深基坑围护结构的设计荷载

基坑支护深基坑围护结构的设计荷载基坑工程设计的荷载作用于围护结构上的荷载主要为侧向压力，包括土压力水压力其它的一些作用：地面的施工荷载相邻建筑物的基底荷载等垂直荷载也都通过侧向压力的形式作用于围护结构；相邻场地的沉桩挤土作用，也以水平压力的形式传给围护结构。直接作用于围护结构上的垂直荷载很少，主要是作用于内支撑上的一些施工机械。作用于围护结构上的侧向荷载都是非标准的荷载，其值是不确定的、不稳定的，受施工条件和环境条件的影响非常大。预估的荷载与实际产生的荷载可能相差很远，荷载的确定是基坑工程设计中最为困难而又十分重要的环节。主要内容作用于围护结构的侧向土压力作用于围护结构的水压力施工荷载永久性荷载作用于围护结构的侧向土压力经典土压力理论实际土压力分布土压力计算中若干问题的讨论土压力计算的一些经验方法经典土压力理论经典土压力理论得到的是极限值

经典土压力理论只能计算刚性界面上的接触压力经典土压力理论是在平面应变条件下的解答经典土压力理论_朗肯理论7AB由无限应力不连续面连接的两应力区之间的关系8sys(d)BAInfiniteSdis(Fanzone)δ=ф’θ=90oAs’1Bs'2有效应力分析As1Bs2总应力分析经典土压力理论_库仑理论（主动）经典土压力理论_库仑理论（被动）静止土压力土压力与墙体位移的关系12E(EarthPressure)土压力与墙体位移的关系13实际土压力分布不仅与土体性质有关，还与支护结构的变形有关当墙完全不动时，静止土压力当墙顶固定，下端向外移动时，土压力呈抛物线形当墙上下两端固定，墙中央向外鼓出时，土压力呈马鞍形当墙平行向外移动，土压力呈抛物线形当墙绕下端中心向外倾斜时，主动土压力墙体位移对土压力的影响

以上是基于墙后为填土的挡土墙的，与基坑围护结构的受力有一定的差别实际上作用与围护结构上的土压力与围护结构相关，目前仍没有定论柔性墙的实测土压力分布朗肯理论计算误差朗肯假定墙背与土无摩擦，即δ=0，计算所得的主动土压力系数Ka偏大，而被动土压力系数Kp偏小。以β=0，α=0为例，朗肯理论与极限平衡理论对比。朗肯主动土压力系数偏大，但差别不大。当δ和φ都比较大时，朗肯的被动土压力系数较之严格的理论解可以小2~3倍以上。18库伦理论计算误差库伦理论考虑了墙背与填土的摩擦作用，但却把土体中的滑动面假定为平面。极限平衡理论和库伦理论土压力系数的对比：主动土压力，两种理论计算结果差别很小被动土压力，当δ和φ较小时，两者的差别在工程计算所允许的范围内，但是当δ和φ值较大时，两种方法的差别很大，这时库伦理论就不宜采用。19水压力_无渗流作用水压力_渗流作用水从坑外流入坑内4m3m1m1.5mk1=2k2c=0,f=30gsat=18kN/m3k2=0.5k1c=15kPa,f=20gsat=17kN/m3

水压力_渗流作用水从承压层流入坑内5m3m1m1.5m1.5mk=10ac=0,f=30gsat=18kN/m3k=ac=15kpa,f=20gsat=17kN/m3k=50ac=5kPa,f=15gsat=18kN/m3与地表平齐2.27m

土压力计算中若干问题的讨论水土合算与水土分算墙面与土之间摩阻力的影响不同试验指标的影响土压力计算的一些经验方法水土合算与水土分算在土压力计算公式中，要用到土的重度指标，这反映了土体的自重对土压力的影响。所谓水土合算和水土分算，就是在计算公式中，土的重度是用天然重度还是浮重度，在物理概念上是土中水对挡墙的作用如何考虑的问题。从不同的概念出发，建立在不同假定的基础上，采用不同的强度指标，可以得出不同的计算方法。有效应力分析地下水的作用单独考虑，则土压力采用浮重度计算，内摩擦角也采用有效内摩擦角，即按有效应力原理计算：

