圆形人工挖孔桩护壁厚度计算的电算化

莫文峰

（广西公路桥梁工程总公司）

摘 要：根据圆形人工挖孔桩护壁厚度计算公式，编制了计算护壁厚度的电算化程序。算例表明该程序的计算结果与手工计算的结果一致，完全可以用电算化的方法代替手工计算。 关键词：圆形人工挖孔桩基 护壁厚度 计算电算化

Electronic Calculation of Thickness of Support Wall for Ring-shaped Excavated Pile

Mo Wenfeng

(Guangxi Road and Bridge Engineering Cooperation, Nanning 530001)

Abstract: In accordance with the formula of thickness of support wall of ring-shaped excavated pile, the electronic calculation program of the thickness is programmed. Calculation examples show that the results calculated by the program is the same as manual calculation. So, electronic calculation can be instead of manual calculation.

Key words: thickness of support wall; ring-shape excavated pile foundation; electronic calculation

1 概述

目前，许多桥梁桩基仍采用圆形人工挖孔桩。为确保桩基施工安全和质量，往往需要对人工挖孔桩的护壁厚度进行计算，特别是在地质条件比较复杂的情况下，正确设计护壁厚度已成为影响桩基施工成功的重要条件。

目前，施工单位大多根据经验或采用手工计算的方法来确定桩基护壁厚度。但根据经验确定护壁厚度存在明显的不足：当遇到直径更大、深度更大、地质条件更复杂的桩基时，往往没有经验可循，难以确保桩基施工的质量和安全。采用手工计算的方法确定护壁厚度也存在一些缺点：随着桩基深度的增大，土的性质不断变化，土、石层数随着之增加，手工计算变得十分繁琐，容易出错；桩基数量多时，计算量很大，手工计算速度慢，耗时多；调整参数（主要是桩深、混凝土标号）后需要重新计算，耗时耗力。

采用电算化计算的方法则计算速度快、精度高，可方便地调整参数，在桩基数量多、深度大时，以上优点体现得尤为突出，不仅计算结果精确、可靠、还省时、省力。施工单位可根据《工程地质综合勘察报告》预先计算出不同桩基深度时所需的最小护壁厚度，施工中按计算结果在不同深度浇注不同厚度的护壁，加快施工速度，保证施工质量。

2 护壁厚度的计算公式

由《路桥施工计算手册》得：

tKpD/(2fc) （1）

当挖孔无地下水时：

pHtg2(450/2) （2）

当有地下水时：

phtg2(450/2)(w)(Hh)tg2(450/2)(Hh)w （3）

式中：t为混凝土护壁厚度，K为安全系数，取1.65，p为土和地下水对护壁的最大总压力，

D为挖孔桩外直径，fc为混凝土的轴心抗压强度设计值，H为挖孔桩护壁深度，为土的

容重，为土的内摩擦角，h为地面至地下水位深度，w为水的容重。

显然，式（1）－（3）只对均匀土层成立。在实际施工中遇到的土、石通常按不同性质分为若干层，此时，p应为各层土和地下水对护壁压力的总和。

由式（3）易知，当有地下水时，土和地下水对护壁的压力分为三项，第一项

htg2(450/2)为地下水深度以上的土体产生的压力，第二项

(w)(Hh)tg2(450/2)为水中土体产生的压力，第三项(Hh)w为地下水产生

的压力。

3 程序计算流程框图

计算护壁厚度的难点在于计算考虑地下水影响时水和土产生的压力，程序计算流程框图如图1所示。

输入的计算参数包括：挖孔桩外直径D、挖孔桩护壁深度H、混凝土的轴心抗压强度设计值fc、地面至地下水位深度h和容重w（假如桩孔内有水）、安全系数K、土的层数、各层土的容重、内摩擦角和深度。

输入计算参数 是 需要考虑地下水影响？ 否 计算桩基所在层数i 计算桩基所在层数i 计算地下水所在层数iw 计算第1到i1 层土产生的压力p1 计算第1到wi1 层土产生的压力hhiw1计算w 层内高度为生的压力p2 i 的土产计算第i 层土内高度为产生的压力p2 Hhi1 的土计算w 层内高度为产生的压力p3 ihiwh 的土和水计算w 到ii1 层土和水产生的压力p4 计算i 层内高度为产生的压力p5 Hhi1 的土和水计算总的压力∑p 计算并输出护壁厚度 t图1 护壁厚度计算流程框图

