基坑支护工程-基坑支护荷载计算

1、深基坑工程深基坑工程深深 基基 坑坑 工工 程程基坑支护荷载计算深基坑工程深基坑工程第二章第二章 作用于支护结构的荷载作用于支护结构的荷载一、荷载分类一、荷载分类荷载分类荷载分类永久荷载：土体自重、土压力永久荷载：土体自重、土压力可变荷载：汽车、吊车、堆载可变荷载：汽车、吊车、堆载偶然荷载：地震力、爆炸力、撞击力偶然荷载：地震力、爆炸力、撞击力1.1.荷载分类荷载分类深基坑工程深基坑工程2.2.作用于支护结构上的荷载作用于支护结构上的荷载作用于支护作用于支护结构的荷载结构的荷载土压力土压力建筑物、结构物荷载建筑物、结构物荷载支护结构为主体一部分，考虑地震力支护结构为主体一部分，考虑地震力水压力

2、水压力施工荷载施工荷载温度引起的附加荷载温度引起的附加荷载3.3.基坑设计基本要求基坑设计基本要求（1 1）承载能力极限状态：支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变）承载能力极限状态：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和周边环境破坏。形导致支护结构和周边环境破坏。（2 2）正常使用极限状态：支护结构的变形妨碍地下结构施工，或者影响周）正常使用极限状态：支护结构的变形妨碍地下结构施工，或者影响周边环境的正常使用功能。边环境的正常使用功能。 支护结构均应进行承载能力极限状态的设计计算，一级基坑和对变形有支护结构均应进行承载能力极限状态的设计计算，一级基坑和对变形有限定的二

3、级基坑，还要进行支护结构和周边环境的变形计算。限定的二级基坑，还要进行支护结构和周边环境的变形计算。深基坑工程深基坑工程二、土压力二、土压力建筑物填土挡土墙地下室地下室 外墙桥台道路挡土墙深基坑工程深基坑工程主动土压力和被动土压力的产生，前提条件是主动土压力和被动土压力的产生，前提条件是支护结构存在位移支护结构存在位移；当支护结构当支护结构没有位移没有位移时，则土对支护结构的压力为时，则土对支护结构的压力为静止土压力静止土压力。 土压力的分布与支点的设置及其数量都有关系；悬臂支护桩土压力的实土压力的分布与支点的设置及其数量都有关系；悬臂支护桩土压力的实测值与按朗肯公式计算值的对比，非挖土侧实测

4、土压力小于朗肯主动土测值与按朗肯公式计算值的对比，非挖土侧实测土压力小于朗肯主动土压力，即压力，即计算结果偏大计算结果偏大。土的内聚力土的内聚力C C、内摩擦角、内摩擦角值可根据下列规定适当调整：值可根据下列规定适当调整： 在在井点降低地下水井点降低地下水范围内，当地面有排水和防渗措施时，范围内，当地面有排水和防渗措施时，值可提值可提高高20%20%； 在在井点降水土体固结井点降水土体固结的条件下，可考虑土与支护结构间侧摩阻力影的条件下，可考虑土与支护结构间侧摩阻力影响，响，将土的内聚力将土的内聚力c c提高提高20%20%。 深基坑工程深基坑工程1.1.静止土压力静止土压力zz0 xKz1z

5、z010 xyKKzz地下室 外墙00Kz静止土压力强度（kN/m2) 10(0 K（经验公式）01 sinK 静止土压力合力大小静止土压力合力大小H0KHP00012PKH H20012PKH(kN/m)H/3三角形形心处，距底面 H/3处或查表0K K0 0 静止土压力系数作用点位置作用点位置深基坑工程深基坑工程2.2.主动土压力（无粘性土）主动土压力（无粘性土）zzaaKzzHaKHPaH/3墙体移动方向（离开土体）Ka主动土压力系数，KaK012aaPKH H212aaPKH三角形形心处，距底面 H/3处方向方向水平作用点位置作用点位置主动土压力合力大小主动土压力合力大小深基坑工程深基

6、坑工程3.3.被动土压力（无粘性土）被动土压力（无粘性土）zzppKzzHpKHPpH/3墙体移动方向（挤压土体）Kp被动土压力系数。KaK0Kp12ppPKH H212ppPKH三角形形心处，距底面 H/3处方向方向水平作用点位置作用点位置被动土压力合力大小被动土压力合力大小深基坑工程深基坑工程4.4.主动土压力、被动土压力、静止土压力关系主动土压力、被动土压力、静止土压力关系土压力土压力P P位移位移apPaP0PpPaP0Pp深基坑工程深基坑工程5.5.朗肯土压力理论朗肯土压力理论 假设：假设： 墙背垂直、光滑、墙背垂直、光滑、 墙后填土水平。墙后填土水平。fvvK 0vaK vpK 深

