0---井壁混凝土支护自重，G0=π×D×t×H×24
竖向钢筋承载力As'=Smax/fy=(π×D×t×H×24)/(4×fy)=(3.14×2×0.125×20×24)/(4×270×103)=348.889mm2
配筋不符合要求，建议增加竖向钢筋直径或缩小间距
2、16~20m深度孔桩护壁验算计算式
一、重新验算计算式

1、基本参数
护壁结构材料类型
混凝土
护壁结构外直径D(m)
2
挖孔桩开挖深度H(m)
24
地下水位深度ha(m)
22
2、土层参数
土层编号
土类型
土厚度h(m)
土重度γ(kN/m3)
粘聚力c(kPa)
内摩擦角φ(°)
饱和土重度γsat(kN/m3)
水土合算
1
填土
8
19
33.11
33
25
否
2
淤泥
2
21
11
10
28
否
3
红粘土
8
21
16
10
26
否
4
微风化岩
1.5
0
0
0
0
是
5
中风化岩
6
0
0
0
0
是
3、荷载参数
类型
荷载q(kpa)
距支护边缘的水平距离a(m)
垂直基坑边的分布宽度b(m)
平行基坑边的分布长度l(m)
作用深度d(m)
满布荷载
15
0
-
-
0
条形局部荷载
15
15
15
-
0
矩形局部荷载
15
15
15
15
15
4、计算系数
安全系数K
1.65
护壁计算段长度h(m)
1
二、土压力计算

人工打孔桩荷载示意图
1、水平荷载
1）主动土压力系数
Ka1=tan2（45°- φ1/2）= tan2（45-33/2）=0.295；
Ka2=tan2（45°- φ2/2）= tan2（45-10/2）=0.704；
Ka3=tan2（45°- φ3/2）= tan2（45-10/2）=0.704；
Ka4=tan2（45°- φ4/2）= tan2（45-10/2）=0.704；
Ka5=tan2（45°- φ5/2）= tan2（45-10/2）=0.704；
2）土压力、地下水产生的水平荷载
第1层土：0 ~ 12m
H1'=[∑γ0h0+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ1=(0+15+15+15)/19=2.368m；
Pak1上=γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=19×2.368×0.295-2×33.11×0.543=-22.694kN/m2；
Pak1下=[γ1(h1+H1)]Ka1-2c1Ka10.5=(19×(12+2.368))×0.295-2×33.11×0.543=44.566kN/m2；
第2层土：12 ~ 14m
H2'=[∑γ1h1+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ2=(228+15+15+15)/21=13m；
Pak2上=γ2H2'Ka2-2c2Ka20.5=21×13×0.704-2×11×0.839=173.733kN/m2；
Pak2下=[γ2(h2+H2)]Ka2-2c2Ka20.5=(21×(2+13))×0.704-2×11×0.839=203.301kN/m2；
第3层土：14 ~ 15m
H3'=[∑γ2h2+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ3=(270+15+15+15)/21=15m；
Pak3上=γ3H3'Ka3-2c3Ka30.5=21×15×0.704-2×16×0.839=194.91kN/m2；
Pak3下=[γ3(h3+H3)]Ka3-2c3Ka30.5=(21×(1+15))×0.704-2×16×0.839=209.694kN/m2；
第4层土：15 ~ 22m
H4'=[∑γ3h3+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ4=(291+15+15+15)/21=16m；
Pak4上=γ4H4'Ka4-2c4Ka40.5=21×16×0.704-2×16×0.839=209.694kN/m2；
Pak4下=[γ4(h4+H4)]Ka4-2c4Ka40.5=(21×(7+16))×0.704-2×16×0.839=313.182kN/m2；
第5层土：22 ~ 24m
H5'=[∑γ4h4+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ5=438+15+15+15/21=23m；
Pak5上=[γ5H5'-γw(∑h4-ha)]Ka5-2c5Ka50.5+γw(∑h4-ha)
=(21×23-10×(22-22)×0.704-2×16×0.839+10×(22-22))
=313.182kN/m2；
Pad5下=[γ5(H5+h5)-γw(∑h5-ha)]Ka5-2c5Ka50.5+γw(∑h5-ha)
=(21×(23+2)-10×(24-22))×0.704-2×16×0.839+10×(24-22)
=348.67kN/m2；
护壁压力计算值取最不利的情况即：p = max(Pak5上、Pak5下)= Pak5下=348.67kN/m2；
三、护壁结构计算
1、材料参数
护壁材料
混凝土
混凝土型号
C30
砼轴心抗压强度fc(N/mm2)
6
环向钢筋
8@200
竖向钢筋
8@130
2、护壁的受力简图

