基坑工程支护 第2章 水平荷载与水平抗力标准值ppt课件

1、石家庄经济学院石家庄经济学院 工程学院工程学院School of Engineering, Shijiazhuang university of Economics 基坑工程支护基坑工程支护Foundation pit Engineering第第2章章 程度荷载与程度抗力规范值程度荷载与程度抗力规范值水平荷载与水平抗力标准值支护构造上的荷载主要有土压力与水压力支护构造上的荷载主要有土压力与水压力土压力：土压力：是支护构造的主要荷载，指的是支护构造填土自重或外荷载是支护构造的主要荷载，指的是支护构造填土自重或外荷载对支护构造产生的侧向压力。对支护构造产生的侧向压力。分为自动、被动和静止土压力分为

2、自动、被动和静止土压力2.1 概述概述土的类别土的类别应力状态应力状态位移形式位移形式所需位移量所需位移量砂砂土土主动极限平衡主动极限平衡平移平移0.001h墙体高度墙体高度主动极限平衡主动极限平衡绕墙址转动绕墙址转动0.001h被动极限平衡被动极限平衡平移平移0.05h被动极限平衡被动极限平衡绕墙址转动绕墙址转动0.1h黏黏土土主动极限平衡主动极限平衡平移平移0.004h被动极限平衡被动极限平衡绕墙址转动绕墙址转动0.004h表：一些资料显示的，土体到达极限平衡形状时所需位移量表：一些资料显示的，土体到达极限平衡形状时所需位移量水平荷载与水平抗力标准值2.1 概述概述自动土压力：假设挡墙在墙

3、后自动土压力：假设挡墙在墙后土压力作用下向前位移时随位移土压力作用下向前位移时随位移增大，墙后土压力渐减小。当位增大，墙后土压力渐减小。当位移达某一数值时，土体内呈现滑移达某一数值时，土体内呈现滑裂面，墙后土达极限平衡形状，裂面，墙后土达极限平衡形状，此时土压力称为自动土压力，以此时土压力称为自动土压力，以Ea表示。表示。滑裂面Ea-水平荷载与水平抗力标准值2.1 概述概述静止土压力：假设挡墙静止土压力：假设挡墙在土压力作用下墙本身在土压力作用下墙本身不发生变形和任何位移不发生变形和任何位移挪动或滑动，墙后挪动或滑动，墙后填土处于弹性平衡形状，填土处于弹性平衡形状，那么此时作用在挡墙上的那么此

4、时作用在挡墙上的土压力成为静止土压力。土压力成为静止土压力。以以E0表示。表示。E0水平荷载与水平抗力标准值2.1 概述概述3被动土压力：假设挡墙在外力作用下墙向墙背向挪动，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，土体内呈现滑裂面，墙后土处被动极限平衡形状，此时土压力称为被动土压力，以Ep表示。+滑裂面外力Ep水平荷载与水平抗力标准值2.2 土压力实际及计算公式土压力实际及计算公式水平荷载与水平抗力标准值2.2 土压力实际及计算公式土压力实际及计算公式- - + + +- -Eoa ap pEaEoEp三种土压力的大小关系为：三种土压力的大小关系为： Ep E0 Ea水平荷载

5、与水平抗力标准值静止土压力静止土压力2.2 土压力实际及计算公式土压力实际及计算公式00Hk sin1100kk弹性时：阅历公式：侧压力系数： 静止土压力强度分布沿墙高静止土压力强度分布沿墙高呈三角形分布。假设墙高为呈三角形分布。假设墙高为H，那么作用于单位长度墙上的总静那么作用于单位长度墙上的总静止土压力止土压力Eo为为 Eo的作用点应在墙高的的作用点应在墙高的1/3处。处。20021HKE水平荷载与水平抗力标准值2.2 土压力实际及计算公式土压力实际及计算公式朗肯土压力朗肯土压力aaakcHk2朗肯自动土压力强度朗肯自动土压力强度 245tan2 ak令令朗肯被动土压力强度朗肯被动土压力强

