4.1深基坑坑壁土压力特点

作用于支护结构的土压力可采用朗肯理论 公式分层计算。 主动土压力：Ea 主动土压力强度：pa 无粘性土的主动土压力强度：
p a = γ zK
a
无粘性土的主动土压力
Ea
1 2 = γh K 2
a
粘性土的主动土应力强度
pa = γzK a − 2c K a
粘性土的主动土应力
1 2 Ea = γ (h − z0 ) K a 2
土 粘 土
本表摘自H.F.温特科斯，方晓阳主编的《基础工程手册》 温特科斯，方晓阳主编的《基础工程手册》 本表摘自 温特科斯
静止土压力：作用在挡土结构背后的静止 土压力可视为天然土层自重应力的水平 分量。 侧压力强度为： p0＝K0γz K0 ：土侧压力系数 静止应力系数的确定方法 1 通过侧限条件下的试验测定。 2 采用经验公式计算。 K0＝1-sinϕ’
粘性土的主动土应力强度
pa = γzK a − 22 Ea = γ (h − z0 ) K a 2
被动土压力计算：无粘性土的被动土压力 强度：
p p = γ zK
p
无粘性土的被动土压力
E
p
1 2 = γh K 2
p
粘性土的被动土应力强度：
p p = γzK p − 2c K p
以上介绍的是朗肯土压力理论，土压力的计算方 法有很多种，可参考有关规范。 考虑地下水的影响：
砂土、粉土用水土分算，作用于支护结构 上的侧压力为有效土压力与水压力之和。 有效土压力按土的浮重度及有效抗剪强 度指标（C′）计算。粘性土根据现场情 况和工程经验按水土合算或分算，水土 合算为：水土合并的土压力按土的饱和 重度（γm）及总应力固结不排水抗剪强 度指标（Ccu、 φcu ）计算，是国内比较 流行的方法，特别对粘性土积累了一定 的经验。
基坑支护设计应包括下列内容： （1）支护体系的方案技术经济比较和选 型； （2）支护结构的强度，稳定和变形计算； （3）基坑内外土体的稳定性验算； （4）基坑降水或止水帷幕设计以及围护 墙的抗渗设计； （5）基坑开挖与地下水变化引起的基坑内 外土体的变形及其对基础桩、邻近建筑 物和周边环境的影响； （6）基坑开挖施工方法的可行性及基坑施 工过程中的监测要求。
水压力的分布是确定地下水位以下作用在支护结 构上的不平衡水压力，当地下水位有渗流作用 时为倒三角形分布；当无渗流时，可按梯形分 布考虑。 作用在支护上的土压力，常用朗肯土压力理论， 计算方法与墙体位移量与位移形式有关。 1）太沙基提出的土压力图。
2）我国常采用三角形分布土压力（位移大） 模式和矩形土压力（位移小）模式。 无支撑（锚拉）：支护背上的土压力按主 动土压力。 有支撑：位移受制约，土压力有可能未进 入主动土压力状态，而处于静止土压力 与主动土压力之间。 A、打入式板桩，板桩两侧产生一定的侧向 压力，由于挤压作用，土压力系数可能 略大于静止土压力系数。
基坑支护结构极限状态可分为下列两类： 1.承载能力极限状态：对应于支 护结构达到最大承载能力或基坑底失稳、 管涌导致土体或支护结构破坏，内支撑 压屈失稳，支护桩墙锚杆抗拔失效等； 2.正常使用极限状态：对应于支 护结构的变形已破坏基坑周边环境的平 衡状态并产生了不良影响，如引起周边 相邻的建筑物倾斜、开裂；道路沉降、 开裂；周边的地下管线沉降变形开裂等。
4 深基坑开挖与支护
基坑含义: 基坑含义: 深基坑的“深”本难以明确的界定，是 一个“模糊”的概念，相对于一定的地 质，水文条件，一定的施工技术水平， 形成一定的施工难度，大家对于达到一 定施工难度的，地面以下一定尺寸的基 坑谓之“深”，反之为“浅”。在目前 的水平上，较为工程界大多数人所接受 深基坑概念是指深度5～7m以上的基坑。
建设部《建筑基坑支护技术规程》中对基坑侧壁安全等级规定 见表
建筑基坑侧壁安全等级及重要性系数
安全等级 一级 二级 本工程地下结构施工影响一般。 支 护 结 构 破 坏 对 基 坑周 边 环 境 及 地下 结 构 施 三级 工影响不严重。 0.90 破坏后果 支 护 结 构 破 坏 对 基 坑 周 边 环 境 影 响 很 严重。 支 护 结 构 破 坏 对 基 坑周 边 环 境 影 响小 ， 但 对 1.00
2c ϕ D = 2{45 − arctan[tan(45 − ) − ]} 2 γH
0 0
ϕ
• 1
粘性土的土压力比砂土的土压力复杂，计 算中可采取近似方法，略去土的粘聚力， 适当增加内摩擦角， 按经验 提高 到 。如表。
土压力计算中地基土的c、φ的取值一般有 （1）按确定的c、φ值分层计算； （2）按土层深度的加权平均求取c、φ； （性质相近的土） （3）按经验c、φ值忽略c的大小即令c＝0， 折算的φˊ，进行计算土压力。（有当 地可靠经验）
c
σt
]
