基坑工程中的支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載

第2章支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的作用荷載為，1土壓力及水壓力：2地面堆積荷載及大型車輛的動、靜荷載：3周邊建(構(gòu))筑物的作用荷載；4施工荷載；5支護(hù)結(jié)構(gòu)作為主體一部分時(shí)，上部結(jié)構(gòu)的作用；6支撐體系的溫度應(yīng)力。2.1土壓力理論不論哪種形式的支護(hù)結(jié)構(gòu)，都要承受來自圍護(hù)墻體后側(cè)填土的側(cè)向壓力——土壓力，它是圍護(hù)墻體斷面和驗(yàn)算其穩(wěn)定性的主要荷載。土壓力的大小和分布，對支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)力、變形和穩(wěn)定性驗(yàn)算有著重要的影響。土壓力的大小和分布除了與土的性質(zhì)有關(guān)外，還與圍護(hù)體的位移方向、位移量、土體與圍護(hù)墻體間的相互作用以及圍護(hù)墻體類型有關(guān)。3土壓力的影響因素土的性質(zhì)擋土墻的移動方向擋土墻和土的相對位移量土體與墻之間的摩擦擋土墻類型4

剛性擋土墻土壓力計(jì)算比較簡單，其它類型的土壓力計(jì)算大都以剛性墻為依據(jù)

本章要討論的中心問題

剛性擋土墻上的土壓力性質(zhì)及土壓力計(jì)算，包括土壓力的大小、方向、分布及合力作用點(diǎn)5在影響土壓力的諸多因素中,墻體位移條件是最主要的因素。墻體位移的方向和相對位移量決定著所產(chǎn)生的土壓力的性質(zhì)和土壓力的大小。土壓力類型6墻體位移對土壓力的影響擋土墻所受土壓力的類型，首先取決于墻體是否發(fā)生位移以及位移的方向。其中有三種特定情況下的土壓力，即靜止土壓力、主動土壓力和被動土壓力。擋土墻所受土壓力的大小并不是一個(gè)常數(shù)，而是隨位移量的變化而變化。7土壓力的類型靜止土壓力

是指如果擋土墻在側(cè)向土壓力作用下，不向任何方向移動和轉(zhuǎn)動而保持靜止?fàn)顟B(tài)，則墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力稱為靜止土壓力E0。如建筑物地下室外墻的土壓力，建在巖石地基上的大截面擋土墻。E08主動土壓力

是指擋土墻在墻后土體壓力作用下，背離填土方向移動或繞墻角轉(zhuǎn)動，當(dāng)墻后土體達(dá)到極限平衡并出現(xiàn)連續(xù)滑動面，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力稱為主動土壓力Ea。此時(shí)土推力達(dá)到最小值。如一般的擋土墻土壓力的類型Ea9被動土壓力

是指擋土墻在外力作用下向填土方向移動或轉(zhuǎn)動，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力將由靜止土壓力逐漸增大，一直到土體達(dá)到極限平衡并出現(xiàn)連續(xù)滑動面，墻后土體向上擠出隆起，這時(shí)作用在擋土墻上的土壓力稱為被動土壓力Ep。如拱橋橋臺。Ep土壓力的類型10當(dāng)=Δ/H=0

時(shí)（如地下室）

E=E01.靜止土壓力112.主動土壓力墻體外移，土壓力逐漸減小，當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所對應(yīng)的土壓力(最小)123.被動土壓力墻體內(nèi)移，土壓力逐漸增大，當(dāng)土體破壞，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)所對應(yīng)的土壓力(最大)E橋面拱橋橋臺132.3靜止土壓力計(jì)算靜止土壓力——墻體不發(fā)生任何位移=0相當(dāng)于天然地基土的應(yīng)力狀態(tài)（側(cè)限狀態(tài)）

——K0應(yīng)力狀態(tài)嵌巖的大截面擋土墻地下室外墻14一、靜止土壓力強(qiáng)度p0σvσvσhp0=σhzK0:靜止土壓力系數(shù)

對于側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)，理論上：K0=/(1-)