6、度pppkcHk2245tan2pk令土体分层土体分层 水土分算水土分算地下水地下水 水土合算水土合算自动土压力的合力自动土压力的合力水平荷载与水平抗力标准值2.2 土压力实际及计算公式土压力实际及计算公式朗肯土压力朗肯土压力自动土压力强度自动土压力强度土的极限平衡条件)245tan(2)245(tan)245tan(2)245(tan213231oooocc 大主应力 1 vz 小主应力 3 h自动土压力强度 a h粘性土或aaaooaKczKcz2)245tan(2)245(tan2自动土压力系数)245(tan2oaK水平荷载与水平抗力标准值2.2 土压力实际及计算公式土压力实际及计算公

7、式朗肯土压力朗肯土压力自动土压力自动土压力aaooaKczKcz2)245tan(2)245(tan2粘性土的自动土压力强度包括两部分：粘性土的自动土压力强度包括两部分： 1.由土自重引起的土压力由土自重引起的土压力zKa； 2.由粘聚力由粘聚力c引起的负侧压力引起的负侧压力2cKa1/2。 其中负侧压力对增背是拉应力，实践其中负侧压力对增背是拉应力，实践上墙与土在很小的拉力作用下就会分别上墙与土在很小的拉力作用下就会分别普通情况下以为土不能接受拉应力，普通情况下以为土不能接受拉应力，故在计算土压力时，这部分应忽去不计。故在计算土压力时，这部分应忽去不计。临界深度z0粘性土自动土压力aaaKc

8、zKcKz20200222221cKcHKHEaaa水平荷载与水平抗力标准值无粘性土自动土压力强度分布无粘性土自动土压力无粘性土自动土压力aoazKz)245(tan2aaKHE221Ea作用点位于墙底以上H /3处Ea 合力集中力2.2 土压力实际及计算公式土压力实际及计算公式朗肯土压力朗肯土压力水平荷载与水平抗力标准值土的极限平衡条件)245tan(2)245(tan)245tan(2)245(tan213231oooocc大主应力 1 h 小主应力 3 vz被动土压力强度 p h粘性土或pppoopKczKcz2)245tan(2)245(tan2无粘性土或ppopzKz)245(tan

9、2)245(tan2opK被动土压力系数被动土压力系数2.2 土压力实际及计算公式土压力实际及计算公式朗肯土压力朗肯土压力被动土压力被动土压力水平荷载与水平抗力标准值粘性土被动土压力粘性土被动土压力Ep方向垂直墙背，作用点位于梯方向垂直墙背，作用点位于梯形面积的重心上形面积的重心上 粘性土被动土压力分布 无粘性土被动土压力分布非粘性土被动土压力非粘性土被动土压力Ep方向垂直墙背，作用点位于作方向垂直墙背，作用点位于作用点位于墙底以上用点位于墙底以上H /3处处pppKcHKHE2212ppKHE221水平荷载与水平抗力标准值 1土体外表有均布荷载q作用 当墙后土体外表有延续均布荷载q作用时，均

10、布荷载q在土中产生的上覆压力沿墙体方向矩形分布，分布强度为q，如以以下图。土压力的计算方法是将上覆压力项gz换以gzq计算即可，如粘土的自动土压力强度pa为：aaaKcqzKp2)(墙后土体外表超载q作用下的土压力计算图2.2 土压力实际及计算公式土压力实际及计算公式朗肯土朗肯土压力压力-几种情况朗肯土压力的计算几种情况朗肯土压力的计算 水平荷载与水平抗力标准值 2 2成层土体中的土压力计算成层土体中的土压力计算 普通情况下墙后土体均由几层不同性质的程度土层组成。在计算各点的土压普通情况下墙后土体均由几层不同性质的程度土层组成。在计算各点的土压力时，可先计算其相应的自重应力，在土压力公式中项力

