基坑支護工程-基坑支護荷載計算

1、深基坑工程深基坑工程深深 基基 坑坑 工工 程程基坑支護荷載計算深基坑工程深基坑工程第二章第二章 作用于支護結(jié)構的荷載作用于支護結(jié)構的荷載一、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.作用于支護結(jié)構上的荷載作用于支護結(jié)構上的荷載作用于支護作用于支護結(jié)構的荷載結(jié)構的荷載土壓力土壓力建筑物、結(jié)構物荷載建筑物、結(jié)構物荷載支護結(jié)構為主體一部分，考慮地震力支護結(jié)構為主體一部分，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.基坑設計基本要求基坑設計基本要求（1 1）承載能力極限狀態(tài)：支護結(jié)構達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)：支護結(jié)構達到最大承載能力或土體失穩(wěn)、過大變形導致支護結(jié)構和周邊環(huán)境破壞。形導致支護結(jié)構和周邊環(huán)境破壞。（2 2）正常使用極限狀態(tài)：支護結(jié)構的變形妨礙地下結(jié)構施工，或者影響周）正常使用極限狀態(tài)：支護結(jié)構的變形妨礙地下結(jié)構施工，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。 支護結(jié)構均應進行承載能力極限狀態(tài)的設計計算，一級基坑和對變形有支護結(jié)構均應進行承載能力極限狀態(tài)的設計計算，一級基坑和對變形有限定的二

3、級基坑，還要進行支護結(jié)構和周邊環(huán)境的變形計算。限定的二級基坑，還要進行支護結(jié)構和周邊環(huán)境的變形計算。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 外墻橋臺道路擋土墻深基坑工程深基坑工程主動土壓力和被動土壓力的產(chǎn)生，前提條件是主動土壓力和被動土壓力的產(chǎn)生，前提條件是支護結(jié)構存在位移支護結(jié)構存在位移；當支護結(jié)構當支護結(jié)構沒有位移沒有位移時，則土對支護結(jié)構的壓力為時，則土對支護結(jié)構的壓力為靜止土壓力靜止土壓力。 土壓力的分布與支點的設置及其數(shù)量都有關系；懸臂支護樁土壓力的實土壓力的分布與支點的設置及其數(shù)量都有關系；懸臂支護樁土壓力的實測值與按朗肯公式計算值的對比，非挖土側(cè)實測

4、土壓力小于朗肯主動土測值與按朗肯公式計算值的對比，非挖土側(cè)實測土壓力小于朗肯主動土壓力，即壓力，即計算結(jié)果偏大計算結(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)定適當調(diào)整：值可根據(jù)下列規(guī)定適當調(diào)整： 在在井點降低地下水井點降低地下水范圍內(nèi)，當?shù)孛嬗信潘头罎B措施時，范圍內(nèi)，當?shù)孛嬗信潘头罎B措施時，值可提值可提高高20%20%； 在在井點降水土體固結(jié)井點降水土體固結(jié)的條件下，可考慮土與支護結(jié)構間側(cè)摩阻力影的條件下，可考慮土與支護結(jié)構間側(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靜止土壓力強度（kN/m2) 10(0 K（經(jīng)驗公式）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)作用點位置作用點位置深基坑工程深基坑工程2.2.主動土壓力（無粘性土）主動土壓力（無粘性土）zzaaKzzHaKHPaH/3墻體移動方向（離開土體）Ka主動土壓力系數(shù)，KaK012aaPKH H212aaPKH三角形形心處，距底面 H/3處方向方向水平作用點位置作用點位置主動土壓力合力大小主動土壓力合力大小深基坑工程深基

6、坑工程3.3.被動土壓力（無粘性土）被動土壓力（無粘性土）zzppKzzHpKHPpH/3墻體移動方向（擠壓土體）Kp被動土壓力系數(shù)。KaK0Kp12ppPKH H212ppPKH三角形形心處，距底面 H/3處方向方向水平作用點位置作用點位置被動土壓力合力大小被動土壓力合力大小深基坑工程深基坑工程4.4.主動土壓力、被動土壓力、靜止土壓力關系主動土壓力、被動土壓力、靜止土壓力關系土壓力土壓力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：假設： 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主動土壓力強度主動土壓力強度0()2aaazp Kc K主動土壓力系數(shù)主動土壓力系數(shù)2tan452aK20()tan452 tan 4522pzpc被動土壓力強度被動土壓力強度0()2pppzp Kc K被動土壓力系數(shù)被動土壓力系數(shù)2tan452pK極限平衡條件極限平衡條件（1 1）主動土壓力）主動土壓力深基坑工程深基坑工程, , cHp0ABA A點點2tan (45)2aK02Aaaap KC KB B點點0()2BaaapH KC K如果如果 p0

8、= 0A A點點2AaaCK B B點點2BaaaHKCK0a位于2aCzK如果如果 C = 0( (無粘性土）無粘性土）A A點點0Aaap KB B點點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時時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主動土壓力合力

9、？主動土壓力合力？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：作用在墻上的主動土壓力求：作用在墻上的主動土壓力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主動土壓力合力主動土壓力合力Pa作用點：作用點：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）被動土壓力）被動土壓力, , cHp0ABA A點點2tan (45)2pK02Apppp KCKB B點點0()2BppppH KCK如果如果 p0= 0A A點點2AppC KB B點點2Bpp

11、pHKCK如果如果C = 0( (無粘性土）無粘性土）A A點點0Appp KB B點點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土壓力作用點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.庫倫土壓力庫倫土壓力（1 1）思路：）思路：（2 2）假定）假定 把墻后達到極限平衡的滑動土楔體視為剛體，從滑動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）滑動面為一通過墻踵的平面）滑動面為一通過墻踵的平面深基坑工程深基坑工程（3 3）主動土

12、壓力）主動土壓力P Pa a（屬平面應變問題，取1m長分析）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 其中其中是是假設的滑動面與水平面的夾角假設的滑動面與水平面的夾角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土壓力強度土壓力強度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）被動土壓力）被動土壓力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 因不計墻土間摩阻力，求得的Pa偏大，這在擋土 墻設計中是偏于安全的，求得的Pp偏小，這在橋臺設計中也是偏于安全的。深基坑工程深基坑工程庫侖土壓力理論：庫侖土壓力理論：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，與實際的曲面有出入。但因假定破壞面是平面，與實際的曲面有出入。 通常，計算主動土壓力誤差在210%，滿足工程所需的精度要求；但被動土壓力計算結(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算三、特殊情況下土壓力的計算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實測修正解實測修正解： 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，任何時，任何土層底面處：土層底面處：（2 2）離開擋土結(jié)構距離為）離開擋土結(jié)構距離為a a時時 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)構平行）的地面荷載，離開擋土與擋土結(jié)構平行）的地面荷載，離開擋土結(jié)構距離時。結(jié)構距離時。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 。對于對于粘性土粘性土，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)。對于對于砂性土砂性土，采用，采用水土分算水土分算，即側(cè)壓力為相應深度處豎向土壓力乘以，即側(cè)壓力為相應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比對比砂土簡化計算，將水壓力與土壓力分別砂土簡化計算，將水壓力與土壓力分別計算，并把水看作是：計算，并把水看作是： 主動壓力