基坑支護(hù)工程-基坑支護(hù)荷載計(jì)算

1、深基坑工程深基坑工程深深 基基 坑坑 工工 程程基坑支護(hù)荷載計(jì)算深基坑工程深基坑工程第二章第二章 作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載一、荷載分類一、荷載分類荷載分類荷載分類永久荷載：土體自重、土壓力永久荷載：土體自重、土壓力可變荷載：汽車、吊車、堆載可變荷載：汽車、吊車、堆載偶然荷載：地震力、爆炸力、撞擊力偶然荷載：地震力、爆炸力、撞擊力1.1.荷載分類荷載分類深基坑工程深基坑工程2.2.作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載作用于支護(hù)作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載結(jié)構(gòu)的荷載土壓力土壓力建筑物、結(jié)構(gòu)物荷載建筑物、結(jié)構(gòu)物荷載支護(hù)結(jié)構(gòu)為主體一部分，考慮地震力支護(hù)結(jié)構(gòu)為主體一部分，考慮地震力水壓力

2、水壓力施工荷載施工荷載溫度引起的附加荷載溫度引起的附加荷載3.3.基坑設(shè)計(jì)基本要求基坑設(shè)計(jì)基本要求（1 1）承載能力極限狀態(tài)：支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過大變）承載能力極限狀態(tài)：支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過大變形導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境破壞。形導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境破壞。（2 2）正常使用極限狀態(tài)：支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形妨礙地下結(jié)構(gòu)施工，或者影響周）正常使用極限狀態(tài)：支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形妨礙地下結(jié)構(gòu)施工，或者影響周邊環(huán)境的正常使用功能。邊環(huán)境的正常使用功能。 支護(hù)結(jié)構(gòu)均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)計(jì)算，一級(jí)基坑和對(duì)變形有支護(hù)結(jié)構(gòu)均應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)計(jì)算，一級(jí)基坑和對(duì)變形有限定的二

3、級(jí)基坑，還要進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的變形計(jì)算。限定的二級(jí)基坑，還要進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的變形計(jì)算。深基坑工程深基坑工程二、土壓力二、土壓力建筑物填土擋土墻地下室地下室 外墻橋臺(tái)道路擋土墻深基坑工程深基坑工程主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的產(chǎn)生，前提條件是主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力的產(chǎn)生，前提條件是支護(hù)結(jié)構(gòu)存在位移支護(hù)結(jié)構(gòu)存在位移；當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)沒有位移沒有位移時(shí)，則土對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力為時(shí)，則土對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力為靜止土壓力靜止土壓力。 土壓力的分布與支點(diǎn)的設(shè)置及其數(shù)量都有關(guān)系；懸臂支護(hù)樁土壓力的實(shí)土壓力的分布與支點(diǎn)的設(shè)置及其數(shù)量都有關(guān)系；懸臂支護(hù)樁土壓力的實(shí)測(cè)值與按朗肯公式計(jì)算值的對(duì)比，非挖土側(cè)實(shí)測(cè)

4、土壓力小于朗肯主動(dòng)土測(cè)值與按朗肯公式計(jì)算值的對(duì)比，非挖土側(cè)實(shí)測(cè)土壓力小于朗肯主動(dòng)土壓力，即壓力，即計(jì)算結(jié)果偏大計(jì)算結(jié)果偏大。土的內(nèi)聚力土的內(nèi)聚力C C、內(nèi)摩擦角、內(nèi)摩擦角值可根據(jù)下列規(guī)定適當(dāng)調(diào)整：值可根據(jù)下列規(guī)定適當(dāng)調(diào)整： 在在井點(diǎn)降低地下水井點(diǎn)降低地下水范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)孛嬗信潘头罎B措施時(shí)，范圍內(nèi)，當(dāng)?shù)孛嬗信潘头罎B措施時(shí)，值可提值可提高高20%20%； 在在井點(diǎn)降水土體固結(jié)井點(diǎn)降水土體固結(jié)的條件下，可考慮土與支護(hù)結(jié)構(gòu)間側(cè)摩阻力影的條件下，可考慮土與支護(hù)結(jié)構(gòu)間側(cè)摩阻力影響，響，將土的內(nèi)聚力將土的內(nèi)聚力c c提高提高20%20%。 深基坑工程深基坑工程1.1.靜止土壓力靜止土壓力zz0 xKz1z

