圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

1、,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),1荷載計(jì)算 (1)土壓力與圍護(hù)墻變位的關(guān)系 靜止土壓力,第三節(jié) 地鐵車站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),地鐵車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的類型（型式）將在后面的“車站施工” 中講述，此處重點(diǎn)介紹圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),墻背側(cè)土壓力向主動(dòng)土壓力發(fā)展，基坑側(cè)的土壓力向被動(dòng)土壓力發(fā)展。,(2)粘性土地層產(chǎn)生的側(cè)壓力 在圍護(hù)計(jì)算時(shí)宜采取水、土壓力合算,一般多用朗金土壓力公式。,被動(dòng)土壓力：,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),主動(dòng)土壓力：,式中 各層土的天然重度； 各層土的厚度； 各層土的粘聚力和內(nèi)摩擦角。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(3)砂性土地層產(chǎn)生的側(cè)壓力 在圍護(hù)計(jì)算時(shí)宜將水、土壓力分開計(jì)算，土壓力采用郎金土壓

2、力，水壓力則采用全水壓力。 土壓力： 式中 地下水位以上的層土用天然重度，地下水位以下的土層用浮重度；,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),水壓力： 基坑施工時(shí)，基坑內(nèi)降水形成圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外水頭差，地下水會(huì)從坑外流向坑內(nèi)，若為穩(wěn)態(tài)滲流，那么水壓力的計(jì)算可近似采用直線比例法，即假定滲流中水頭損失是沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲流輪廓線均勻分配的，其計(jì)算公式為：,式中：Hi為圍護(hù)結(jié)構(gòu)流線上某點(diǎn)i的滲流總水頭；L為經(jīng)折算后的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲流總長(zhǎng)度；Si為自i點(diǎn)沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)輪廓線至下游端點(diǎn)的折算長(zhǎng)度；h0上下游總水頭差。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),滲透情況下的水壓力: L=H+d-j+d-i=H+2d-i-j Si=2(d-i) h0=H+d-j,式

3、中 水的重度。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(4)地面超載引起的側(cè)壓力 均布的地面超載產(chǎn)生的側(cè)壓力,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),集中荷載產(chǎn)生的側(cè)壓力,m0.4時(shí),m 0.4時(shí),式中 V地面集中荷載。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),線荷載作用下產(chǎn)生的側(cè)壓力,m0.4時(shí),m 0.4時(shí),式中 q線荷載 。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(5)地面不規(guī)則時(shí)的側(cè)壓力,圍護(hù)墻上的主動(dòng)土壓力：,式中 地表斜坡面與水平面的夾角。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),2地層反力系數(shù)的確定 單道及多道支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力計(jì)算一般采用豎向彈性地基梁方法。基坑開挖面以下土層的水平抗力(基坑側(cè))x等于該點(diǎn)的地層反力系數(shù)Kx與該點(diǎn)的水平位移x的乘積，即：,(1)常數(shù)法:假定地層反

4、力系數(shù)沿深度方向均勻分布。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(2)“m”法：假定土的地層反力隨深度成正比的增加。 (3)“K”法：假定圍護(hù)結(jié)構(gòu)在土中彈性曲線的第一個(gè)橫向位移零點(diǎn)以下的地層反力系數(shù)為一常數(shù)，而地面至第一橫向位移零點(diǎn)之間的地層反力系數(shù)隨深度按直線增大。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),3圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分析入土深度的確定 為了節(jié)省工程造價(jià)，在保證是安全要求的前提下，應(yīng)盡量減短入土深度。歸納起來主要是基坑的整體失穩(wěn)、隆起失穩(wěn)、管涌失穩(wěn)、底鼓失穩(wěn)等幾方面的問題。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(1)根據(jù)抗基坑整體滑動(dòng)失穩(wěn)的穩(wěn)定條件確定入土深度 在整體失穩(wěn)時(shí)，坑底被動(dòng)側(cè)達(dá)到被動(dòng)土壓力(假定滑裂