7、基坑工程深基坑工程213tan452 tan 4522c20()tan452 tan 4522azpc231tan452 tan 4522c主动土压力强度主动土压力强度0()2aaazp Kc K主动土压力系数主动土压力系数2tan452aK20()tan452 tan 4522pzpc被动土压力强度被动土压力强度0()2pppzp Kc K被动土压力系数被动土压力系数2tan452pK极限平衡条件极限平衡条件（1 1）主动土压力）主动土压力深基坑工程深基坑工程, , cHp0ABA A点点2tan (45)2aK02Aaaap KC KB B点点0()2BaaapH KC K如果如果 p0

8、= 0A A点点2AaaCK B B点点2BaaaHKCK0a位于2aCzK如果如果 C = 0( (无粘性土）无粘性土）A A点点0Aaap KB B点点0()BaapH KPaPa土压力合力土压力合力Pa压力图形面积压力图形面积（三角形或梯形）P0 = 0时时221222aaaCPH KCHK均质土均质土深基坑工程深基坑工程成层土成层土P0BC111,C222,CH1H201112Aaaap KCK211tan (45)2aK222tan (45)2aK011111)2BaaapH KCK上（011222)2BaaapH KCK下（01122222)2CaaapHHKCK（A主动土压力合力

9、？主动土压力合力？深基坑工程深基坑工程墙后填土有地下水墙后填土有地下水BC,C H1H2A2tan (45)2aK2AaaCK 12BaaaH KC K12()2CaaaHHKC Kz002aCzK土压力合力压力图形面积压力图形面积水压力合力Ca2wH212wwPH排水口深基坑工程深基坑工程已知条件如图已知条件如图求：作用在墙上的主动土压力求：作用在墙上的主动土压力Pa0.542020kN/mp 6m316kN/m210kN/mC 204.2Pa1.82例例 题题深基坑工程深基坑工程解：解：49. 0)22045(tan)245(tan22aKaaAaKCKp20kPa2 . 449. 010

10、249. 020aaBaKCKHp2)(0kPa84.4249. 010249. 0)61620(0 处02)(0aaKCKzpaaaKKpKCz02m54. 049. 01649. 02049. 0102mkNPa/95.116)54. 06(84.4221主动土压力合力主动土压力合力Pa作用点：作用点：m82. 1)54. 06(31方方 向：水平向：水平例例 题题深基坑工程深基坑工程（2 2）被动土压力）被动土压力, , cHp0ABA A点点2tan (45)2pK02Apppp KCKB B点点0()2BppppH KCK如果如果 p0= 0A A点点2AppC KB B点点2Bpp

11、pHKCK如果如果C = 0( (无粘性土）无粘性土）A A点点0Appp KB B点点0()BpppH KPpPp土压力合力土压力合力Pp土压力方向土压力方向水平水平土压力作用点土压力作用点土压力分布图形形心土压力分布图形形心 压力图形面积压力图形面积（三角形或梯形）（三角形或梯形）深基坑工程深基坑工程6.6.库伦土压力库伦土压力（1 1）思路：）思路：（2 2）假定）假定 把墙后达到极限平衡的滑动土楔体视为刚体，从滑动土楔体的静力平衡条件得出土压力理论。（1 1）填土无粘性）填土无粘性(C=0)（2 2）滑动面为一通过墙踵的平面）滑动面为一通过墙踵的平面深基坑工程深基坑工程（3 3）主动土

12、压力）主动土压力P Pa a（属平面应变问题，取1m长分析）ABC破坏面与水平面的夹角破坏面与水平面的夹角WP墙土间摩擦角，墙土间摩擦角， 也称为外摩擦角也称为外摩擦角土的内摩擦角土的内摩擦角填土坡角填土坡角W土楔体自重土楔体自重 W W，大小、方向，大小、方向已知已知RR破坏面破坏面BCBC上的反力上的反力 R R，大小，大小未知未知，方向方向已知已知P土压力土压力 P P，大小，大小未知未知，方向，方向已知已知90墙背倾角墙背倾角深基坑工程深基坑工程WRP由正弦定理由正弦定理sin()sin(180()PW)sin()sin(WPABCWPRABCW 12BC ADD22cos() cos