5、z010 xyKKzz地下室 外墻00Kz靜止土壓力強(qiáng)度（kN/m2) 10(0 K（經(jīng)驗(yàn)公式）01 sinK 靜止土壓力合力大小靜止土壓力合力大小H0KHP00012PKH H20012PKH(kN/m)H/3三角形形心處，距底面 H/3處或查表0K K0 0 靜止土壓力系數(shù)作用點(diǎn)位置作用點(diǎn)位置深基坑工程深基坑工程2.2.主動(dòng)土壓力（無粘性土）主動(dòng)土壓力（無粘性土）zzaaKzzHaKHPaH/3墻體移動(dòng)方向（離開土體）Ka主動(dòng)土壓力系數(shù)，KaK012aaPKH H212aaPKH三角形形心處，距底面 H/3處方向方向水平作用點(diǎn)位置作用點(diǎn)位置主動(dòng)土壓力合力大小主動(dòng)土壓力合力大小深基坑工程深基

6、坑工程3.3.被動(dòng)土壓力（無粘性土）被動(dòng)土壓力（無粘性土）zzppKzzHpKHPpH/3墻體移動(dòng)方向（擠壓土體）Kp被動(dòng)土壓力系數(shù)。KaK0Kp12ppPKH H212ppPKH三角形形心處，距底面 H/3處方向方向水平作用點(diǎn)位置作用點(diǎn)位置被動(dòng)土壓力合力大小被動(dòng)土壓力合力大小深基坑工程深基坑工程4.4.主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力、靜止土壓力關(guān)系主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力、靜止土壓力關(guān)系土壓力土壓力P P位移位移apPaP0PpPaP0Pp深基坑工程深基坑工程5.5.朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論 假設(shè)：假設(shè)： 墻背垂直、光滑、墻背垂直、光滑、 墻后填土水平。墻后填土水平。fvvK 0vaK vpK 深

7、基坑工程深基坑工程213tan452 tan 4522c20()tan452 tan 4522azpc231tan452 tan 4522c主動(dòng)土壓力強(qiáng)度主動(dòng)土壓力強(qiáng)度0()2aaazp Kc K主動(dòng)土壓力系數(shù)主動(dòng)土壓力系數(shù)2tan452aK20()tan452 tan 4522pzpc被動(dòng)土壓力強(qiáng)度被動(dòng)土壓力強(qiáng)度0()2pppzp Kc K被動(dòng)土壓力系數(shù)被動(dòng)土壓力系數(shù)2tan452pK極限平衡條件極限平衡條件（1 1）主動(dòng)土壓力）主動(dòng)土壓力深基坑工程深基坑工程, , cHp0ABA A點(diǎn)點(diǎn)2tan (45)2aK02Aaaap KC KB B點(diǎn)點(diǎn)0()2BaaapH KC K如果如果 p0

8、= 0A A點(diǎn)點(diǎn)2AaaCK B B點(diǎn)點(diǎn)2BaaaHKCK0a位于2aCzK如果如果 C = 0( (無粘性土）無粘性土）A A點(diǎn)點(diǎn)0Aaap KB B點(diǎn)點(diǎn)0()BaapH KPaPa土壓力合力土壓力合力Pa壓力圖形面積壓力圖形面積（三角形或梯形）P0 = 0時(shí)時(shí)221222aaaCPH KCHK均質(zhì)土均質(zhì)土深基坑工程深基坑工程成層土成層土P0BC111,C222,CH1H201112Aaaap KCK211tan (45)2aK222tan (45)2aK011111)2BaaapH KCK上（011222)2BaaapH KCK下（01122222)2CaaapHHKCK（A主動(dòng)土壓力合力

9、？主動(dòng)土壓力合力？深基坑工程深基坑工程墻后填土有地下水墻后填土有地下水BC,C H1H2A2tan (45)2aK2AaaCK 12BaaaH KC K12()2CaaaHHKC Kz002aCzK土壓力合力壓力圖形面積壓力圖形面積水壓力合力Ca2wH212wwPH排水口深基坑工程深基坑工程已知條件如圖已知條件如圖求：作用在墻上的主動(dòng)土壓力求：作用在墻上的主動(dòng)土壓力Pa0.542020kN/mp 6m316kN/m210kN/mC 204.2Pa1.82例例 題題深基坑工程深基坑工程解：解：49. 0)22045(tan)245(tan22aKaaAaKCKp20kPa2 . 449. 010

