深基坑圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計荷載

基坑支護深基坑圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計荷載基坑工程設(shè)計的荷載作用于圍護結(jié)構(gòu)上的荷載主要為側(cè)向壓力，包括土壓力水壓力其它的一些作用：地面的施工荷載相鄰建筑物的基底荷載等垂直荷載也都通過側(cè)向壓力的形式作用于圍護結(jié)構(gòu)；相鄰場地的沉樁擠土作用，也以水平壓力的形式傳給圍護結(jié)構(gòu)。直接作用于圍護結(jié)構(gòu)上的垂直荷載很少，主要是作用于內(nèi)支撐上的一些施工機械。作用于圍護結(jié)構(gòu)上的側(cè)向荷載都是非標準的荷載，其值是不確定的、不穩(wěn)定的，受施工條件和環(huán)境條件的影響非常大。預(yù)估的荷載與實際產(chǎn)生的荷載可能相差很遠，荷載的確定是基坑工程設(shè)計中最為困難而又十分重要的環(huán)節(jié)。主要內(nèi)容作用于圍護結(jié)構(gòu)的側(cè)向土壓力作用于圍護結(jié)構(gòu)的水壓力施工荷載永久性荷載作用于圍護結(jié)構(gòu)的側(cè)向土壓力經(jīng)典土壓力理論實際土壓力分布土壓力計算中若干問題的討論土壓力計算的一些經(jīng)驗方法經(jīng)典土壓力理論經(jīng)典土壓力理論得到的是極限值

經(jīng)典土壓力理論只能計算剛性界面上的接觸壓力經(jīng)典土壓力理論是在平面應(yīng)變條件下的解答經(jīng)典土壓力理論_朗肯理論7AB由無限應(yīng)力不連續(xù)面連接的兩應(yīng)力區(qū)之間的關(guān)系8sys(d)BAInfiniteSdis(Fanzone)δ=ф’θ=90oAs’1Bs'2有效應(yīng)力分析As1Bs2總應(yīng)力分析經(jīng)典土壓力理論_庫侖理論（主動）經(jīng)典土壓力理論_庫侖理論（被動）靜止土壓力土壓力與墻體位移的關(guān)系12E(EarthPressure)土壓力與墻體位移的關(guān)系13實際土壓力分布不僅與土體性質(zhì)有關(guān)，還與支護結(jié)構(gòu)的變形有關(guān)當墻完全不動時，靜止土壓力當墻頂固定，下端向外移動時，土壓力呈拋物線形當墻上下兩端固定，墻中央向外鼓出時，土壓力呈馬鞍形當墻平行向外移動，土壓力呈拋物線形當墻繞下端中心向外傾斜時，主動土壓力墻體位移對土壓力的影響

以上是基于墻后為填土的擋土墻的，與基坑圍護結(jié)構(gòu)的受力有一定的差別實際上作用與圍護結(jié)構(gòu)上的土壓力與圍護結(jié)構(gòu)相關(guān)，目前仍沒有定論柔性墻的實測土壓力分布朗肯理論計算誤差朗肯假定墻背與土無摩擦，即δ=0，計算所得的主動土壓力系數(shù)Ka偏大，而被動土壓力系數(shù)Kp偏小。以β=0，α=0為例，朗肯理論與極限平衡理論對比。朗肯主動土壓力系數(shù)偏大，但差別不大。當δ和φ都比較大時，朗肯的被動土壓力系數(shù)較之嚴格的理論解可以小2~3倍以上。18庫倫理論計算誤差庫倫理論考慮了墻背與填土的摩擦作用，但卻把土體中的滑動面假定為平面。極限平衡理論和庫倫理論土壓力系數(shù)的對比：主動土壓力，兩種理論計算結(jié)果差別很小被動土壓力，當δ和φ較小時，兩者的差別在工程計算所允許的范圍內(nèi)，但是當δ和φ值較大時，兩種方法的差別很大，這時庫倫理論就不宜采用。19水壓力_無滲流作用水壓力_滲流作用水從坑外流入坑內(nèi)4m3m1m1.5mk1=2k2c=0,f=30gsat=18kN/m3k2=0.5k1c=15kPa,f=20gsat=17kN/m3

水壓力_滲流作用水從承壓層流入坑內(nèi)5m3m1m1.5m1.5mk=10ac=0,f=30gsat=18kN/m3k=ac=15kpa,f=20gsat=17kN/m3k=50ac=5kPa,f=15gsat=18kN/m3與地表平齊2.27m

土壓力計算中若干問題的討論水土合算與水土分算墻面與土之間摩阻力的影響不同試驗指標的影響土壓力計算的一些經(jīng)驗方法水土合算與水土分算在土壓力計算公式中，要用到土的重度指標，這反映了土體的自重對土壓力的影響。所謂水土合算和水土分算，就是在計算公式中，土的重度是用天然重度還是浮重度，在物理概念上是土中水對擋墻的作用如何考慮的問題。從不同的概念出發(fā)，建立在不同假定的基礎(chǔ)上，采用不同的強度指標，可以得出不同的計算方法。有效應(yīng)力分析地下水的作用單獨考慮，則土壓力采用浮重度計算，內(nèi)摩擦角也采用有效內(nèi)摩擦角，即按有效應(yīng)力原理計算：