3、护壁壁厚及强度验算
混凝土护壁轴心抗压强度：
f= KpD/2t=2.5×348.67×2/(2×0.195)=4.47×106N/m2
f＜fc=6×106N/m2
满足要求！
4、护壁配筋验算
人工挖孔桩护壁在侧向压力作用下，截面上同时作用有轴向力N和弯矩M，由于人工挖孔桩为圆心护壁且同一高度一圈作用力相同 ，可按《混凝土结构设计规范》中轴心受压公式进行计算。另：在井壁设计中一般采用对称配筋的方式。
环向配筋计算
N=pD/2=348.67×2/2=348.67×103N/m
σ=N/A=348.67/(1×0.195)=1.788×106N/m3
井壁圆环截面配筋率
μ= (σ- fc)/fy=(1.788-6)/270=-0.016
As'=μth=-0.016×0.195×1=-0.003×106mm2
As=((h×103/Sl)+1)×Sa=301.8mm2≥As'
根据构造进行配筋，环向Φ8@200，竖向Φ10@200~300mm钢筋，上一段竖向筋插入下一段混凝土中，长度不小于100mm。
配筋符合要求
竖向配筋计算
在施工过程中，井壁支护仅承受自重，其强度足够，一般不需验算。但考虑人工挖孔桩现场施工情况，存在井壁下部土方被掏空的情况，而使井壁支护处于悬挂状态，使井壁支护有可能在自重作用下被拉断的危险，故还需验算井壁支护竖向受拉钢筋。本计算书将人工挖孔桩护壁视为等截面，计算公式如下：
Smax=G0/4
Smax---井壁支护最大垂直拉力
G0---井壁混凝土支护自重，G0=π×D×t×H×24
竖向钢筋承载力As'=Smax/fy=(π×D×t×H×24)/(4×fy)=(3.14×2×0.195×24×24)/(4×270×103)=653.12mm2
As=(π×D×103/Sl)×Sa=2414.4mm2≥As'
配筋符合要求

以上配筋及护壁厚度满足规范要求。
3、深度20~24m孔桩护壁计算式
孔桩护壁厚度170mm~220mm，竖向钢筋间距120mm。
一、 深度20~24m孔桩验算参数信息
1、基本参数
护壁结构材料类型
混凝土
护壁结构外直径D(m)
2
挖孔桩开挖深度H(m)
24
地下水位深度ha(m)
22
2、土层参数
土层编号
土类型
土厚度h(m)
土重度γ(kN/m3)
粘聚力c(kPa)
内摩擦角φ(°)
饱和土重度γsat(kN/m3)
水土合算
1
填土
8
19
33.11
33
25
否
2
淤泥
2
21
11
10
28
否
3
红粘土
12
21
16
10
26
是
4
微风化岩
1.5
0
0
0
0
是
5
中风化岩
6
0
0
0
0
是
3、荷载参数
类型
荷载q(kpa)
距支护边缘的水平距离a(m)
垂直基坑边的分布宽度b(m)
平行基坑边的分布长度l(m)
作用深度d(m)
满布荷载
15
0
-
-
0
条形局部荷载
15
15
15
-
0
矩形局部荷载
15
15
15
15
15
4、计算系数
安全系数K
1.65
护壁计算段长度h(m)
1
二、土压力计算