11、时，可先计算其相应的自重应力，在土压力公式中项gzgz换以相应的自重应力换以相应的自重应力即可，需留意的是土压力系数应采用各点对应土层的土压力系数值。即可，需留意的是土压力系数应采用各点对应土层的土压力系数值。 3 3墙后土体有地下水的土压力计算墙后土体有地下水的土压力计算 当墙后土体中有地下水存在时，墙体除遭到土压力的作用外，还将遭到水压当墙后土体中有地下水存在时，墙体除遭到土压力的作用外，还将遭到水压力的作用。通常所说的土压力是指土粒有效应力构成的压力，其计算方法是地力的作用。通常所说的土压力是指土粒有效应力构成的压力，其计算方法是地下水位以下部分采用土的有效重度下水位以下部分采用土的有效

12、重度 计算，水压力按静水压力计算。但在实践计算，水压力按静水压力计算。但在实践工程中计算墙体上的侧压力时，思索到土质条件的影响，可分别采用工程中计算墙体上的侧压力时，思索到土质条件的影响，可分别采用“水土分算水土分算或或“水土合算的计算方法。所谓水土合算的计算方法。所谓“水土分算法是将土压力和水压力分别计水土分算法是将土压力和水压力分别计算后再叠加的方法，这种方法比较适宜浸透性大的砂土层情况；算后再叠加的方法，这种方法比较适宜浸透性大的砂土层情况；“水土合算法水土合算法在计算土压力时那么将地下水位以下的土体重度取为饱和重度，水压力不再单在计算土压力时那么将地下水位以下的土体重度取为饱和重度，水

13、压力不再单独计算叠加，这种方法比较适宜浸透性小的粘性土层情况。独计算叠加，这种方法比较适宜浸透性小的粘性土层情况。 水平荷载与水平抗力标准值解解: ka=tg2450-340/2 =0.283土压力分布为土压力分布为:墙顶墙顶a1=qka=100.283=2.8kPa墙底墙底a2=qka+Hka =2.8+1960.283 =2.8+32.3=35.1 kPa【例题【例题1 1 】水平荷载与水平抗力标准值设距墙底设距墙底 z处处113.8 z=2.8113.8 z=2.86 63+3+35.1-2.835.1-2.86/26/22 2z=2.15 mz=2.15 m水平荷载与水平抗力标准值解解

14、:由题意由题意12那么那么 ka1 ka2分层界面土压力有突分层界面土压力有突变变.Ka1=tg2450-320/2 =0.307ka2 =tg2450-160/2 =0.568土压力分布为土压力分布为:0点点 a0=zka1=0kPa z=0水平荷载与水平抗力标准值1点上点上 a1上上=1h1ka1=1720.307=10.4 kPa1点下点下 a1下下=1h1ka2-2cka21/2 =1720.568-2100.5681/2= 4.2 kPa2点点 a2=1h1ka2-2cka21/2+2h2ka2 = 4.2+1930.568 = 36.6 kPa总自动土压力总自动土压力: Ea=10

15、.42/2+4.23+36.6-4.2 3/2 =10.4+12.6+48.6=71.6 kN/m合力作用点合力作用点: 设距底边设距底边 z 处处 71.6z=10.43+2/3+12.61.5+ 48.61 z=1.48 m水平荷载与水平抗力标准值2.2 库伦土压力实际库伦土压力实际水平荷载与水平抗力标准值水平荷载与水平抗力标准值库仑自动土压力库仑自动土压力090水平荷载与水平抗力标准值)sin(180sin)(180sin00 水平荷载与水平抗力标准值Ka-库仑自动土压力系数。库仑自动土压力系数。Ka=f、查查P221表表8-1-墙背倾角，俯斜取墙背倾角，俯斜取“+，仰斜取，仰斜取“-k

16、a库仑自动土压力库仑自动土压力水平荷载与水平抗力标准值俯俯斜斜挡挡土土墙墙挡挡土土墙墙仰仰斜斜水平荷载与水平抗力标准值 当墙背直立当墙背直立=0光滑光滑=0填土面程度填土面程度=0时时:）（）（郎肯库仑245sin1cos0222tgkkaa即即:郎肯自动土压力是库仑自动土压力的一郎肯自动土压力是库仑自动土压力的一个特例个特例.水平荷载与水平抗力标准值库仑自动土压力分布沿墙高库仑自动土压力分布沿墙高aakzE221 aaazkdzdE H/3+程度线程度线墙背法线墙背法线库仑自动土压力库仑自动土压力水平荷载与水平抗力标准值库仑自动土压力库仑自动土压力水平荷载与水平抗力标准值库仑被动土压力库仑被

