荷载与抗力计算

荷载与抗力计算

作用于围护墙上的水平荷载，主要是土压力、水压力和地面附加荷载产生的水平荷载。

围护墙所承受的土压力，要精确的计算有一定困难，因为影响土压力的因素很多，不仅取决于土质，还与围护墙的刚度、施工方法、空间尺寸、时间长短、气候条件等都有关。

目前计算土压力多用朗金（Ramkine）土压力理论。朗金土压力理论的墙后填土为匀质无粘性砂土，非一般基坑的杂填土、粘性土、粉土、淤泥质土等，不呈散粒状；朗金理论土体应力是先筑墙后填土，土体应力是增加的过程，而基坑开挖是土体应力释放过程，完全不同；朗金理论将土压力视为定值，实际上在开挖过程中是变化的。所解决的围护墙土压力为平面问题，实际上土压力存在显著的空间效应；朗金理论属极限平衡原理，属静态设计原理，而土压力处于动态平衡状态，开挖后由于土体蠕变等原因，会使土体强度逐渐降低，具有时间效应；另外，在朗金计算公式中土工参数（φ、c）是定值，不考虑施工效应，实际上在施工过程中由于打设预制桩、降低地下水位等施工措施，会引起挤土效应和土体固结，使φ、c值得到提高。因此，要精确地计算土压力是困难的，只能根据具体情况选用较合理的计算公式，或进行必要的修正，供设计支护结构用。

根据我国《建筑基坑支护技术规程》JGJ 120-99，水平荷载标准值和水平抗力标准值可按下列公式进行计算：

水平荷载标准值

作用于围护墙上的土压力、水压力和地面附加荷载产生的水平荷载标准值e ajk（图6-61），应按当地可靠经验确定，当无经验时按下列规定计算：

图6-61 水平荷载标准值计算图

1．对于碎石土和砂土：

（1）当计算点位于地下水位以上时

ai ik ai ajk ajk K c K e 2-=σ （6-26）

（2）当计算点位于地下水位以下时

w ai wa wa j wa i ai ik ai ajk ajk K h m h z K c K e γησ])()[(2---+-= （6-27） 式中 σajk ——作用于深度z i 处的竖向应力标准值，按式（6-29）计算；

K ai ——第i 层土的主动土压力系数；

)245(2k

i ai tg K ϕ-=

φi ——第i 层土的内摩擦角标准值；

c ik ——三轴试验（当有可靠经验时，可采用直接剪切试验）确定的第i

层土固结不排水（快）剪粘聚力标准值；

z j ——计算点深度；

m j ——计算参数，当z j ＜h 时，取z j ；当z j ≥h 时，取h ；

h wa ——基坑外侧地下水位深度；

ηwa ——计算系数，当h wa ≤h 时，取1；当h wa ＞h 时，取零；

γw ——水的重度。

2．对于粉土和粘土：

ai ik ai ajk ajk K c K e 2-=σ （6-28）

当按上述公式计算的基坑开挖面以上水平荷载标准值小于零时，则取其值为零。

3．基坑外侧竖向应力标准值σajk 按下式规定计算：

σajk ＝σrk +σok +σ1k （6-29）

（1）计算点深度z i 处自重竖向应力σrk ：

当计算点位于基坑开挖面以上时：

σrk ＝γmj z j （6-30）

当计算点位于基坑开挖面以下时：

σrk ＝γmh h （6-31）

式中 γmj ——深度z j 以上土的加权平均天然重度；

γmh ——开挖面以上土的加权平均天然重度。

（2）当支护结构外侧地面作用均布荷载q 0时（图6-62），基坑外侧任意深度处竖向应力标准值σok ，按下式计算：

σok ＝q 0 （6-32）

图6-62 地面均布荷载时基坑外侧附加竖向应力计算简图

（3）当距离支护结构外侧b 1处地表作用有宽度为b 0的条形附加荷载q 1时（图6-63），基坑外侧深度CD 范围内的附加竖向应力标准值σ1k ，按下式计算：

1

00112b b b q k +=σ （6-33）

图6-63 局部荷载作用下基坑外侧附加竖向应力计算简图

水平抗力标准值

1．基坑内侧水平抗力标准值e pjk 宜按下列规定计算（图6-64）：

图6-64 水平抗力标准值计算简图

（1）对于砂土和碎石土

w pj wp j pi ik pi pjk pjk K h z K c K e γσ)1)((2--++=（6-34）

式中 σpjk ——作用于基坑底面以下深度z j 处的竖向应力标准值；

σpjk ＝γmj z j （6-35）

K pi ——第i 层土的被动土压力系数；

)245(2k

i pi tg K ϕ+=

（2）对于粘性土及粉土：

pi ik pi pjk pjk K c K e 2+=σ （6-36）

2．作用于基坑底面以下深度zj 处的竖向应力标准值σpjk ，可按下式计算：

σpjk ＝γmj z j （6-37）

式中 γmj ——深度z j 以上土的加权平均天然重度。