由于土的泊松比

很難確定，K0常用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算p0—靜止土壓力強(qiáng)度(kN/m2)15式中，′為土的有效內(nèi)摩擦角，OCR為土的超固結(jié)比，λ為常數(shù)，通常在0.3-0.5之間，有人建議采用0.41，也有人建議采用0.5，MayneandKulhawy(1982)建議。對于超固結(jié)粘性土對于無粘性土及正常固結(jié)粘性土16極限平衡狀態(tài)：σvσvσhp0=σhzK0狀態(tài)：f17HzE0二、靜止土壓力分布及總靜止土壓力E0靜止土壓力呈三角形分布(如上圖)，總靜止土壓力為：E0的作用點(diǎn)在距離墻底1/3墻高H處。(kN/m)182.4朗肯土壓力理論朗肯（Rankine）于1857年根據(jù)土體中的朗肯主動和被動(土壓力極限平衡)狀態(tài)，提出了無粘性土主動和被動土壓力的計(jì)算理論。貝爾（Bell）于1915年在朗肯無粘性土土壓力計(jì)算理論的基礎(chǔ)上，提出了粘性土土壓力的計(jì)算方法。19一、朗肯主動和被動狀態(tài)——自重應(yīng)力作用下，半無限土體內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力從彈性平衡狀態(tài)發(fā)展為極限平衡狀態(tài)的情況。朗肯主動狀態(tài)13

45+f/2pav=zK0zf=c+σtan20朗肯被動狀態(tài)13

45-f/2ppv=zK0zf=c+σtan21二、填運(yùn)土面水白平時(shí)的獵朗肯土希壓力計(jì)厘算條件墻背光職滑墻背垂直填土表昨面水平假設(shè)墻后各點(diǎn)配均處于極衫限平衡狀育態(tài)于是：σv、σh為主應(yīng)力，且σv=zHσvσhz22（一）主僚動土壓力1.無粘性銳土豎向應(yīng)力賽為大主應(yīng)火力水平向應(yīng)蹄力為小主飲應(yīng)力無粘性土劈燕的極限平字衡條件于是：主動土壓面力強(qiáng)度z145+f/2pa=3pav=zK0zf=σtan23主動土義壓力強(qiáng)吧度Ka——朗肯主筑動土壓奇力系數(shù)總主動鼓土壓力z1pa=3

45+f/2（一）都主動土敗壓力1.無粘性賠土Ea的作用點(diǎn)瓦在距離墻進(jìn)底1/3墻高H處。(kN闖/m)(kN班/m2)24（一）主漸動土壓力2.粘性土pav=zK0zcf=c+σtan豎向應(yīng)力拒為大主應(yīng)霞力水平向應(yīng)掏力為小主絕應(yīng)力粘性土的進(jìn)極限平衡屠條件于是：主動土敘壓力強(qiáng)盲度z145+f/2pa=3

25（一）主腿動土壓力2.粘性土主動土昂壓力強(qiáng)竭度z>z0

z<z0

－z045+f/2z0z0稱為臨界因深度(高度)(kN/墨m2)26總主動土粉壓力HEa－z0(kN圍/m)Ea的作用點(diǎn)江在距離墻全底1/3倍(H-z0)處。27豎向應(yīng)力專為小主應(yīng)此力水平向應(yīng)今力為大主呼應(yīng)力無粘性是土的極渣限平衡太條件于是：被動土壓鬧力強(qiáng)度45-f/2pp=σ1σ3z（二）被游動土壓力1.無粘性鉗土ppv=zK0zf=σtan28（二）隊(duì)被動土丈壓力1.無粘性土被動土纏壓力強(qiáng)喬度Kp——朗肯被暮動土壓祝力系數(shù)總被動霞土壓力Ep的作用睜點(diǎn)在距大離墻底1/3墻高H處。(kN/惜m)(kN/敲m2)45-f/2pp=σ1σ3z29（二）籍被動土姑壓力2.粘性土ppv=zK0z45-f/2pp=σ1σ3z豎向應(yīng)力姓為小主應(yīng)鍛力水平向襯應(yīng)力為號大主應(yīng)混力粘性土更的極限懂平衡條教件于是：被動土帳壓力強(qiáng)初度30被動土扮壓力強(qiáng)屋度正號EpH總被動土脫壓力（二）衛(wèi)被動土詳壓力2.粘性土(kN/完m)(kN矛/m2)31Ep1的作用點(diǎn)彼在距離墻艱底1/3墻高H處，Ep2的作用瞎點(diǎn)在距近離墻底1/2墻高H處。Ep2HEp1（二）況被動土蒙壓力2.粘性土32土壓力齡強(qiáng)度：單位面積協(xié)上的土壓呢力單位：kN/m2或kPa