17、动土压力kpkp水平荷载与水平抗力标准值Kp=f、水平荷载与水平抗力标准值库仑被动土压力分布沿墙高库仑被动土压力分布沿墙高-H/3H/3程度线程度线法线法线库仑被动土压力库仑被动土压力水平荷载与水平抗力标准值总结总结 库伦土压力计算公式库伦土压力计算公式库仑自动土压力强度库仑自动土压力强度aaHk 222coscossinsin1coscoscos ak库仑被动土压力强度库仑被动土压力强度ppHk 222coscossinsin1coscoscos pk土体外表有均布荷载土体外表有均布荷载距支护一定间隔距支护一定间隔 的均的均布荷载或集中荷载布荷载或集中荷载分层土分层土特殊情况水平荷载与水平抗

18、力标准值 假设墙后填土有几层不同种类的程度土层组成，那么第一层的土压力仍按均质计算；第二层的土压力，可将第一层的土层作为均布载荷作用在第二层的顶面，并按第二层的目的计算土压力；多层时，以此类推。不同土层的土压力计算水平荷载与水平抗力标准值自动土压力的库尔曼图解法图解法是数解法的一种辅助手段，有时比数解法还要简便，现引见一种常用的图解法库尔曼图解法。水平荷载与水平抗力标准值分析方法分析方法填土条件填土条件挡墙条件挡墙条件根本计算公式根本计算公式方向方向作用点作用点滑动面滑动面郎郎肯肯理理论论1.1.从一点的极从一点的极限平衡状态推限平衡状态推导导2.2.滑体内各点滑体内各点均到达极限平均到达极限

19、平衡条件衡条件1.1.砂土和粘性砂土和粘性土土c=0c=0， c0 c02.2.填土面水平填土面水平=0=01.1.墙背直立墙背直立=0=02.2.墙背光滑墙背光滑=0=0垂直指向墙背垂直指向墙背水平水平据土压力据土压力分布图形分布图形确定确定主动时主动时: :crcr=45=450 0+/2+/2被动时被动时: :crcr=45=450 0-/2-/2库库仑仑理理论论1.1.从刚体静力从刚体静力平衡条件推导平衡条件推导2.2.滑面上到达滑面上到达极限平衡状态极限平衡状态1.1.砂土砂土c=0c=02.2.填土面可为填土面可为任意形状任意形状1.1.墙背可为一墙背可为一定倾角定倾角=0=0，0

20、02.2.墙背不一定墙背不一定光滑光滑=0=0 ，00主动时主动时: :与水平与水平面呈面呈+被动时被动时: :与水平与水平面呈面呈-墙高的墙高的1/31/3，或按土楔或按土楔形心确定形心确定由图解法求得由图解法求得)245(2)245(20202 tgkkczktgkkczkppppaaaa).(21).(2122 fkkhEfkkhEpppaaa 水平荷载与水平抗力标准值1、朗肯与库伦土压力实际均属于极限形状土压力实际。用这两种实际计算、朗肯与库伦土压力实际均属于极限形状土压力实际。用这两种实际计算出的土压力都是墙后土体处于极限乎衡形状下的自动与被动土压力。出的土压力都是墙后土体处于极限乎

21、衡形状下的自动与被动土压力。2、两种分析方法上存在的较大差别，主要表如今研讨的动身点和途径的不、两种分析方法上存在的较大差别，主要表如今研讨的动身点和途径的不同。朗肯实际是从研讨土中一点的极限平衡应力形状动身，首先求出的是作同。朗肯实际是从研讨土中一点的极限平衡应力形状动身，首先求出的是作用在土中竖直面上的土压力强度用在土中竖直面上的土压力强度a或或p及其分布方式，然后再计算出作及其分布方式，然后再计算出作用在墙背上的总土压力用在墙背上的总土压力Ea和和Ep，因此朗肯实际属于极限应力法。库伦实际，因此朗肯实际属于极限应力法。库伦实际那么是根据墙背和滑裂面之间的土楔，整体处于极限平衡形状，用静力

