基坑工程中的支护结构荷载培训课件

第2章支护结构荷载支护结构设计时主要考虑的作用荷载为，1土压力及水压力：2地面堆积荷载及大型车辆的动、静荷载：3周边建(构)筑物的作用荷载；4施工荷载；5支护结构作为主体一部分时，上部结构的作用；6支撑体系的温度应力。2.1土压力理论不论哪种形式的支护结构，都要承受来自围护墙体后侧填土的侧向压力——土压力，它是围护墙体断面和验算其稳定性的主要荷载。土压力的大小和分布，对支护结构体系的内力、变形和稳定性验算有着重要的影响。土压力的大小和分布除了与土的性质有关外，还与围护体的位移方向、位移量、土体与围护墙体间的相互作用以及围护墙体类型有关。3土压力的影响因素土的性质挡土墙的移动方向挡土墙和土的相对位移量土体与墙之间的摩擦挡土墙类型4

刚性挡土墙土压力计算比较简单，其它类型的土压力计算大都以刚性墙为依据

本章要讨论的中心问题

刚性挡土墙上的土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布及合力作用点5在影响土压力的诸多因素中,墙体位移条件是最主要的因素。墙体位移的方向和相对位移量决定着所产生的土压力的性质和土压力的大小。土压力类型6墙体位移对土压力的影响挡土墙所受土压力的类型，首先取决于墙体是否发生位移以及位移的方向。其中有三种特定情况下的土压力，即静止土压力、主动土压力和被动土压力。挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，而是随位移量的变化而变化。7土压力的类型静止土压力

是指如果挡土墙在侧向土压力作用下，不向任何方向移动和转动而保持静止状态，则墙后土体处于弹性平衡状态，这时作用在挡土墙上的土压力称为静止土压力E0。如建筑物地下室外墙的土压力，建在岩石地基上的大截面挡土墙。E08主动土压力

是指挡土墙在墙后土体压力作用下，背离填土方向移动或绕墙角转动，当墙后土体达到极限平衡并出现连续滑动面，这时作用在挡土墙上的土压力称为主动土压力Ea。此时土推力达到最小值。如一般的挡土墙土压力的类型Ea9被动土压力

是指挡土墙在外力作用下向填土方向移动或转动，这时作用在挡土墙上的土压力将由静止土压力逐渐增大，一直到土体达到极限平衡并出现连续滑动面，墙后土体向上挤出隆起，这时作用在挡土墙上的土压力称为被动土压力Ep。如拱桥桥台。Ep土压力的类型10当=Δ/H=0

时（如地下室）

E=E01.静止土压力112.主动土压压力墙体外移，土压力逐逐渐减小，当土体破坏，达到极限平衡衡状态时所对应应的土压压力(最小)123.被动土压压力墙体内移，土压力逐逐渐增大，当土体破坏，达到极限平衡衡状态时所对应应的土压压力(最大)E桥面拱桥桥台132.3静止土压压力计算算静止土压压力——墙体不发发生任何何位移=0相当于天天然地基基土的应应力状态态（侧限状状态）——K0应力状态态嵌岩的大截面挡土墙地下室外外墙14一、静止止土压力力强度p0σvσvσhp0=σhzK0:静止土压压力系数数对于侧限限应力状状态，理理论上：：K0=/(1-)由于土的的泊松松比很难确定定，K0常用经验验公式计计算p0—静止土压压力强度度(kN/m2)15式中，′为土的有效内摩擦角，OCR为土的超固结比，λ为常数，通常在0.3-0.5之间，有人建议采用0.41，也有人建议采用0.5，MayneandKulhawy(1982)建议。对于超固固结粘性性土对于无粘粘性土及及正常固固结粘性性土16极限平衡衡状态：：σvσvσhp0=σhzK0状态：f17HzE0二、静止止土压力力分布及及总静止止土压力力E0静止土压压力呈三三角形分分布(如上图)，总静止止土压力力为：E0的作用点点在距离离墙底1/3墙高H处。(kN/m)182.4朗肯土压压力理论论朗肯（Rankine）于1857年根据土土体中的的朗肯主主动和被被动(土压力极极限平衡衡)状态，提提出了无无粘性土土主动和和被动土土压力的的计算理理论。贝尔（Bell）于1915年在朗肯肯无粘性性土土压压力计算算理论的的基础上上，提出出了粘性性土土压压力的计计算方法法。19一、朗肯肯主动和和被动状状态——自重应力力作用下下，半无无限土体体内各点点的应力力从弹性性平衡状状态发展展为极限平衡衡状态的情况。。朗肯主动状态13

45+f/2pav=zK0zf=c+σtan20朗肯被动状态13

45-f/2ppv=zK0zf=c+σtan21二、填土土面水平平时的朗朗肯土压压力计算算条件墙背光滑滑墙背垂直直填土表面面水平假设墙后各点点均处于于极限平平衡状态态于是：：σv、σh为主应应力，且σv=zHσvσhz22（一））主动动土压压力1.无粘性性土竖向应应力为为大主主应力力水平向向应力力为小小主应应力无粘性性土的的极限限平衡衡条件件于是：：主动土土压力力强度度z145+f/2pa=3pav=zK0zf=σtan23主动土土压力力强度度Ka——朗肯主主动土土压力力系数数总主动动土压压力z1pa=3