10、249. 020aaBaKCKHp2)(0kPa84.4249. 010249. 0)61620(0 處02)(0aaKCKzpaaaKKpKCz02m54. 049. 01649. 02049. 0102mkNPa/95.116)54. 06(84.4221主動(dòng)土壓力合力主動(dòng)土壓力合力Pa作用點(diǎn)：作用點(diǎn)：m82. 1)54. 06(31方方 向：水平向：水平例例 題題深基坑工程深基坑工程（2 2）被動(dòng)土壓力）被動(dòng)土壓力, , cHp0ABA A點(diǎn)點(diǎn)2tan (45)2pK02Apppp KCKB B點(diǎn)點(diǎn)0()2BppppH KCK如果如果 p0= 0A A點(diǎn)點(diǎn)2AppC KB B點(diǎn)點(diǎn)2Bpp

11、pHKCK如果如果C = 0( (無粘性土）無粘性土）A A點(diǎn)點(diǎn)0Appp KB B點(diǎn)點(diǎn)0()BpppH KPpPp土壓力合力土壓力合力Pp土壓力方向土壓力方向水平水平土壓力作用點(diǎn)土壓力作用點(diǎn)土壓力分布圖形形心土壓力分布圖形形心 壓力圖形面積壓力圖形面積（三角形或梯形）（三角形或梯形）深基坑工程深基坑工程6.6.庫(kù)倫土壓力庫(kù)倫土壓力（1 1）思路：）思路：（2 2）假定）假定 把墻后達(dá)到極限平衡的滑動(dòng)土楔體視為剛體，從滑動(dòng)土楔體的靜力平衡條件得出土壓力理論。（1 1）填土無粘性）填土無粘性(C=0)（2 2）滑動(dòng)面為一通過墻踵的平面）滑動(dòng)面為一通過墻踵的平面深基坑工程深基坑工程（3 3）主動(dòng)土

12、壓力）主動(dòng)土壓力P Pa a（屬平面應(yīng)變問題，取1m長(zhǎng)分析）ABC破壞面與水平面的夾角破壞面與水平面的夾角WP墻土間摩擦角，墻土間摩擦角， 也稱為外摩擦角也稱為外摩擦角土的內(nèi)摩擦角土的內(nèi)摩擦角填土坡角填土坡角W土楔體自重土楔體自重 W W，大小、方向，大小、方向已知已知RR破壞面破壞面BCBC上的反力上的反力 R R，大小，大小未知未知，方向方向已知已知P土壓力土壓力 P P，大小，大小未知未知，方向，方向已知已知90墻背傾角墻背傾角深基坑工程深基坑工程WRP由正弦定理由正弦定理sin()sin(180()PW)sin()sin(WPABCWPRABCW 12BC ADD22cos() cos

13、()2cossin()HWHsin(90)cos()BCABsin()cossin()HADABcos()cos()cosH由正弦定理由正弦定理深基坑工程深基坑工程WRPsin()sin()PWABCWPRD22cos() cos()2cossin()HW22cos() cos() sin()2cossin() sin()HP即即2(,)2HPf 其中其中是是假設(shè)的滑動(dòng)面與水平面的夾角假設(shè)的滑動(dòng)面與水平面的夾角H深基坑工程深基坑工程22cos() cos() sin()2cossin() sin()HP求極值，求極值，令令0ddP求出破壞角cr代入上式得得2222cos ()2sin()sin

14、()coscos() 1cos()cos()aHP即即212aaPH K土壓力強(qiáng)度土壓力強(qiáng)度aaadPzKdz（沿墻高）三角形分布（沿墻高）三角形分布(,)aKf 深基坑工程深基坑工程（2 2）被動(dòng)土壓力）被動(dòng)土壓力P Pp pABCWPRABCWPRWPR2222cos ()2sin()sin()coscos() 1cos()cos()pHP得得若若0,0,0221tan (45)22pPH與朗肯公式相同深基坑工程深基坑工程朗肯土壓力理論：朗肯土壓力理論：根據(jù)半無限彈性體的極限平衡條件求出土壓力根據(jù)半無限彈性體的極限平衡條件求出土壓力因此，假定墻背垂直、光滑、墻后填土水平因此，假定墻背垂直、