人工打孔桩荷载示意图
1、水平荷载
1）主动土压力系数
Ka1=tan2（45°- φ1/2）= tan2（45-33/2）=0.295；
Ka2=tan2（45°- φ2/2）= tan2（45-10/2）=0.704；
Ka3=tan2（45°- φ3/2）= tan2（45-10/2）=0.704；
Ka4=tan2（45°- φ4/2）= tan2（45-10/2）=0.704；
Ka5=tan2（45°- φ5/2）= tan2（45-10/2）=0.704；
2）土压力、地下水产生的水平荷载
第1层土：0 ~ 12m
H1'=[∑γ0h0+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ1=(0+15+15+15)/19=2.368m；
Pak1上=γ1H1'Ka1-2c1Ka10.5=19×2.368×0.295-2×33.11×0.543=-22.694kN/m2；
Pak1下=[γ1(h1+H1)]Ka1-2c1Ka10.5=(19×(12+2.368))×0.295-2×33.11×0.543=44.566kN/m2；
第2层土：12 ~ 14m
H2'=[∑γ1h1+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ2=(228+15+15+15)/21=13m；
Pak2上=γ2H2'Ka2-2c2Ka20.5=21×13×0.704-2×11×0.839=173.733kN/m2；
Pak2下=[γ2(h2+H2)]Ka2-2c2Ka20.5=(21×(2+13))×0.704-2×11×0.839=203.301kN/m2；
第3层土：14 ~ 15m
H3'=[∑γ2h2+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ3=(270+15+15+15)/21=15m；
Pak3上=γ3H3'Ka3-2c3Ka30.5=21×15×0.704-2×16×0.839=194.91kN/m2；
Pak3下=[γ3(h3+H3)]Ka3-2c3Ka30.5=(21×(1+15))×0.704-2×16×0.839=209.694kN/m2；
第4层土：15 ~ 22m
H4'=[∑γ3h3+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ4=(291+15+15+15)/21=16m；
Pak4上=γ4H4'Ka4-2c4Ka40.5=21×16×0.704-2×16×0.839=209.694kN/m2；
Pak4下=[γ4(h4+H4)]Ka4-2c4Ka40.5=(21×(7+16))×0.704-2×16×0.839=313.182kN/m2；
第5层土：22 ~ 24m
H5'=[∑γ4h4+∑q1+∑q1b1/(b1+2a1)+∑q1b1l1/((b1+2a1)(l1+2a1))]/γ5=(438+15+15+15)/21=23m；
Pak5上=γ5H5'Ka5-2c5Ka50.5=21×23×0.704-2×16×0.839=313.182kN/m2；
Pak5下=[γ5(h5+H5)]Ka5-2c5Ka50.5=(21×(2+23))×0.704-2×16×0.839=342.75kN/m2；
护壁压力计算值取最不利的情况即：p = max(Pak5上、Pak5下)= Pak5下=342.75kN/m2；
三、护壁结构计算
1、材料参数
护壁材料
混凝土
混凝土型号
C30
砼轴心抗压强度fc(N/mm2)
6
环向钢筋
8@200
竖向钢筋
8@110
2、护壁的受力简图

3、护壁壁厚及强度验算
混凝土护壁轴心抗压强度：
f= KpD/2t=2.5×342.75×2/(2×0.205)=4.18×106N/m2
f＜fc=6×106N/m2
满足要求！
4、护壁配筋验算
人工挖孔桩护壁在侧向压力作用下，截面上同时作用有轴向力N和弯矩M，由于人工挖孔桩为圆心护壁且同一高度一圈作用力相同 ，可按《混凝土结构设计规范》中轴心受压公式进行计算。另：在井壁设计中一般采用对称配筋的方式。
环向配筋计算
N=pD/2=342.75×2/2=342.75×103N/m
σ=N/A=342.75/(1×0.205)=1.672×106N/m3
井壁圆环截面配筋率
μ= (σ- fc)/fy=(1.672-6)/270=-0.016
As'=μth=-0.016×0.205×1=-0.003×106mm2
As=((h×103/Sl)+1)×Sa=301.8mm2≥As'
根据构造进行配筋，环向Φ8@200，竖向Φ10@200~300mm钢筋，上一段竖向筋插入下一段混凝土中，长度不小于100mm。
配筋符合要求
竖向配筋计算
在施工过程中，井壁支护仅承受自重，其强度足够，一般不需验算。但考虑人工挖孔桩现场施工情况，存在井壁下部土方被掏空的情况，而使井壁支护处于悬挂状态，使井壁支护有可能在自重作用下被拉断的危险，故还需验算井壁支护竖向受拉钢筋。本计算书将人工挖孔桩护壁视为等截面，计算公式如下：
Smax=G0/4
Smax---井壁支护最大垂直拉力
G0---井壁混凝土支护自重，G0=π×D×t×H×24
竖向钢筋承载力As'=Smax/fy=(π×D×t×H×24)/(4×fy)=(3.14×2×0.205×24×24)/(4×270×103)=686.613mm2
As=(π×D×103/Sl)×Sa=2867.1mm2≥As'
配筋符合要求

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