22、平衡那么是根据墙背和滑裂面之间的土楔，整体处于极限平衡形状，用静力平衡条件，先求出作用在墙背上的总土压力条件，先求出作用在墙背上的总土压力Ea或或Ep，需求时再算出土压力强度，需求时再算出土压力强度a或或p及其分布方式，因此库伦实际属于滑动楔体法。及其分布方式，因此库伦实际属于滑动楔体法。3、上述两种研讨途径中，朗肯实际在实际上比较严密，但只能得到理想简、上述两种研讨途径中，朗肯实际在实际上比较严密，但只能得到理想简单边境条件下的解答，在运用上遭到限制。库伦实际显然是一种简化实际，单边境条件下的解答，在运用上遭到限制。库伦实际显然是一种简化实际，但由于其能适用于较为复杂的各种实践边境条件，且在

23、一定范围内能得出比但由于其能适用于较为复杂的各种实践边境条件，且在一定范围内能得出比较称心的结果，因此运用广泛。较称心的结果，因此运用广泛。水平荷载与水平抗力标准值2.3 土压力的分布土压力的分布基坑工程的设计荷载基坑工程的设计荷载水平荷载与水平抗力标准值土压力的计算方式主要有两大类：土压力的计算方式主要有两大类：1、以朗肯、库仑土压力公式为根底计算得到的土压力、以朗肯、库仑土压力公式为根底计算得到的土压力 应思索地基土强度参数的取值，还应思索地面荷载、地应思索地基土强度参数的取值，还应思索地面荷载、地面的外形面的外形2、以实测值为根底的土压力分布模型、以实测值为根底的土压力分布模型 留意：基

24、坑开挖深度以下的土压力分布实际和实际上确定都留意：基坑开挖深度以下的土压力分布实际和实际上确定都非常困难，目前争论非常大。非常困难，目前争论非常大。2.3 土压力的分布土压力的分布水平荷载与水平抗力标准值2.3 土压力的分布土压力的分布基坑支护桩与挡土墙土压力计算的差别基坑支护桩与挡土墙土压力计算的差别1、挡土墙是先筑墙后填土，基坑支护是先作支护桩墙后、挡土墙是先筑墙后填土，基坑支护是先作支护桩墙后开挖，由静止土压力逐渐过渡到自动、被动土压力开挖，由静止土压力逐渐过渡到自动、被动土压力2、挡土墙是刚填的土，其粘聚力小，强度较低，而基坑、挡土墙是刚填的土，其粘聚力小，强度较低，而基坑开挖的土是杂

25、填土，它们是经过多少年自然压实的土开挖的土是杂填土，它们是经过多少年自然压实的土3、库仑、朗肯土压力实际是在平面问题上建立的，但深、库仑、朗肯土压力实际是在平面问题上建立的，但深基坑开挖是一个空间问题。基坑和挡土墙的边境条件不一基坑开挖是一个空间问题。基坑和挡土墙的边境条件不一样，支护墙不但与深度有关，还与宽度有关样，支护墙不但与深度有关，还与宽度有关4、朗肯实际假定墙与土无摩擦力，实践上是存在的，在、朗肯实际假定墙与土无摩擦力，实践上是存在的，在基坑支护计算中应该表达出来基坑支护计算中应该表达出来水平荷载与水平抗力标准值朗肯、库仑实际土压力的分布为三角形，朗肯主、被动土朗肯、库仑实际土压力的