总应力分析_水土分算地下水作用单独考虑，土压力用浮重度计算，但内摩擦角则用总应力指标计算：总应力分析_水土合算地下水的作用合在土的重度中反映，故采用饱和重度计算，内摩擦角也采用总应力指标：总应力分析_不排水分析(f=0)地下水的作用合在土的重度中反映，故采用饱和重度计算，内摩擦角也采用总应力指标：总应力分析_不排水分析(f=0)上海地区的一些局部经验按水土分算原则，应采用有效指标计算，但目前勘察报告中很少提供有效指标，如果采用总应力指标是否可行？对于开挖深度在5m左右的基坑，若干对比数据的计算表明，采用总应力指标计算的土压力与采用有效指标计算的土压力基本相当。墙面与土之间摩阻力的影响墙面与土之间摩阻力的影响围护结构的表面有一定的粗糙度，与土体之间必然存在摩阻力，计算土压力时考虑了摩阻力的存在就会减小主动土压力和增大被动土压力，在需要充分挖掘潜力时可以将摩阻力考虑进去。上海市标准《基坑工程设计规程》（DBJ08-61-97）规定在计算柔性围护结构墙前被动土压力时需要考虑围护结构与土之间的摩阻力，土压力的计算公式仍采用朗肯土压力理论的表达式，但土压力系数采用库仑公式。不同试验指标的影响在基坑开挖时，基坑外侧如果不考虑地下水位的变化，竖向的自重应力保持不变，水平方向的应力减少，随着开挖深度增加，水平应力逐步减小，直至主动土压力状态。这个变化过程可以用减少试样侧压力的方法进行模拟，在三轴仪上，保持轴向压力不变而减少侧压力，直至试样破坏。土压力计算的一些经验方法主动土压力关于主动土压力的计算，各规范大多采用朗肯理论计算，也有朗肯与库仑理论并列的。在考虑土中水对侧向压力的影响时，各规范作了大体相同的规定，即砂土和粉土大多规定采用水土分算，对粘性土规定可以采用水土合算。对于抗剪强度指标，大多数规范都规定水土分算时采用有效强度指标，水土合算时采用总应力指标；但是上海市基坑工程设计规程则规定全部采用总应力指标，这种规定带有很强的地方经验色彩。抗剪强度指标一般采用峰值强度，即取剪切试验时应力应变曲线上的峰值计算抗剪强度指标。武汉深基坑工程技术指南规定对老粘土的粘聚力打折扣，建筑基坑支护技术规程规定粘性土水土合算采用总应力指标时采用七折强度指标。被动土压力考虑到发挥主动极限状态和被动极限状态所需的位移不同，在主动土压力侧出现极限状态时，挡墙的内侧远未达到极限状态，因此不可能发挥全部的被动土压力。鉴于这种考虑，有的规范规定对按被动极限状态计算的土压力必须乘以小于1的经验系数，作为动用土压力。用什么指标计算？采用水土分算的方法计算土压力，则应当提供有效强度指标；如果采用水土合算的方法，则应提供总应力指标。最好用三轴CU试验，如果没有条件，采用直剪固快试验也是可以的。施工荷载基坑施工时，在基坑周围通常可能堆放建筑材料，运行施工机械和过往载重汽车，这些施工荷载对基坑的稳定性也有影响，设计时必须加以考虑。通常按20kPa施工荷载计算，对于局部的过大超载如无法避免，如场地狭窄时在坑边堆放建筑材料等，则应在设计时加以考虑，按超载计算，或采取局部加强的措施。对于设计时没有计算到的超载必须严格禁止出现。施工荷载的面积一般是有限的，但在计算时往往将20kPa施工荷载作为大面积均布荷载考虑，这是偏于安全的。施工荷载还包括塔吊的荷载以及其它建筑机械的荷载，在设计时都必须加以考虑