支护结构设计

重力式支护结构

1、设计 水泥土重力式支护结构的设计主要包括整体 稳定、抗倾覆稳定、抗滑移稳定、位移等。 图 1-22 为水泥土支护结构的计算图式。
图 1-22 水泥土墙的计算图式

图 1-22 中：
式中
—主动土压力系数，
，其中
为墙底以上各土层内摩擦角按土层厚度的加权平均值， （ ° ）；
—被动土压力系数，

式中 —第 i 条沿滑弧面的弧长， ，m； —第 i 条土条处的地面荷载， kN/m ； —第 i 条土条宽度， m ；




—第 i 条土条重量， kN 。不计渗透力时，坑底地 下水位以上取天然重度，坑底地下水位以下取浮重度； 当计入渗透力作用时，坑底地下水位至墙后地下水位 范围内的土体重度在计算滑动力矩（分母）时取饱和 重度、在计算抗滑力矩（分子）时取浮重度。 —第 i 条滑弧中点的切线和水平线的夹角， （ ° ）； ， —分别表示第 i 条土条滑动面上土的粘聚 力 (kPa) 和内摩擦角，（ ° ）； —整体稳定安全系数，一般取 1.2 ~ 1.5 。

按照计算图式，墙后主动土压力 （ 1-20 ）计算：
按式 (1-20)



式中， 为地面荷载， kPa 。 其他符号意义同前。 墙前被动土压力 按 (1-21) 计算： (1-21)



式中符号意义同前。
2、设计内容

① 整体稳定 水泥土墙的插入深度应满足整体稳定性，整体 稳定验算按式（ 1-22 ）简单条分法计算：
支护结构设计
支护结构设计

总结支护结构的工程事故，其失败的原因主要以下 几方面： 对重力式支护结构，主要有倾覆、滑移位移、过 大以及整体失稳等。 对板式支护结构则有： ①板桩墙的入土深度不够，在土压力作用下，板 桩墙的入土部分走动而出现坑壁滑坡(图1-21a)； ②拉锚或支撑的强度不够 (图1-21b，c)； ③拉锚长度不足，锚锭失去作用而使土体滑动(图 1-21d)； ④板桩墙本身刚度不够，在土压力作用下失稳弯 曲(图1-21e)； ⑤板桩墙位移过大，造成周边环境的式锚撑支护结构抗整体倾覆稳定性可按下式确 定（图1-24）： ≥ 1.3 (1-27)





式中 Epk、hpk — 分别为被动侧土压力的合力 及其至土压力强度为零处（C点）的距离； Eak、hak — 分别为主动侧土压力的合力及其至 土压力强度为零处（C点）的距离； Ti、hi ——分别为第i支撑（拉锚）反力及其至土 压力强度为零处的距离； 此外，尚应验算抗水平推移稳定性。



② 抗倾覆稳定 根据整体稳定得出的水泥土墙的 h d 以及选取 的 b 按重力式挡土墙验算墙体绕前趾 A 的抗倾覆稳定 安全系数： （ 1-23 ）

式中 —水泥土挡墙的自重 ， kN ， , 为水泥土墙体的重度， kN/m 3 ，根据自然土重度 与水泥掺量确定，可取 18 ~ 19kN/m 3 ； —抗倾覆安全系数，一般取 1.3 ~ 1.5 。 其他符号意义同前。


③ 抗滑移稳定 水泥土墙如满足整体稳定性及抗倾覆稳 定性，一般可不必进行抗滑移稳定的验算， 在特殊情况下可按式（ 1-24 ）验算沿墙底 面滑移的安全系数： (1-24)
式中 、 —分别表示墙底土层的内摩擦 角 ( ° ) 与粘聚力， kPa ； —抗倾滑移定安全系数，取 1.2~1.3 ； 其他符号意义同前。


式中 —墙顶估计水平位移， cm ； —开挖基坑的最大边长， m ； —影响系数，根据地基土质条件、施工质 量等因素并结合工程经验确定，一般取 0.1~0.2 ，开挖深度较小、土质较好、施工质 量控制严格的取小值，反之，取大值； —基坑开挖深度。 其他符号意义同前。


例 1-6 某基坑开挖深度为 4.5m ，地面荷 载 q 0 =20kN/m 2，土的内摩擦角 φ =15 ° ， 粘聚力 8kN/m2 ，土的重度 γ =18 kN/m 2 ，水 泥土的重度 γ =19 kN/m 2 ，采用水泥土墙支护 结构，水泥土墙的深度 H =9m ，宽 b =3.7m ， 试计算水泥土墙抗倾覆稳定性于抗滑移稳定性。 解：详见课本25-26页。


④ 位移计算 重力式支护结构的位移在设计中应引起足够 重视，由于重力式支护结构的抗倾覆稳定有赖 于被动土压力的作用，而被动土压力的发挥是 建立在挡土墙一定数量位移的基础上的，因此， 重力式支护结构发生一定的位移是必然的，设 计的目的是将该位移量控制在工程许可的范围 内。 水泥土墙的位移可用“ m ”法等计算，但其 计算较复杂，目前工程中常用下述经验公式， 该计算法来自数十个工程实测资料，突出影响 水泥土墙水平位移的几个主要因素，计算简便、 适用。 (1-25)
板式支护结构设计


a、抗倾覆稳定性
当支护桩(墙)下端不是淤泥土的情况，悬臂支护结 构抗整体倾覆稳定性可按下式确定（图1-23）：

≥1.3
(1-26)


式中 Ep、hp——分别为被动侧土压力的合力 及合力对支护结构底端D点的力臂； Ea、ha——分别为主动侧土压力的合力及 合力对支护结构底端D点的力臂。
a) 板桩下部走动；b) 拉锚破坏；c) 支撑破坏；d) 拉锚长度不足 e) 板桩失稳弯曲； f) 板桩变形及桩背土体沉降 图1-21 板桩的工程事故

为此，板桩的入土深度、截面弯矩、支点反力、 拉锚长度及板桩位移称为板式支护结构的设计 五大要素。基坑开挖与支护必须进行结构的稳 定性验算及内力计算，此外，根据情况还应验 算抗隆起及抗渗稳定性。
，其中
—墙底至基坑底之间各土层内摩擦角按土层厚度 的加权平均值，（ ° ）； —水泥土墙的墙高， m ； —水泥土墙的插入深度， m ；



—墙底以上各土层粘聚力按土层厚度的加 权平均值， kPa ； —墙底至基坑底之间各土层粘聚力按土层 厚度的加权平均值， kPa ； —墙底以上各土层天然重度按土层厚度的加 权平均值， kN/m 3 ； —墙底至基坑底之间各土层天然重度按土层 厚度的加权平均值， kN/m 3 ； —地面荷载 q 的当量土层厚度， m ； —水泥土挡墙的宽度， m 。