基坑支护结构的计算

第二部分

基坑支护结构的计算

支护结构的设计和施工，影响因素众多，不少高层建筑的支护结构费用已超过工程桩基的费用。为此，对待支护结构的设计和施工均应采取极慎重的态度，在保证施工安全的前提下，尽量做到经济合理和便于施工。

一、支护结构承受的荷载

支护结构承受的荷载一般包括

–土压力

–水压力

–墙后地面荷载引起的附加荷载。

1 土压力

⑴主动土压力：

若挡墙在墙后土压力作用下向前位移时随位移增大，墙后土压力渐减小。当位移达某一数值时，土体内出现滑裂面，墙后土达极限平衡状态，此时土压力称为主动土压力，以Ea表示。

⑵静止土压力：

若挡墙在土压力作用下墙本身不发生变形和任何位移（移动或滑动），墙后填土处于弹性平衡状态，则此时作用在挡墙上的土压力成为静止土压力。以E0表示。(3)被动土压力：

若挡墙在外力作用下墙向墙背向移动，随位移增大，墙所受土的反作用力渐增大，当位移达一定数值时，土体内出现滑裂面，墙后土处被动极限平衡状态，此时土压力称为被动土压力，以Ep表示。

主动土压力计算

•主动土压力强度

•无粘性土

粘性土

土压力分布

对于粘性土按计算公式计算时，主动土压力在土层顶部（H=0处）为负值，即

表明出现拉力区，这在实际上是不可能发生的。只计算临界高度以下的主动土压力。

土压力分布

可计算此种情况下的临界高度Zc，进而计算临界高度以下的主动土压力。

被动土压力计算

被动土压力强度

•无粘性土

粘性土

计算土压力时应注意

•不同深度处土的内聚力C不是一个常数，它与土的上覆荷重有关，一般随深度的加大而增大，对于暴露时间长的基坑，土的内聚力可由于土体含水量的变化和氧化等因素的影响而减小甚至消失。

•、C 值是计算侧向土压力的主要参数，但在工程桩打设前后的、C值是不同的。在粘性土中打设工程桩时，产生挤土现象，孔隙水压力急剧升高，

对、C值产生影响。另外，降低地下水位也会使、C值产生变化。

水压力

作用于支护结构上的水压力一般按静水压力考虑。有稳态渗流时按三角形分布计算。

在有残余水压力时，

水压力按梯形分布。

水压力和土压力

•水压力和土压力的分算或合算问题。

•一般情况下，由于粘性土中水主要是结晶水和结合水，宜合算；也可以依据下述标准判断。

液性指数 :≥1，宜分算；

液性指数 :≤0，宜合算；

液性指数：（ 0，1），按最不利计算。

•在砂性土中土颗粒之间的空隙中充满的是自由水，受重力作用，为静水压力作用，宜分算。

合算时，地下水位以下土的重力密度采用饱和重力密度

•；

•分算时，地下水位以下土的重力密度采用浮重力密度 ; 再另外单独计算静水压力，然后相加。

•水土分算时（注意：水压力所选取的图形）

墙后地面荷载引起附加荷载

常见有两种情况：

⑴墙后有均布荷载ｑ；

⑵距离支护结构一定距离有均布荷载ｑ。

⑴墙后有均布荷载ｑ

如墙后堆有土方、材料等地面均布荷载对支护结构引起的附加荷载，可按下式计算：

⑵距离支护结构一定

距离有均布荷载ｑ此时压应力传到支护结构上有一空白距离h1 ,在h1之下产生均布的附加应力：

土压力合力的计算

支护结构的设计

•深基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。

•基坑支护结构极限状态可有两类：

–承载能力极限状态

–正常使用极限状态

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土体失稳、过大变形导致支护结构或基坑周边环境破坏；

2.正常使用极限状态：

对应于支护结构的变形已妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。基坑侧壁安全等级及重要性系数

•支护结构可分为两类：

–重力式支护结构（加固型）

–非重力式支护结构（支挡型）

•重力式包括深层搅拌水泥土桩挡墙、旋喷桩帷幕墙

•非重力式包括钢板桩、钢筋混凝土预制桩、钻孔灌注桩（排桩）挡墙、地下连续墙等。

二、重力式支护结构计算

深层搅拌水泥土桩挡墙是用特制的进入土深层的深层搅拌机将喷出的水泥浆固化剂与地基土进行原位强制搅拌制成水泥土桩，相互搭接，硬化后即形成具有一定强度的壁状挡墙，既可挡土又可形成隔水帷幕。

旋喷桩帷幕墙是钻孔后，将钻杆从地基土深处逐渐上提，同时利用插入钻杆端部的旋转喷嘴，将水泥浆固化剂喷入地基土中，形成水泥土桩，桩体相连形成帷幕墙。

旋喷桩帷幕墙可用作支护结构挡土，也可用于挡水。

•（一）原理重力式支护结构是依靠结构自身重力来维持极限平衡状态的。

•（二）荷载组合

– 1 土压力；

– 2 重力式结构自重；

– 3 地面超载包括：永久荷载、道路荷载、可变地下水位和施工荷载（施工机械荷载、材料堆放荷载）以及偶然荷载（地震荷载、人防荷载）。

重力式结构计算内容:

• 1 滑动稳定性验算

• 2 倾覆稳定性验算

• 3.土体整体滑动验算

• 4. 坑底隆起验算

• 5. 管涌验算

重力式支护结构计算简图

重力式支护结构主要是深层搅拌水泥土桩墙和旋喷桩帷幕墙，计算简图如图：

重力式支护结构计算（滑动稳定性）

1 滑动稳定性验算

2 倾覆稳定性验算

重力式支护结构（整体滑动验算）