總土壓力：單位長度擋土墻上土壓力單位：kN/m，大小、方向、作用點(diǎn)每延米Ep2.5土壓力參彼數(shù)c、φ值的討甜論土的粘聚灑力C和內(nèi)摩擦玩角φ田是反映哀土的抗剪石強(qiáng)度性質(zhì)產(chǎn)的指標(biāo)，嘆通常稱為抗剪強(qiáng)并度指標(biāo)，是基坑內(nèi)支護(hù)設(shè)計(jì)骨與施工中鑼必須認(rèn)真輩考慮的重戲要參數(shù)，垮其取值的卡正確與否倚和合理程險(xiǎn)度將會在喂很大程度城上影響基坑偵工程的安汽全和經(jīng)濟(jì)憂效益。土的抗剪隔強(qiáng)度指標(biāo)籮有三種標(biāo)昏準(zhǔn)試驗(yàn)方悄法：1快剪，去即不排瓣水剪切務(wù)試驗(yàn)2固結(jié)快諒剪，即指固結(jié)不區(qū)排水剪殖切試驗(yàn)枯；3慢剪，即爹排水剪切茄試驗(yàn)。對于基坑買工程，在弄計(jì)算土壓些力時(shí)，一顧般采用在牢原位自重乓壓力下固飛結(jié)的快剪峰值鴿強(qiáng)度指標(biāo)；希在驗(yàn)算犁穩(wěn)定性桂時(shí)一般洽也采用率這一指悟標(biāo)，但湯有時(shí)也鏡采用快俊剪指標(biāo)恨；當(dāng)要課考慮不腥同固結(jié)烈程度下斗的有效費(fèi)應(yīng)力強(qiáng)鴿度時(shí)，槐應(yīng)采用飛有效應(yīng)薄力指標(biāo)嗎。同時(shí)撞，由于趁直剪儀殲得出的啄強(qiáng)度指揪標(biāo)離散柏性較大啞，而三純軸僅得戀出的指砍標(biāo)相對說比較穩(wěn)自定，因倚此，對硬于重要借的基坑肯工程一烏般采用三軸壓廈縮僅測定抗區(qū)剪強(qiáng)度陵指標(biāo)。另外，在?；娱_挖次過程中，井由于坑內(nèi)卸螞載(自重應(yīng)織力變化)和超孔隙罰水壓力的變化，梢坑底和支柔檔結(jié)構(gòu)后碎側(cè)土體的C、φ將會隨之劑變化。所談以，采用信息化施膜工法和土性參上數(shù)的反分辮析進(jìn)行支丟護(hù)結(jié)構(gòu)的五跟蹤設(shè)計(jì)蝦是十分必飽要的。2.6超載的處緩理1坡頂均布別荷載：直接按李照均布輕荷載大部小考慮罵。2坡頂局購部荷載：應(yīng)力擴(kuò)纏散角為45度，作跟用范圍豪見圖，桐坡頂局綠部超載睛大小為q0，作用寬屈度為BC寬，即b按照45度擴(kuò)散印原則，F(xiàn)A=優(yōu)FB=輝a，F(xiàn)A段和E點(diǎn)以下的喘土體不考暖慮坡頂局輛部超載的目作用該荷笨載作用范清圍為AE段。計(jì)雜算垂直犬荷載時(shí)緒，大小幫因?yàn)閼?yīng)灶力擴(kuò)散白，其值鄰變?。簈=(胸q0×b)資/(b校+2a皂)DABC450450450E坑底q0qbFa例：當(dāng)基坑腫邊壁的局部荷承載有一恩定埋深時(shí)，如淺維基礎(chǔ)，上皺式中q0取基底附鞭加壓力，作用嶄范圍相捧應(yīng)下移豎一個(gè)基暗礎(chǔ)埋深d。q0abq450450aAF坑底d3基坑上部放坡時(shí)，超載路的考慮：1）從上部邊躍坡坡腳處補(bǔ)開始，按團(tuán)照45度擴(kuò)散至昂支護(hù)結(jié)構(gòu)尾上，上部邊坡星視為超載，大小映為q0，2）BC間不受超波載影響，B點(diǎn)標(biāo)高處狹計(jì)算超載當(dāng)引起的垂敗直應(yīng)力時(shí)鄉(xiāng)豐取零3）A點(diǎn)以下計(jì)嘴算超載引白起的垂直濫應(yīng)力時(shí)取q=q0，4）AB之間線急性分布芒。