4 电算化的实现

笔者编制了人工挖孔桩护壁厚度计算程序—土拨鼠I号。该程序具有操作界面友好、操作简便、计算速度快、文件小（560k）、对计算机系统要求低等优点。

土拨鼠I号考虑的最大土层数为16层，该数目远大于目前施工中遇到的土层数。理论上，层数可按需要不受限制地扩展。程序运行后的界面如图2所示。

图2 土拨鼠I号用户界面

在计算程序中需要输入以下参数：挖孔桩外直径D、挖孔桩护壁深度H、混凝土的轴心抗压强度设计值fc、地面至地下水位深度h和容重w（假如桩孔内有水）、安全系数K、土的层数、各层土的容重、内摩擦角和深度。

程序的输出参数为：需要的最小混凝土护壁厚度t。

5 算例

贵州省镇宁至胜境关高速公路新寨河特大桥9＃墩桩基为直径D3.0m的挖孔灌注桩，深度H40.0m，根据《工程地质综合勘察报告》，该墩所处位置地质条件如下：深度0

3－1.5m为红黄色耕植土，天然容重118kN/m，内摩擦角10180；深度1.5－3.6m为灰

3白色粘土夹碎石，天然容重218.2kN/m，内摩擦角225；深度3.6－5.6m为紫红色318.54kN/m3薄层玄武岩，天然容重，内摩擦角3320；深度5.6－12.8m为深灰、灰绿

03色薄层玄武岩，天然容重418.76kN/m，内摩擦角435，为强风化层；深度12.8－27.5m

318.91kN/m5为深灰、灰绿色玄武岩，天然容重，内摩擦角5400，为中风化层；深度

450，为微风化

327.5m以下为深灰、灰绿色玄武岩，天然容重b20.0kN/m，内摩擦角b层；用人工挖孔，混凝土护壁厚度采用c20混凝土，每节高1m，地面以下h12.6m处有地下水，求桩基最深处需要的护壁厚度。 手工求解：

第1层土产生的压力为：

p11h1tg2(4501/2)181.5tg2(450180/2)14.252kN

第2层土产生的压力为：

第3层土产生的压力为： 第4层土产生的压力为：

p22(h2h1)tg2(4502/2)18.2(3.61.5)tg2(450250/2)15.512kN

p33(h3h2)tg2(4503/2)18.54(5.63.6)tg2(450320/2)11.393kN

p44(hh3)tg2(4504/2)(4w)(h4h)tg2(4504/2)w(h4h)18.76(12.65.6)tg2(450350/2)(18.7610)(12.812.6)tg2(450350/2)10(12.812.6)38.061kN第5层产生的压力为：

p5(5w)(h5h4)tg2(4505/2)w(h5h4)(18.9110)(27.512.8)tg2(450400/2)10(27.512.8)175.480kN 底层产生的压力为：

p6(bw)(Hh5)tg2(450b/2)w(Hh5)(2010)(4027.5)tg2(450450/2)10(4027.5)146.500kN

总的压力为：

Pp14.25215.51211.39338.061175.480146.500401.198kN 采用c20混凝土，fc10MPa，

D3.0m，则有：

施工中，安全起见，护壁厚度采用12cm。

电算化解：只需按图2所示输入参数，便可迅速得到计算结果。由图2知，采用程序计算得到的结果和手工计算得到的结果一致，电算化计算得到的结果真实可信。

由以上算例可以看出，随着桩基深度的增大，土层数不断增加，手工计算极其繁琐、耗时耗力、容易出错，而采用电算化的计算方法可克服手工计算的不足。

tKpD/(2fc)1.65401.1981033.0/(210106）0.0992m9.92cm

6 结论

人工挖孔桩护壁厚度计算是确保桩基施工质量和安全的重要保证。随着桥梁工程的发

展，桩基直径不断增大，地质条件愈发复杂，土的层数不断增多，在确定桩基护壁厚度时往往无经验可循，采用手工计算则效率低、易出错且参数不易调节。实践证明采用电算化的计算方法可方便地调节计算参数，计算速度快、计算结果准确可靠，完全可以用电算化的方法代替手工计算。

参考文献

[1] 周水兴等.路桥施工计算手册[M].北京:人民交通出版社,2001

收稿日期：2005-09-12

作者简介：莫文峰，男，1982～，硕士。主要研究方向：工程力学。