15、光滑、墻后填土水平 因不計(jì)墻土間摩阻力，求得的Pa偏大，這在擋土 墻設(shè)計(jì)中是偏于安全的，求得的Pp偏小，這在橋臺(tái)設(shè)計(jì)中也是偏于安全的。深基坑工程深基坑工程庫(kù)侖土壓力理論：庫(kù)侖土壓力理論：根據(jù)墻后土楔體的極限平衡條件求出土壓力根據(jù)墻后土楔體的極限平衡條件求出土壓力因此，墻背可以不垂直、不光滑、墻后填土不水平因此，墻背可以不垂直、不光滑、墻后填土不水平但因假定破壞面是平面，與實(shí)際的曲面有出入。但因假定破壞面是平面，與實(shí)際的曲面有出入。 通常，計(jì)算主動(dòng)土壓力誤差在210%，滿足工程所需的精度要求；但被動(dòng)土壓力計(jì)算結(jié)果誤差較大。并且，上面的公式只適用于無粘性土。并且，上面的公式只適用于無粘性土。深基坑

16、工程深基坑工程三、特殊情況下土壓力的計(jì)算三、特殊情況下土壓力的計(jì)算1 1、地面局部荷載、地面局部荷載（1 1）集中荷載）集中荷載按布辛奈斯克解：按布辛奈斯克解： 0.52232(1 2 )cos3sincos21 coshQZSpangler修正解修正解： 22222 3222 321.77(0.4)()0.28(0.4)(0.16)cos (1.1 )hhhhQm nmHmnQnmHn深基坑工程深基坑工程（2 2）線荷載）線荷載按布辛奈斯克解：按布辛奈斯克解： 22222()hqm nHmn實(shí)測(cè)修正解實(shí)測(cè)修正解： 2222222 34(0.4)()0.28(0.4)(0.16)hhqm nm

17、HmnQnmHn深基坑工程深基坑工程近似解：近似解： AaPpEPKEPK深基坑工程深基坑工程（3 3）條形荷載）條形荷載按太沙基公式修正解：按太沙基公式修正解： 2(sincos2 )hqH朗肯近似解朗肯近似解： 深基坑工程深基坑工程地面附加荷載傳至地面附加荷載傳至n n層土底面的豎向荷載層土底面的豎向荷載q qn n（1 1）地面滿布均布荷載）地面滿布均布荷載q q0 0時(shí)，任何時(shí)，任何土層底面處：土層底面處：（2 2）離開擋土結(jié)構(gòu)距離為）離開擋土結(jié)構(gòu)距離為a a時(shí)時(shí) onqqahnii10nq1niiha1noniibqqbah深基坑工程深基坑工程(3)(3)作用在面積為作用在面積為 與

18、擋土結(jié)構(gòu)平行）的地面荷載，離開擋土與擋土結(jié)構(gòu)平行）的地面荷載，離開擋土結(jié)構(gòu)距離時(shí)。結(jié)構(gòu)距離時(shí)。ahnii10nqahnii10112121)2)(qhbhabbbqniniiin221b(bb 深基坑工程深基坑工程四、水壓力四、水壓力水壓力，主要水壓力，主要根據(jù)土質(zhì)情況根據(jù)土質(zhì)情況確定如何考慮水壓力的問題確定如何考慮水壓力的問題 。對(duì)于對(duì)于粘性土粘性土，土壤的透水性較差，此粘性土產(chǎn)生的側(cè)向壓力可采用，土壤的透水性較差，此粘性土產(chǎn)生的側(cè)向壓力可采用水水土合算土合算的方法，即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓力與水壓力之和乘以的方法，即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓力與水壓力之和乘以側(cè)壓力系數(shù)。側(cè)壓力系數(shù)。對(duì)于對(duì)于砂性土砂性土，采用，采用水土分算水土分算，即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓力乘以，即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓力乘以側(cè)壓力系數(shù)與該深度處水壓力之和。側(cè)壓力系數(shù)與該深度處水壓力之和。深基坑工程深基坑工程對(duì)比對(duì)比砂土簡(jiǎn)化計(jì)算，將水壓力與土壓力分別砂土簡(jiǎn)化計(jì)算，將水壓力與土壓力分別計(jì)算，并把水看作是：計(jì)算，并把水看作是： 主動(dòng)壓力