5、面通過墻底)。 安全系數(shù)： 在求Pa時(shí)，不計(jì)上部土壓力。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(2)根據(jù)基坑抗隆起的穩(wěn)定條件確定入土深度 基坑開挖后，會(huì)不會(huì)產(chǎn)生隆起失穩(wěn)，取決于地質(zhì)條件、入土深度以及基坑尺寸和形狀等。 計(jì)及墻體極限彎矩的抗隆起方法 開挖面以下的墻體能起到幫助基底抵抗基底土體隆起的作用，并假定沿墻體底面滑動(dòng)，認(rèn)為墻體地面以下的滑動(dòng)面為一圓弧。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),Z,產(chǎn)生滑動(dòng)的力為土體重量 及地面超載q。抵抗滑動(dòng)力則為滑動(dòng)面上的土體抗剪強(qiáng)度，對(duì)于非理想粘性土來說，其內(nèi)摩擦角0，因此在計(jì)算滑動(dòng)面上的抗剪強(qiáng)度時(shí)應(yīng)采用的 公式，不能只單純考慮(c為粘聚力)。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),將滑動(dòng)力與抗滑動(dòng)力分別對(duì)圓心

6、O取力矩 滑動(dòng)力矩：,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),抗滑動(dòng)力矩：,式中 D 入土深度； H 基坑開挖深度； 分別為土體重度，粘聚力和內(nèi)摩擦角； 基坑底面處墻體的極限抵抗力矩，可采用該處的墻體設(shè)計(jì)力矩；,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),抗隆起安全系數(shù)公式為 Ks(1.72.5)。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),同時(shí)考慮基底承載力的抗隆起法,要求Ks(1.72.5)。,式中 D 入土深度； H 基坑開挖深度； 1坑外地表至圍護(hù)墻底，各土層天然重度的加權(quán)平均值； 2坑內(nèi)底以下至圍護(hù)墻底，各土層天然重度的加權(quán)平均值； c 坑內(nèi)底土體的內(nèi)聚力； q 地面超載； Nq、Nc地基承載力的系數(shù)。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),用Prandtl公式， Nq、N

7、c 分別為：,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),用Terzaghi公式為： Nq、Nc 分別為：,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),模擬試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)公式,同濟(jì)大學(xué)通過模擬試驗(yàn)建立了基底向上位移與荷載q以及地層的 、 、和地下墻的入土深度D與開挖深度H的關(guān)系式：,式中 D入土深度(m) ； 基底(允許)向上位移量(cm)；可采用下 表中的數(shù)值。 等代高度(m)，其P為超載(kN/m2)；,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),H 開挖深度(m)；,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(3)根據(jù)抗管涌的穩(wěn)定條件確定入土深度 當(dāng)符合下列條件時(shí)，基坑穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生管涌現(xiàn)象： Ksiic，Ks=1.52.0 式中 i動(dòng)水坡度，可近似按下式求得：,墻體內(nèi)外

8、面的水頭差(m)； L產(chǎn)生水頭損失的最短流線長(zhǎng)度(m)， 。 ic極限動(dòng)力坡度，可用下式計(jì)算,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其中 土顆粒密度； e 土的孔隙比。,(4)抗底鼓穩(wěn)定分析,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),先考慮上覆土層重量與滯水層水壓的平衡，此時(shí)的安全系數(shù)取1.05。當(dāng)不滿足此條件時(shí)，可考慮上覆土層重量及其與支護(hù)壁的摩擦力與滯水層水壓的平衡，土與圍護(hù)壁間的摩擦系數(shù)根據(jù)具體的工程條件由條件確定，土作用于圍護(hù)壁上的正壓力可采用主動(dòng)土壓力，這是偏于安全的，安全系數(shù)可取(1.11.2)。 防止基坑的失穩(wěn)的措施 用隔水擋土墻隔斷滯水層； 用深井點(diǎn)降低承壓水頭； 做有壓頂?shù)目拱螛丁?二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),4圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算方