45+f/2（一））主动动土压压力1.无粘性性土Ea的作用用点在在距离离墙底底1/3墙高H处。(kN/m)(kN/m2)24（一））主动动土压压力2.粘性土土pav=zK0zcf=c+σtan竖向应应力为为大主主应力力水平向向应力力为小小主应应力粘性土土的极极限平平衡条条件于是：：主动土土压力力强度度z145+f/2pa=3

25（一））主动动土压压力2.粘性土土主动土土压力力强度度z>z0

z<z0

－z045+f/2z0z0称为临临界深深度(高度)(kN/m2)26总主动动土压压力HEa－z0(kN/m)Ea的作用用点在在距离离墙底底1/3倍(H-z0)处。27竖向应应力为为小主主应力力水平向向应力力为大大主应应力无粘性性土的的极限限平衡衡条件件于是：：被动土土压力力强度度45-f/2pp=σ1σ3z（二））被动动土压压力1.无粘性性土ppv=zK0zf=σtan28（二））被动动土压压力1.无粘性性土被动土土压力力强度度Kp——朗肯被被动土土压力力系数数总被动动土压压力Ep的作用用点在在距离离墙底底1/3墙高H处。(kN/m)(kN/m2)45-f/2pp=σ1σ3z29（二））被动动土压压力2.粘性土土ppv=zK0z45-f/2pp=σ1σ3z竖向应应力为为小主主应力力水平向向应力力为大大主应应力粘性土土的极极限平平衡条条件于是：：被动土土压力力强度度30被动土土压力力强度度正号EpH总被动动土压压力（二））被动动土压压力2.粘性土土(kN/m)(kN/m2)31Ep1的作用用点在在距离离墙底底1/3墙高H处，Ep2的作用用点在在距离离墙底底1/2墙高H处。Ep2HEp1（二））被动动土压压力2.粘性土土32土压力力强度度：单位面面积上上的土土压力力单位：：kN/m2或kPa

