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1、深 基 坑 工 程基坑支護(hù)荷載計(jì)算第二章 作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載一、荷載分類荷載分類永久荷載:土體自重、土壓力可變荷載:汽車、吊車、堆載偶然荷載:地震力、爆炸力、撞擊力1.荷載分類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)的荷載土壓力建筑物、結(jié)構(gòu)物荷載支護(hù)結(jié)構(gòu)為主體一部分,考慮地震力水壓力施工荷載溫度引起的附加荷載3.基坑設(shè)計(jì)基本要求(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(guò)大變形導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境破壞。(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)變形有限定的二級(jí)基坑,還要
2、進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的變形計(jì)算。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;當(dāng)支護(hù)結(jié)構(gòu)沒(méi)有位移時(shí),則土對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力為靜止土壓力。 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)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,即計(jì)算結(jié)果偏大。土的內(nèi)聚力C、內(nèi)摩擦角值可根據(jù)下列規(guī)定適當(dāng)調(diào)整: 在井點(diǎn)降低地下水范圍內(nèi),當(dāng)?shù)孛嬗信潘头罎B措施時(shí),值可提高20%; 在井點(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)摩阻力影響,將土的內(nèi)聚力c提高20%。 1.靜止土壓力z地下室 外墻靜止土壓力
3、強(qiáng)度(kN/m2)(經(jīng)驗(yàn)公式)靜止土壓力合力大小HP0(kN/m)H/3三角形形心處,距底面 H/3處或查表K0 靜止土壓力系數(shù)作用點(diǎn)位置2.主動(dòng)土壓力(無(wú)粘性土)zHPaH/3墻體移動(dòng)方向(離開(kāi)土體)Ka主動(dòng)土壓力系數(shù),KaK0三角形形心處,距底面 H/3處方向水平作用點(diǎn)位置主動(dòng)土壓力合力大小3.被動(dòng)土壓力(無(wú)粘性土)zHPpH/3墻體移動(dòng)方向(擠壓土體)Kp被動(dòng)土壓力系數(shù)。KaK0Kp三角形形心處,距底面 H/3處方向水平作用點(diǎn)位置被動(dòng)土壓力合力大小4.主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力、靜止土壓力關(guān)系土壓力P位移PaP0PpPaP0Pp5.朗肯土壓力理論 假設(shè): 墻背垂直、光滑、 墻后填土水平。主動(dòng)
4、土壓力強(qiáng)度主動(dòng)土壓力系數(shù)被動(dòng)土壓力強(qiáng)度被動(dòng)土壓力系數(shù)極限平衡條件(1)主動(dòng)土壓力Hp0ABA點(diǎn)B點(diǎn)如果 p0 = 0A點(diǎn)B點(diǎn)位于如果 C = 0(無(wú)粘性土)A點(diǎn)B點(diǎn)PaPa土壓力合力Pa壓力圖形面積(三角形或梯形)P0 = 0時(shí)均質(zhì)土成層土P0BCH1H2A主動(dòng)土壓力合力?墻后填土有地下水BCH1H2Az0土壓力合力壓力圖形面積水壓力合力排水口已知條件如圖求:作用在墻上的主動(dòng)土壓力Pa0.546m4.2Pa1.82例 題解:主動(dòng)土壓力合力Pa作用點(diǎn):方 向:水平例 題(2)被動(dòng)土壓力Hp0ABA點(diǎn)B點(diǎn)如果 p0= 0A點(diǎn)B點(diǎn)如果C = 0(無(wú)粘性土)A點(diǎn)B點(diǎn)PpPp土壓力合力Pp土壓力方向水平
5、土壓力作用點(diǎn)土壓力分布圖形形心 壓力圖形面積(三角形或梯形)6.庫(kù)倫土壓力(1)思路:(2)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)填土無(wú)粘性(C=0)(2)滑動(dòng)面為一通過(guò)墻踵的平面(3)主動(dòng)土壓力Pa(屬平面應(yīng)變問(wèn)題,取1m長(zhǎng)分析)ABC破壞面與水平面的夾角WP墻土間摩擦角, 也稱為外摩擦角土的內(nèi)摩擦角填土坡角W土楔體自重 W,大小、方向已知RR破壞面BC上的反力 R,大小未知,方向已知P土壓力 P,大小未知,方向已知墻背傾角WRP由正弦定理ABCWPRDH由正弦定理WRPABCWPRD即其中是假設(shè)的滑動(dòng)面與水平面的夾角H求極值,令求出破
6、壞角代入上式得即土壓力強(qiáng)度(沿墻高)三角形分布(2)被動(dòng)土壓力PpABCWPRABCWPRWPR得若與朗肯公式相同朗肯土壓力理論:根據(jù)半無(wú)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。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。 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(wú)粘性土。三、特殊情況下土壓力的計(jì)算1、地面局部荷載(1)集中荷載按布辛奈斯克解: Spangler修正解: (2)線荷載按布辛奈斯克解: 實(shí)測(cè)修正解: 近似解: (3)條形荷載按太沙基公式修正解: 朗肯近似解: 地面附加荷載傳至n層土底面的豎向荷載qn(1)地面滿布均布荷載q0時(shí),任何土層底面處:(2)離開(kāi)擋土結(jié)構(gòu)距離為a時(shí) (3)作用在面積為 與擋土結(jié)構(gòu)平行)的地面荷載,離開(kāi)擋土結(jié)構(gòu)距離時(shí)。四、水壓力水壓力,主要根據(jù)土質(zhì)情況確定如何考慮水壓力的問(wèn)題 。對(duì)于粘性土,土壤的透水性較差,此粘性土產(chǎn)生的側(cè)向壓力可采用水土合算的方法,即側(cè)壓力為相應(yīng)深度處豎向土壓力與水壓力之和乘
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