AB之間標(biāo)舌高垂直孟應(yīng)力為川：q=(x紅/b)購×q0式中：x為計(jì)算瀉點(diǎn)低于B點(diǎn)的長堅(jiān)度，0≤x≤廊b。q0q0ABCDEF450450bxb上部放坡坑底常用地表陵荷載的處躁理方法一、償?shù)乇砑弥泻奢d羅折算成友均布超扎載：高大釗：《深基坑工腐程》第二版轉(zhuǎn)，機(jī)械義工業(yè)出剩版社，20021繁重的起檔重機(jī)械：距離支鳴護(hù)結(jié)構(gòu)1.5m內(nèi)，按照60KP拌a取值；距橡離支護(hù)結(jié)烘構(gòu)1.5m注~3m內(nèi)，按扭照40K挺Pa取值；2輕型公脈路：卻按錦照5KP覺a取值；3重型公標(biāo)路：撇按域照10KP途a取值；4鐵道：猜按照20KP瓶a取值；二軟高層建評筑均布荷殿載取值：機(jī)械工業(yè)得部設(shè)計(jì)研蝕究院：多臥層與高層劍建筑結(jié)構(gòu)值設(shè)計(jì)技術(shù)恭規(guī)定，199嘴3.9結(jié)構(gòu)類型墻體材料自重/KPa框架輕質(zhì)墻8~12磚墻10~14框-剪輕質(zhì)墻10~14磚墻12~16剪力墻混凝土14~18土壓力底計(jì)算的離水土分墨算與合之算方法在基坑貞工程中醒，地下梅水位以嘉下的土用體側(cè)壓辰力計(jì)算疾時(shí)一般括有兩個(gè)報(bào)原則，飛即：水聲土分算現(xiàn)的原則攻和水土塊合算的奧原則。水土分逢算原則，即分姑別計(jì)算希土壓力躍和水壓閱力，兩問者之和更即為總繡的側(cè)壓龜力。這魄一原則屈適用于鈔土孔隙閉中存在自由的重哨力水的情況或召土的滲透蠢性較好的敞情況，一用般適用于羨砂土、粉巡壽性土和粉桑質(zhì)粘土。水土合算擊的原則認(rèn)為土孔猶隙中不存在自由的重感力水，而病存在結(jié)合妄水，它不裝傳遞靜水旁壓力，以朗土粒與孔腔隙水共同區(qū)組成的土坊體作為對笨象，直接牧用土的飽誘和重度計(jì)皮算側(cè)壓力睬，這一原逢則適用于傾不透水的綿粘土層。1．水土分答算方法2．水土合歸算方法地下水面掠以上：討論采用水土管分算還是慶水土合算耗方法計(jì)算選土壓力是旨當(dāng)前有爭藏議的問題陜。按照有娘效應(yīng)力原陡理，土中虛骨架應(yīng)力救與水壓力渴應(yīng)分別考井慮。根據(jù)1995年《巖土工半程學(xué)報(bào)》第6期魏汝容龍論義捉“總應(yīng)鏡力法計(jì)尾算土壓佛力”和200畏0年《巖土工程譯學(xué)報(bào)》第3期沈珠旅江論文癢“基于拍有效固驗(yàn)結(jié)應(yīng)力輕理論的談土壓力下公式”肉以及李躁廣信論離文“基制坑支護(hù)拍結(jié)構(gòu)上嘆水土壓嗽力的分領(lǐng)算與合輔算”，吩對土壓場力計(jì)算趴原則的坡基本認(rèn)廈識是，水土合淺算方法臟在計(jì)算奴中縮小蓬了主動縱狀態(tài)中禾的水壓上力而增蒜大了被體動狀態(tài)銳中的水墳壓力作往用，偏島于不安挺全；水土分算推方法概念驕較清楚，獲符合有效粗應(yīng)力原理雞，但在實(shí)嫩際應(yīng)用小紫也存在有斜效指標(biāo)確銷定困難與南無法考慮出土體在不竹排水剪切宅時(shí)產(chǎn)生的傳超靜孔壓林影響等問寇題。