13、()2cossin()HWHsin(90)cos()BCABsin()cossin()HADABcos()cos()cosH由正弦定理由正弦定理深基坑工程深基坑工程WRPsin()sin()PWABCWPRD22cos() cos()2cossin()HW22cos() cos() sin()2cossin() sin()HP即即2(,)2HPf 其中其中是是假设的滑动面与水平面的夹角假设的滑动面与水平面的夹角H深基坑工程深基坑工程22cos() cos() sin()2cossin() sin()HP求极值，求极值，令令0ddP求出破坏角cr代入上式得得2222cos ()2sin()sin

14、()coscos() 1cos()cos()aHP即即212aaPH K土压力强度土压力强度aaadPzKdz（沿墙高）三角形分布（沿墙高）三角形分布(,)aKf 深基坑工程深基坑工程（2 2）被动土压力）被动土压力P Pp pABCWPRABCWPRWPR2222cos ()2sin()sin()coscos() 1cos()cos()pHP得得若若0,0,0221tan (45)22pPH与朗肯公式相同深基坑工程深基坑工程朗肯土压力理论：朗肯土压力理论：根据半无限弹性体的极限平衡条件求出土压力根据半无限弹性体的极限平衡条件求出土压力因此，假定墙背垂直、光滑、墙后填土水平因此，假定墙背垂直、

15、光滑、墙后填土水平 因不计墙土间摩阻力，求得的Pa偏大，这在挡土 墙设计中是偏于安全的，求得的Pp偏小，这在桥台设计中也是偏于安全的。深基坑工程深基坑工程库仑土压力理论：库仑土压力理论：根据墙后土楔体的极限平衡条件求出土压力根据墙后土楔体的极限平衡条件求出土压力因此，墙背可以不垂直、不光滑、墙后填土不水平因此，墙背可以不垂直、不光滑、墙后填土不水平但因假定破坏面是平面，与实际的曲面有出入。但因假定破坏面是平面，与实际的曲面有出入。 通常，计算主动土压力误差在210%，满足工程所需的精度要求；但被动土压力计算结果误差较大。并且，上面的公式只适用于无粘性土。并且，上面的公式只适用于无粘性土。深基坑

16、工程深基坑工程三、特殊情况下土压力的计算三、特殊情况下土压力的计算1 1、地面局部荷载、地面局部荷载（1 1）集中荷载）集中荷载按布辛奈斯克解：按布辛奈斯克解： 0.52232(1 2 )cos3sincos21 coshQZSpangler修正解修正解： 22222 3222 321.77(0.4)()0.28(0.4)(0.16)cos (1.1 )hhhhQm nmHmnQnmHn深基坑工程深基坑工程（2 2）线荷载）线荷载按布辛奈斯克解：按布辛奈斯克解： 22222()hqm nHmn实测修正解实测修正解： 2222222 34(0.4)()0.28(0.4)(0.16)hhqm nm

17、HmnQnmHn深基坑工程深基坑工程近似解：近似解： AaPpEPKEPK深基坑工程深基坑工程（3 3）条形荷载）条形荷载按太沙基公式修正解：按太沙基公式修正解： 2(sincos2 )hqH朗肯近似解朗肯近似解： 深基坑工程深基坑工程地面附加荷载传至地面附加荷载传至n n层土底面的竖向荷载层土底面的竖向荷载q qn n（1 1）地面满布均布荷载）地面满布均布荷载q q0 0时，任何时，任何土层底面处：土层底面处：（2 2）离开挡土结构距离为）离开挡土结构距离为a a时时 onqqahnii10nq1niiha1noniibqqbah深基坑工程深基坑工程(3)(3)作用在面积为作用在面积为 与

18、挡土结构平行）的地面荷载，离开挡土与挡土结构平行）的地面荷载，离开挡土结构距离时。结构距离时。ahnii10nqahnii10112121)2)(qhbhabbbqniniiin221b(bb 深基坑工程深基坑工程四、水压力四、水压力水压力，主要水压力，主要根据土质情况根据土质情况确定如何考虑水压力的问题确定如何考虑水压力的问题 。对于对于粘性土粘性土，土壤的透水性较差，此粘性土产生的侧向压力可采用，土壤的透水性较差，此粘性土产生的侧向压力可采用水水土合算土合算的方法，即侧压力为相应深度处竖向土压力与水压力之和乘以的方法，即侧压力为相应深度处竖向土压力与水压力之和乘以侧压力系数。侧压力系数。对于对于砂性土砂性土，采用，采用水土分算水土分算，即侧压力为相应深度处竖向土压力乘以，即侧压力为相应深度处竖向土压力乘以侧压力系数与该深度处水压力之和。侧压力系数与该深度处水压力之和。深基坑工程深基坑工程对比对比砂土简化计算，将水压力与土压力分别砂土简化计算，将水压力与土压力分别计算，并把水看作是：计算，并把水看作是： 主动压力