9、法 (1)計(jì)算工況的選擇,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(2)計(jì)算方法 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法歸納起來有以下四個(gè)大類： 古典方法：如假想梁法，1/2分割法。太沙基法等。它的特點(diǎn)是土壓力已知，不考慮墻體變位和支撐變形； 支撐軸力、墻體彎矩、變位不隨開挖過程而變化的方法：如山肩邦男法等。它的特點(diǎn)是土壓力已知，考慮墻體變位，不考慮支撐變形；,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),支撐軸力、墻體彎矩、變位隨開挖過程而變化的方法：如彈性法、彈塑性法、塑性法、疊加法等。它的特點(diǎn)是土壓力已知，考慮墻體變位，考慮支撐變形； 共同變形理論： 如森重馬法等。它的特點(diǎn)是土壓力隨墻體變位而變化，考慮墻體變位，考慮支撐

10、變形。 以下介紹四種計(jì)算理論中的部分具體計(jì)算方法。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),A.假想梁法(又稱等值梁法) 假定：擋墻在基底以下有一假想鉸，假想鉸把擋墻劃分為二段假想梁，上部簡(jiǎn)支梁(例單支撐結(jié)構(gòu))，下部為一次超靜定結(jié)構(gòu)，這樣就可以求得擋墻的內(nèi)力。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),有下面三種方法： a假定為被動(dòng)土壓力的合力點(diǎn)； b假定主、被動(dòng)土壓力相等那點(diǎn)； c采用日本“國(guó)鐵”的建議值。 假想鉸位置可根據(jù)N值的不同參考表。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),B. 1/2分割法 假定：每道支撐承受跨中那部分的水、土壓力。則每道支撐的軸力就等于所分擔(dān)的水、土壓力圖面積。支撐軸力已知后，不難求得墻體的彎矩。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),C.太沙基法

11、 太沙基假定擋墻受力后，在每道橫撐(第一道橫撐除外)支點(diǎn)以及基底處形成塑性鉸。由此擋墻成為靜定的連續(xù)梁。,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),D.山肩邦男法 山肩邦男法有如下幾條假定： a.在粘土地層中，擋土結(jié)構(gòu)為無限長(zhǎng)彈性體； b.擋土結(jié)構(gòu)背側(cè)土壓力在開挖面以上取為三角 形，在開挖面以下取為矩形(已抵消開挖面 一側(cè)的三角形土壓力)； c.開挖面以下土的橫向抵抗反力可分為兩個(gè)區(qū) 域即高度為l達(dá)到被動(dòng)土壓力的塑性區(qū)和反 力與擋土結(jié)構(gòu)變形形成直線關(guān)系的彈性區(qū)；,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),d.橫撐設(shè)置后即作為不動(dòng)支點(diǎn)； e.下道支撐設(shè)置后，認(rèn)為上道支撐的軸力保持不變且下道橫撐點(diǎn)以上的擋土結(jié)構(gòu)仍保持原來的位置。 山肩邦男提出了

12、如下的近似解法： a.在粘土地層中，擋土結(jié)構(gòu)作為底端自由的有限長(zhǎng)彈性體； b.同精確解； c.開挖面以下土的橫向抵抗反力取為被動(dòng)土壓力，其中(x+)為被動(dòng)土壓力減去靜止土壓力(x)后的數(shù)值；,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),d、e同精確解； f.開挖面以下?lián)跬两Y(jié)構(gòu)M=0的那點(diǎn)假想為一個(gè)鉸，而且忽略此鉸以下的擋土結(jié)構(gòu)對(duì)此鉸以上擋土結(jié)構(gòu)的剪力傳遞。 近似解法只需應(yīng)用兩個(gè)靜力平衡方程式： 由 得,由 得,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),E.彈性法 彈性法的基本點(diǎn)： a.考慮支撐的彈性變形 b.主動(dòng)側(cè)的土壓力已知(開挖面以上為三角形分布，開挖面以下為矩形分布)；,二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),c基底下被動(dòng)土抗力，符合 (扣除主動(dòng)側(cè)三角形土壓力后)； d擋土結(jié)構(gòu)作為有限長(zhǎng)彈性體，墻底可以是自由，鉸結(jié)，固定。 F.彈塑性法 彈塑性法的基本假定： a同彈性法； b主動(dòng)側(cè)土壓力有