根据土压力相等的概念来计算等效内 三、根据土压力相等的概念来计算等效内 摩擦角，假定墙背竖直、光滑， 摩擦角，假定墙背竖直、光滑，填土水 平。
1 2 ϕ ϕ 2c 2 Ea1 = γH tan 2 (450 − ) − 2cH tan(450 − ) + γ 2 2 2
1 2 ϕD 2 0 Ea 2 = γH tan (45 − ) 2 2
三级
不严重
H＜7m
注：H—坑深 a—主干道、生命线工程及邻近重要建(构)筑物基础边缘离坑壁 的距离，符合上表右项条件之一即可判定。
对于安全等级为一级、二级的建筑基坑侧壁，尚 应进行基坑支护结构水平位移计算。 如武汉地区深基坑技术指南中，对支 护结构的最大水平位移δ要求如下： 对于安全等级一级的支护，应满足 δ≤40mm， 对于安全等级二级的支护，应满足 δ≤100mm， 对于安全等级三级的支护，应满足 δ≤200mm。
4-1深基坑坑壁土压力特点 规范：《基坑工程设计规范》《建筑地基 基础设计规范》《土木工程专业毕业设 计指南》岩土工程分册 中国水利水电 出版社 作用在支护结构上的荷载主要有：土压力、 地下水水压力，坑口地面堆载，相邻房 屋浅基基底传来的压力等。 一、土压力的计算 静止土压力、主动土压力、被动土压力。
δ a = 0.01H
砂土和粘性土中产生的主、 砂土和粘性土中产生的主、被动土压力所 需的墙顶位移如表： 需的墙顶位移如表：
土类 砂
应力状态 主动 主动 被动 被动 主动 主动 被动
运动形式 平行于墙体 绕墙趾转动 平行于墙体 绕墙趾转动 平行于墙体 绕墙趾转动 －－－
所需位移 0.001H 0.001H 0.05H >0.1H 0.004H 0.004H －－
粘性土土压力计算， 粘性土土压力计算，工程上较为广泛地采 用等效内摩擦角法， 用等效内摩擦角法，内聚力折算成内摩 擦角： 擦角： 根据实际经验确定； 一、根据实际经验确定； 二 、根据抗剪强度相等，通过作用在基坑 根据抗剪强度相等， 底面标高上的土中垂直σ 求出： 底面标高上的土中垂直σt求出：
ϕ D = arctan[tan ϕ +
γ0
1.10
注：有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定
•
安全等级
深基坑工程的安全等级
深基坑工程的规模和环境 H＞10m
破坏后果
一级
很严重
a＜H 邻房层数≥6 层(浅基)或属重要建筑 物 7m H 10m 7m≤H≤10m
二级
严重
H≤a≤2H 邻层为 3、4、5 层(浅基)的一般建筑 物
1 静止土压力 挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位 移，墙后填土处于弹性平衡状态，作用 在挡土墙背的土压力称为静止土压力。 2 主动土压力 挡土墙在土压力作用下离开土体向前位移 时，土压力随之减小，当位移量至一定 数值时，墙后土体达到主动平衡极限平 衡状态，此时，作用在墙被上的土压力 称为主动土压力
B、开挖第一深度，卸载，板桩变形，后侧 土压力减小进入主动土压力状态。 C、设支撑1，变形有一定的恢复，土压力 加大，分布形式改变。
D 继续开挖致第二深度，板桩将引起新的 侧向变形，土压力分布亦随之改变。 E 设置支撑2，并楔紧支撑1，形成新的土 压力分布图式。 F 继续开挖致第3深度，板桩随之向坑内侧 位移，主动区土体亦向坑内移动，土压 力有一定减小。
3 被动土压力 挡土墙在外力作用下推挤土体向后位移时， 作用在墙上的土压力随之增加，当位移 量增之一定数值时，墙后土体达到被动 极限平衡状态，此时，作用在墙被上的 土压力称为被动土压力。 三种压力之间的关系为： Ea<E0《 Ep
布林奇－汉森（ 布林奇－汉森（Brinch-Hansen)认为位移 认为位移 量达到下列数据时达到主、被动土压力。 量达到下列数据时达到主、被动土压力。 对于主动土压力 对于被动土压力 δ a = 0.001H H是墙高 是墙高
挡土墙的回填土常会部分或全部 处于地下水位一下。由于地下水 的存在将使土的含水量增加，抗 剪强度降低，从而使土压力增大， 同时还会产生静水压力。 计算土压力时存在的问题：目前 支护结构计算，最危险阶段不一 定是正常使用阶段，而是在建造 阶段和老化阶段，主要原因是对 环境、地质、荷载等因素认识不 足引起。
粘性土的被动土应力
1 2 Ea = γh K p + 2ch K p 2
12
填土面有均布荷载的土压力计算
当挡土墙后填土面上作用有连续均步荷载q 时，主动土压力强度按下式计算： Pa＝（q+γz）Ka 填土面a点的土压力强度： Pa0＝qKa 墙底b点的土压力强度： Pa1＝（q+γh）Ka
• 成层填土的土压力计算：