總應(yīng)力分析_水土分算地下水作用單獨考慮，土壓力用浮重度計算，但內(nèi)摩擦角則用總應(yīng)力指標計算：總應(yīng)力分析_水土合算地下水的作用合在土的重度中反映，故采用飽和重度計算，內(nèi)摩擦角也采用總應(yīng)力指標：總應(yīng)力分析_不排水分析(f=0)地下水的作用合在土的重度中反映，故采用飽和重度計算，內(nèi)摩擦角也采用總應(yīng)力指標：總應(yīng)力分析_不排水分析(f=0)上海地區(qū)的一些局部經(jīng)驗按水土分算原則，應(yīng)采用有效指標計算，但目前勘察報告中很少提供有效指標，如果采用總應(yīng)力指標是否可行？對于開挖深度在5m左右的基坑，若干對比數(shù)據(jù)的計算表明，采用總應(yīng)力指標計算的土壓力與采用有效指標計算的土壓力基本相當。墻面與土之間摩阻力的影響墻面與土之間摩阻力的影響圍護結(jié)構(gòu)的表面有一定的粗糙度，與土體之間必然存在摩阻力，計算土壓力時考慮了摩阻力的存在就會減小主動土壓力和增大被動土壓力，在需要充分挖掘潛力時可以將摩阻力考慮進去。上海市標準《基坑工程設(shè)計規(guī)程》（DBJ08-61-97）規(guī)定在計算柔性圍護結(jié)構(gòu)墻前被動土壓力時需要考慮圍護結(jié)構(gòu)與土之間的摩阻力，土壓力的計算公式仍采用朗肯土壓力理論的表達式，但土壓力系數(shù)采用庫侖公式。不同試驗指標的影響在基坑開挖時，基坑外側(cè)如果不考慮地下水位的變化，豎向的自重應(yīng)力保持不變，水平方向的應(yīng)力減少，隨著開挖深度增加，水平應(yīng)力逐步減小，直至主動土壓力狀態(tài)。這個變化過程可以用減少試樣側(cè)壓力的方法進行模擬，在三軸儀上，保持軸向壓力不變而減少側(cè)壓力，直至試樣破壞。土壓力計算的一些經(jīng)驗方法主動土壓力關(guān)于主動土壓力的計算，各規(guī)范大多采用朗肯理論計算，也有朗肯與庫侖理論并列的。在考慮土中水對側(cè)向壓力的影響時，各規(guī)范作了大體相同的規(guī)定，即砂土和粉土大多規(guī)定采用水土分算，對粘性土規(guī)定可以采用水土合算。對于抗剪強度指標，大多數(shù)規(guī)范都規(guī)定水土分算時采用有效強度指標，水土合算時采用總應(yīng)力指標；但是上海市基坑工程設(shè)計規(guī)程則規(guī)定全部采用總應(yīng)力指標，這種規(guī)定帶有很強的地方經(jīng)驗色彩。抗剪強度指標一般采用峰值強度，即取剪切試驗時應(yīng)力應(yīng)變曲線上的峰值計算抗剪強度指標。武漢深基坑工程技術(shù)指南規(guī)定對老粘土的粘聚力打折扣，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程規(guī)定粘性土水土合算采用總應(yīng)力指標時采用七折強度指標。被動土壓力考慮到發(fā)揮主動極限狀態(tài)和被動極限狀態(tài)所需的位移不同，在主動土壓力側(cè)出現(xiàn)極限狀態(tài)時，擋墻的內(nèi)側(cè)遠未達到極限狀態(tài)，因此不可能發(fā)揮全部的被動土壓力。鑒于這種考慮，有的規(guī)范規(guī)定對按被動極限狀態(tài)計算的土壓力必須乘以小于1的經(jīng)驗系數(shù)，作為動用土壓力。用什么指標計算？采用水土分算的方法計算土壓力，則應(yīng)當提供有效強度指標；如果采用水土合算的方法，則應(yīng)提供總應(yīng)力指標。最好用三軸CU試驗，如果沒有條件，采用直剪固快試驗也是可以的。施工荷載基坑施工時，在基坑周圍通?？赡芏逊沤ㄖ牧希\行施工機械和過往載重汽車，這些施工荷載對基坑的穩(wěn)定性也有影響，設(shè)計時必須加以考慮。通常按20kPa施工荷載計算，對于局部的過大超載如無法避免，如場地狹窄時在坑邊堆放建筑材料等，則應(yīng)在設(shè)計時加以考慮，按超載計算，或采取局部加強的措施。對于設(shè)計時沒有計算到的超載必須嚴格禁止出現(xiàn)。施工荷載的面積一般是有限的，但在計算時往往將20kPa施工荷載作為大面積均布荷載考慮，這是偏于安全的。施工荷載還包括塔吊的荷載以及其它建筑機械的荷載，在設(shè)計時都必須加以考慮