根據(jù)瘡魏汝龍等蔥的研究，獵采用總應(yīng)凳力指標(biāo)按狀水土分算寶方法進(jìn)行侮計(jì)算，能縫夠較好地浮解決這—問題。2.7規(guī)范法計(jì)測算土壓力2.7基坑開挖隸支護(hù)中的甩土壓力特幻玉點(diǎn)與分布虛規(guī)律土壓力的羨大小和分非布主要與郵支護(hù)結(jié)構(gòu)艇水平位移還的方向和械大小、土亂的物理力考學(xué)性質(zhì)、炭地下水、鵝支撐剛度熊、支護(hù)結(jié)晴構(gòu)剛度及籃高度等有帖關(guān)，非常褲復(fù)雜?？膳郯聪率鲈紕t計(jì)算：（1）主動電土壓力護(hù)稱為水平荷籍載標(biāo)準(zhǔn)京值，被動端土壓力濫稱為水平抗力鍬標(biāo)準(zhǔn)值；（2）當(dāng)計(jì)素算出的畫基坑水跨平荷載怖標(biāo)準(zhǔn)值谷為負(fù)值量時(shí)，取乖為0；（3）土體撞抗剪強(qiáng)殃度指標(biāo)馬取標(biāo)準(zhǔn)浩值；（4）當(dāng)市政螺或周圍環(huán)衰境對支護(hù)奮結(jié)構(gòu)位移幫有嚴(yán)格要糟求時(shí)，可掠按靜止土窮壓力取值；（5）一般應(yīng)乘按Ran獲kin像e土壓力渡計(jì)算；（6）地下水午位以下，克分水土合巴算和分疼算；（7）如果有詞當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)閘，可按經(jīng)滅驗(yàn)或者相鄰基坑他經(jīng)驗(yàn)取值。作用于支劃護(hù)結(jié)構(gòu)的橡土壓力與占支撐、錨哭桿的設(shè)置勁情況，土得性的變化懇及地下水栽等因素有宅關(guān)。雖然巷土壓力并嗽不完全處于靜桃止或主希動土壓鑼力極限攀狀態(tài)，尺但通常暮仍采用星靜止或溉主動土覆壓力進(jìn)垃行估計(jì)鉗，甚至僅被動區(qū)鏡也同樣她采用被從動土壓嬌力來估輛計(jì)，再桑根據(jù)實(shí)蒙踐的經(jīng)天驗(yàn)加上壟適當(dāng)?shù)淖屝拚涤蓴?shù)。嚴(yán)惑格地說恨，在被適動區(qū)是板隨著結(jié)孟構(gòu)的變象形，土稱壓力逐酒漸由靜梨止土壓秤力向被鮮動土壓哀力發(fā)展化，但并困未達(dá)到?jīng)r被動土喉壓力極漲限狀態(tài)憤，否則交土體將王開始破雜壞。被兵動區(qū)的曲土壓力搬通常宜往根據(jù)結(jié)肉構(gòu)與土勾的相互白作用來固確定，誰稱為土射的被動景抗力。敲然而，除抗力的腸總和必刊須保證宣小于被暖動土壓芬力，否繞則就得宅增加支袍撐或錨提桿，改榆變土壓暴力和結(jié)友構(gòu)的受廚力狀態(tài)泳，以保屬證被動即區(qū)的安唱全。由慰于支護(hù)結(jié)構(gòu)企上的土壓遮力是隨著擊開挖的進(jìn)董程逐步形識成，又隨著剝支撐或錨鞭桿的設(shè)置歲及每步開戒挖施工參艱數(shù)的差異織而產(chǎn)生受端力狀態(tài)的改變，因此其剪土壓力的律分布與一澇般擋土墻諸存在著差扛異。(1)打入板樁徒；(2)開挖第卡一深度疊；(3)加支撐1；(4)開挖第植二深度哭；(5)加支撐2；(6)開挖第池三深度例：板板樁打入銳的土壓腿力變化劑情況采用土鋪壓力理萍論公式鄰計(jì)算，剃其土壓扣力沿墻或體高度娃方向線扣性分布墊，但由良于