深基坑工程讲义讲稿土压力及荷载

二、土压力及相关荷载的计算方法1、用于深基坑支护结构土压力计算中的问题：桩墙式支护结构仍是深基坑工程的一般首选支护形式，该挡土结构的设计计算目前仍是以传统的土压力理论为基础。传统的库伦和朗肯土压力理论都有各自的假定，并且与实际有出入，作为当时解决挡土墙的计算，也只是近似的方法。而深基坑支护结构根本不同于挡土墙，实际情况是，先将桩墙做好，分层开挖、分层支撑或做锚拉。

在开挖过程中，支护结构总要变形，进行支撑或用锚拉过程是对支撑轴力进行调整，以控制桩墙的变形。这种因素使得基坑支护结构的设计计算不宜用传统的土压力极限状态理论。因此，深基坑支护结构的设计和计算理论仍处于逐步完善阶段，随着大量深基坑工程的施工实践和监测与总结分析，适用于深基坑支护结构设计的新理论必将产生。目前的土压力理论与计算，仍是以经典的库伦、朗肯理论为基础，尽管有许多修正的计算方法，但都不具有普遍性。深基坑支护的桩、墙与挡土墙的差异：（1）库伦、朗肯的理论是当时为挡土墙设计而建立的。挡土墙是先筑墙后填土，基坑支护则是做好桩、连续墙后，开始开挖，从静止土压力后再产生主动、被动土压力。（2）挡土墙后填土是无粘性土、或有粘性看成散体，但它与基坑开挖的土是大不相同；基坑开挖的土多为杂填土、粘土、粉土、砂土等，多为自然压实状态，粘聚力有很大差别。（3）挡土墙是个平面问题，但深基坑开挖是个空间问题。基坑的滑动面受相邻边的制约，与挡土墙的边界条件不同，支护墙不但与深度有关，而且与宽度有关。基坑四角的桩顶位移最小，而中部位移最大，说明中桩受力最大。（4）朗肯理论假定墙与土间光滑无摩擦力，实际都有摩擦力，摩擦桩就是最好的例子。

2.目前土压力计算方法由于土的多样性，不可能对影响土压力大小和分布的各种因素全面考虑，库仑和朗肯理论计算仍是作最为基坑土压力的近似方法。按朗肯极限平衡土压力理论，对于无粘性土（砂土），粘聚力C=0

主动土压力：Pz=Htg2（45-/2）被动土压力：Pb=Htg2（45+/2）

式中H—基坑深度（m），—土的内摩擦角，—土的重度（KN/m）

对于粘性土，粘聚力不为零时：主动土压力：

Pz=Htg2（45-/2）-2Ctg（45-/2）被动土压力：

Pb=Htg2（45+/2）

+2Ctg（45+/2）式中C—土的粘聚力（kPa）。

以上朗肯理论计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小，针对这一问题，计算被动土压力系数时，应考虑摩擦角的影响为：Kp=[cos/(cos1/2

-sin1/2(+)sin1/2

)]2式中Kp---被动土压力系数;

----桩土间的摩擦角(=1/3~2/3)

土体处于被动朗金状态时，大主应力为侧向应力，小主应力为自重应力。库伦土压力理论：考虑挡土结构背部粗造，可以倾斜，填土面有倾角，考虑滑动楔体的平衡条件，求出作用在支护结构后的总压力。库仑主动土压力强度：Pz=Hka

被动土压力强度：

Pb=Hkp

ka、kp分别为库仑主动和被动土压力系数。3.用等值内内摩擦角角计算主主动土压压力法基坑开挖挖的土是是经久压压密的土土,它的粘聚聚力很大大,按朗肯土土压力三三角形分分布，有有粘聚力力的主动动土压力计算算如下:Pz=H2tg2(45-/2)/2-2CHtg(45-/2)+2C2/按等值内内摩擦角角时，用用无粘性性土三角角形土压压力公式式并代入入等值内内摩擦角角，即:Pzd=H2tg2(45-d/2)/2令Pz=Pzd得出等值值内摩擦擦角值。。根据据实测结结果，基基坑深度度在10m内时可用用等值内内摩擦角角法计算算土压力力。4、深基坑坑水压力力的计算算一般采用用水土分分算和合合算两种种：粘性性土主要要是结晶晶水或结结合水，，采用合合算；砂砂性土充充满自由由水，能能传递静静水压，，应采用用分算。。分算时地地下水位位以下土土采用浮浮重度，，单算静静水压力力；两者者相加为为侧总压压力。合算法：：5、地面特特殊荷载载的计算算方法：：地面荷载载系指挡挡土墙附附近地面面上的堆堆载、汽汽车吊车车或塔吊吊等集中中荷载，，临近建建筑物、、构筑物物的荷载载，都影影响到桩桩墙支护护结构的的水平压压力，应应予以考考虑。（1）地面均布荷荷载：若载荷荷值为q（kN/m2），按延伸无无穷远计算，，则附加主动动土压力为：：eq=Kaq，Ka为主动土压力力系数；当按按矩形分布时时，总主动土土压力为：pq=pz+Kaq当离基坑壁一一定距离有均均布荷载时，，附加土压力力则传到离基基坑顶h1以下：h1=Ltg(45+/2)附加压力大小小仍为：eq=Kaq（2）地面集中荷荷载：地面集中荷载载引起的侧向向应力计算：：按弹性理论论，作用在表表面的集中荷荷载引起的水水平应力，泊泊松比近似0.5,用Boussinesq解，得到：（3）均布线荷载载引起的应力力：系指挡土墙纵纵向的线形集集中荷载，如如在轨道上行行走的塔式起起重机荷载、、临时灌混凝凝土的浇灌车车、泵车等。。由此产生的的水平压力计计算用布西尼尼司(Boussinesq)公式如下：当当集中线荷载载为QL时m=x/hx为载荷到挡土土墙的距离；；h为挖土深度；；n=z/h，z为挡土墙计算算位置到地面面的距离；当m<=0.4时:h*(h/QL)=0.2n/(0.1+n2)2Ph=0.55QL当m>0.4时:h*(h/QL)=1.28m2n/(m2+n2)2Ph=0.64QL/(m2+1)式中h---不同深度对挡挡墙的水平压压力,Ph---对挡墙的总水水平压力;QL---地面集中荷载载.6、技术规程建建议的荷载计计算：（1）水平荷荷载标准值：：对于碎石及及砂土：对于粉土及粘粘性土：Eajk=ajkKai-2cikKai1/2基坑外侧竖乡乡向应力标准准值的计算：：ajk=rk+ok+lkrk计算点处自重重竖向应力；；可取以上土土的加权平均均天然重度；；ok支护结构外侧侧地面满布附附加荷载q0，lk当支护结构b1外侧，地表作作用有宽度为为b0的条形附加荷荷载q1，附加竖向力力确定如下：：lk=q1b0/（b0+2b1）当基坑外侧附附加荷载作用用于地表以下下一定深度时时，将计算点点深度下移，，按上述法计计算。7、土压力的的分布研究分布形式对计计算土压力关关系很大,各种不同支撑撑和土质,有不同的分布布,目前的理论假假定和实测也也有较大差别别.(1)实测的静止土土压力分布与与朗肯理论对对比如图:(2)北京医院工程程悬臂支护桩桩土压力实