26、分布为三角形，朗肯主、被动土压力与实测的土压力的对比方以下图所示压力与实测的土压力的对比方以下图所示H静止土压力静止土压力朗肯自动土压力朗肯自动土压力实测实测实测实测朗肯被动土压力朗肯被动土压力2.3 土压力的分布土压力的分布水平荷载与水平抗力标准值25020015010050050100150200kPa2m10.516.60自动土压力自动土压力被动土压力被动土压力开挖前开挖前开挖后开挖后自立式黏土与砂土地域土压力分布：北京邮政通讯枢纽大自立式黏土与砂土地域土压力分布：北京邮政通讯枢纽大楼工程悬臂桩支护，基坑深楼工程悬臂桩支护，基坑深10.5m，桩入土嵌固深度，桩入土嵌固深度6.1m，桩径为

27、桩径为800mm，主要为粉质黏土，主要为粉质黏土2.3 土压力的分布土压力的分布水平荷载与水平抗力标准值自立式软土地域土压力分布：上海博物馆新馆工程，其支自立式软土地域土压力分布：上海博物馆新馆工程，其支护构造为深层搅拌自立式，桩墙内外各设单排钻孔灌注桩，护构造为深层搅拌自立式，桩墙内外各设单排钻孔灌注桩，开挖深为开挖深为9m，桩墙入土嵌固为，桩墙入土嵌固为911m9m05101520050100150200250300-50计算的朗肯计算的朗肯自动土压力自动土压力kPa实测自动土压力实测自动土压力2.3 土压力的分布土压力的分布水平荷载与水平抗力标准值2.3 土压力的分布土压力的分布水压力的

28、分布：水压力的分布：5、水压力各个方向一样，所以不乘土压力系数、水压力各个方向一样，所以不乘土压力系数水平荷载与水平抗力标准值2.4 地面荷载地面荷载地面荷载：地面荷载：地面荷载指支护桩墙附近地面上的堆载，汽车吊车、履带吊地面荷载指支护桩墙附近地面上的堆载，汽车吊车、履带吊车、塔吊等集中荷载，临近建筑物、构筑物等荷载。车、塔吊等集中荷载，临近建筑物、构筑物等荷载。1、地面均布荷载、地面均布荷载H H KaqqqKaq H-bb45+ /2水平荷载与水平抗力标准值2.4 地面荷载地面荷载2、地面集中荷载折算为均布荷载、地面集中荷载折算为均布荷载德国德国?码头围护工程码头围护工程?规定可作为参考规

29、定可作为参考1、码头起重机械距支护桩、码头起重机械距支护桩1.5m内按内按6t/m2取值，距桩取值，距桩 1.53.5m按按4t/m2取值取值2、轻型公路、轻型公路 按按0.5t/m2取值取值3、重型公路、重型公路 按按1t/m2取值取值4、铁路、铁路 按按2t/m2取值取值水平荷载与水平抗力标准值2.5 程度荷载与程度抗力规范值程度荷载与程度抗力规范值一、程度荷载规范值一、程度荷载规范值1、对于碎石土及砂土、对于碎石土及砂土 1当计算点位于地下水位以上时，当计算点位于地下水位以上时，aiikaiajkajkKcKe2 waiwawajwajaiikaiajkajkKhmhzKcKe 2作用于

30、挡墙上的土压力、水压力和地面附加荷载产生的程度荷载规范值，宜按当地可取阅历确定，当无阅历时按以下规定计算：程度荷载规范值计算简图程度荷载规范值计算简图2当计算点位于地下水位以下时，水平荷载与水平抗力标准值2.5 程度荷载与程度抗力规范值程度荷载与程度抗力规范值一、程度荷载规范值一、程度荷载规范值地下水位以下地下水位以下mj计算参数，当计算参数，当zj=h时，取时，取hwa计算系数，当计算系数，当hwa=h时，取时，取1。 waiwawajwajaiikaiajkajkKhmhzKcKe 22、对于粉土及黏性土、对于粉土及黏性土aiikaiajkajkKcKe2 当按上述公式计算的基坑开挖面以上程度荷载规范值小于零时，取其值为零。水平荷载与水平抗力标准值3、竖向应力规范值、竖向应力规范值aik按以下规定计算按以下规定计算ajk = + 0k +1k 1自重竖向应力 当计算点位于基坑开挖面以上时，计算点深度Zi处自重竖向应力： = mj zj 当计算点位于基坑开挖面以下时，计算点深度Zi处