总土压力：单位长度挡土墙上土压力单位：kN/m，大小、方向、作用点每延米Ep2.5土压力力参数数c、φ值的讨讨论土的粘粘聚力力C和内摩摩擦角角φ田是反反映土土的抗抗剪强强度性性质的的指标标，通通常称称为抗剪强强度指指标，是基基坑支支护设设计与与施工工中必必须认认真考考虑的的重要要参数数，其其取值值的正正确与与否和和合理理程度度将会会在很很大程程度上上影响基基坑工工程的的安全全和经经济效效益。土的抗抗剪强强度指指标有有三种种标准准试验验方法法：1快剪，，即不不排水水剪切切试验验2固结快快剪，，即固固结不不排水水剪切切试验验；3慢剪，，即排排水剪剪切试试验。。对于基基坑工工程，，在计计算土土压力力时，，一般般采用用在原原位自自重压压力下下固结结的快剪峰峰值强强度指标；；在验验算稳稳定性性时一一般也也采用用这一一指标标，但但有时时也采采用快快剪指指标；；当要要考虑虑不同同固结结程度度下的的有效效应力力强度度时，，应采采用有有效应应力指指标。。同时时，由由于直直剪仪仪得出出的强强度指指标离离散性性较大大，而而三轴轴仅得得出的的指标标相对对比较较稳定定，因因此，，对于于重要要的基基坑工工程一一般采采用三轴压压缩仅仅测定抗抗剪强强度指指标。。另外，，在基基坑开开挖过过程中中，由由于坑内卸卸载(自重应应力变变化)和超孔隙隙水压压力的变化化，坑坑底和和支档档结构构后侧侧土体体的C、φ将会随随之变变化。。所以以，采采用信息化化施工工法和土性性参数数的反反分析析进行行支护护结构构的跟跟踪设设计是是十分分必要要的。。2.6超载的的处理理1坡顶均均布荷荷载：直接按按照均均布荷荷载大大小考考虑。。2坡顶局局部荷荷载：应力扩扩散角角为45度，作作用范范围见见图，，坡顶顶局部部超载载大小小为q0，作用用宽度度为BC宽，即即b按照45度扩散散原则则，FA=FB=a，FA段和E点以下下的土土体不不考虑虑坡顶顶局部部超载载的作作用该该荷载载作用用范围围为AE段。计计算垂垂直荷荷载时时，大大小因因为应应力扩扩散，，其值值变小小：q=(q0×b)/(b+2a)DABC450450450E坑底q0qbFa例：当基坑坑边壁壁的局部荷荷载有有一定定埋深深时，如如浅基基础，，上式式中q0取基底附附加压压力，作用用范围围相应应下移移一个个基础础埋深深d。q0abq450450aAF坑底d3基坑上部放放坡时，超超载的的考虑虑：1）从上部部边坡坡坡脚脚处开开始，，按照照45度扩散散至支支护结结构上上，上部边边坡视视为超超载，大小小为q0，2）BC间不受受超载载影响响，B点标高处计计算超载引引起的垂直直应力时取取零3）A点以下计算算超载引起起的垂直应应力时取q=q0，4）AB之间线性分分布。AB之间标高垂垂直应力为为：q=(x/b)××q0式中：x为计算点低低于B点的长度，，0≤x≤b。q0q0ABCDEF450450bxb上部放坡坑底常用地表荷荷载的处理理方法一、地表表集中荷载载折算成均均布超载：高大钊：《深基坑工程程》第二版，机机械工业出出版社，20021繁重的起重重机械：距离支护结结构1.5m内，按照60KPa取值；距离离支护结构构1.5m~3m内，按照40KPa取值；2轻型公路：按按照照5KPa取值；3重型公路：按按照照10KPa取值；4铁道：按按照照20KPa取值；二高层层建筑均布荷载取值：机械工业部部设计研究究院：多层层与高层建建筑结构设设计技术规规定，1993.9结构类型墙体材料自重/KPa框架轻质墙8~12砖墙10~14框-剪轻质墙10~14砖墙12~16剪力墙混凝土14~18土压力计算算的水土分分算与合算算方法在基坑工程程中，地下下水位以下下的土体侧侧压力计算算时一般有有两个原则则，即：水水土分算的的原则和水水土合算的的原则。水土分算原原则，即分别计计算土压力力和水压力力，两者之之和即为总总的侧压力力。这一原原则适用于于土孔隙中中存在自由的重力力水的情况或土土的渗透性性较好的情情况，一般般适用于砂砂土、粉性性土和粉质质粘土。水土合算的的原则认为土孔隙隙中不存在自由的重力力水，而存存在结合水水，它不传传递静水压压力，以土土粒与孔隙隙水共同组组成的土体体作为对象象，直接用用土的饱和和重度计算算侧压力，，这一原则则适用于不不透水的粘粘土层。1．水土分算算方法2．水土合算算方法地下水面以以上：讨论采用水土分分算还是水水土合算方方法计算土土压力是当当前有争议议的问题。。按照有效效应力原理理，土中骨骨架应力与与水压力应应分别考虑虑。根据1995年《岩土工程学学报》第6期魏汝龙论论义“总应应力法计算算土压力””和2000年《岩土工程学学报》第3期沈珠江论论文“基于于有效固结结应力理论论的土压力力公式”以以及李广信信论文“基基坑支护结结构上水土土压力的分分算与合算算”，对土土压力计算算原则的基基本认识是是，水土合算方方法在计算算中缩小了了主动状态态中的水压压力而增大大了被动状状态中的水水压力作用用，偏于不不安全；水土分算方方法概念较较清楚，符符合有效应应力原理，，但在实际际应用小也也存在有效效指标确定定困难与无无法考虑土土体在不排排水剪切时时产生的超超静孔压影影响等问题题。根据魏魏汝龙等的的研究，采采用总应力力指标按水水土分算方方法进行计计算，能够够较好地解解决这—问题。2.7规范法计算算土压力2.7基坑开挖支支护中的土土压力特点点与分布规规律土压力的大大小和分布布主要与支支护结构水水平位移的的方向和大大小、土的的物理力学学性质、地地下水、支支撑刚度、、支护结构构刚度及高高度等有关关，非常复复杂。可按按下述原则则计算：（1）主动土压压力称为水平荷载标标准值，被动土压压力称为水平抗力标标准值；（2）当计算出出的基坑水水平荷载标标准值为负负值时，取取为0；（3）土体抗剪剪强度指标标取标准值值；（4）当市政或或周围环境境对支护结结构位移有有严格要求求时，可按按静止土压力力取值；（5）一般应按按Rankine土压力计算算；（6）地下水位位以下，分分水土合算算和分算算；（7）如果有当当地经验，，可按经验验或者相邻基坑经经验取值。作用于支护护结构的土土压力与支支撑、锚杆杆的设置情情况，土性性的变化及及地下水等等因素有关关。虽然土土压力并不不完全处于静止或或主动土压压力极限状状态，但通通常仍采用用静止或主主动土压力力进行估计计，甚至被被动区也同同样采用被被动土压力力来估计，，再根据实实践的经验验加上适当当的修正系系数。严格格地说，在在被动区是是随着结构构的变形，，土压力逐逐渐由静止止土压力向向被动土压压力发展，，但并未达达到被动土土压力极限限状态，否否则土体将将开始破坏坏。被动区区的土压力力通常宜根根据结构与与土的相互互作用来确确定，称为为土的被动动抗力。然然而，抗力力的总和必必须保证小小于被动土土压力，否否则就得增增加支撑或或锚杆，改改变土压力力和结构的的受力状态态，以保证证被动区的的安全。由由于支护结构上上的土压力力是随着开开挖的进程程逐步形成成，又随着支支撑或锚杆杆的设置及及每步开挖挖施工参数数的差异而而产生受力力状态的改变，因此其土土压力的分分布与一般般挡土墙存存在着差异