第7压力与基坑支护设计

7、土压力与基坑支护设计7.1概述7.2静止土压力计算7.3朗肯土压力理论7.4库仑土压力理论7.5基坑支护设计7.1

概述挡土结构物(挡土墙)

用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性，或使部分侧向荷载传递分散到填土上的一种结构物。挡土结构物上的土压力

由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。刚性挡土墙墙身变形极小，只能发生整体位移重力式悬臂式扶壁式

锚拉式（锚碇式）刚性挡土墙的位移及土压力分布垮塌的重力式挡墙垮塌的护坡挡墙失稳的立交桥加筋土挡土墙悬臂式挡土墙重力式挡土墙加筋式挡土墙柔性挡土墙墙身会发生变形，墙上土压力分布形式复杂锚杆板桩板桩变形板桩上土压力实测计算临时支撑系统的位移及土压力分布临时支撑土压力分布受施工过程和变位条件的影响刚性挡土墙土压力计算比较简单，其它类型的土压力计算大都以刚性墙为依据本章要讨论的中心问题

刚性挡土墙上的土压力性质及土压力计算，包括土压力的大小、方向、分布及合力作用点

挡土结构物及其土压力支撑天然斜坡E地下室侧墙E填土E填土堤岸挡土墙拱桥桥台E静止压力被动土压力主动土压力土压力土压力类型作用在挡土墙上的土压力墙体位移与土压力类型土压力的类型静止土压力E0：坚硬地基上，断面较大主动土压力Ea：一般挡土墙被动土压力Ep:桥台挡土墙所受土压力的大小并不是一个常数，而是随位移量的变化而变化。E桥面拱桥桥台7.2

静止土压力计算静止土压力墙体不发生任何位移=0相当于天然地基土的应力状态（侧限状态）

——K0应力状态嵌岩的挡土墙地下室对于侧限应力状态，理论上：K0=μ/(1-μ)

szszshp0=shz---K0:静止土压力系数

对于砂土、正常固结粘土由于土的μ

很难确定，K0常用经验公式计算静止土压力计算HzE0总静止土压力作用位置？7.3

朗肯土压力理论

朗肯土压力理论的假设：

1.挡土墙背面竖直2.墙背光滑3.墙后填土面水平朗肯土压力理论是英国科学家朗肯1857年根据均质的半无限土体的应力状态和土处于平衡状态的应力条件提出的。朗肯极限平衡应力状态自重应力作用下，半无限土体内各点的应力从弹性平衡状态发展为极限平衡状态的情况。3fz=zK0z主动极限平衡应力状态s1s345+f/21fz=zK0z被动极限平衡应力状态s1s3s3s145-f/2无粘性土土体的极限平衡状态粘性土一、朗肯主动土压力计算竖向应力为大主应力水平向应力为小主应力粘性土的极限平衡条件于是：主动土压力强度a=3z=z1、填土为粘性土朗肯主动土压力计算－填土为粘性土主动土压力强度－朗肯主动土压力系数负号45+f/2z0－z0z>z0

z<z0

HEa总主动土压力－z0朗肯主动土压力计算－填土为粘性土朗肯主动土压力计算s145+f/2竖向应力为大主应力水平向应力为小主应力无粘性土的极限平衡条件z于是：主动土压力强度a=3fz=zK0z

a=s32、填土为无粘性土（砂土）朗肯主动土压力计算－填土为无粘性土（砂土）s145+f/2pa=s3z主动土压力强度－朗肯主动土压力系数总主动土压力例5-2某挡土墙，高度为5m，墙背垂直光滑，填土面水平。填土为黏性土，其物理力学性质指标如下：c=8kpa，f=18°，γ=18kN/m³。试计算该挡土墙主动土压力及其作用点位置，并绘制主动土压力强度分布图。二、朗肯被动土压力计算竖向应力为小主应力水平向应力为大主应力粘性土的极限平衡条件于是：被动土压力强度p=1fz=zK0z1、填土为粘性土朗肯被动土压力计算－填土为粘性土被动土压力强度－朗肯被动土压力系数正号EpH总被动土压力朗肯被动土压力计算竖向应力为小主应力水平向应力为大主应力45-/2无粘性土的极限平衡条件于是：被动土压力强度p=1fz=zK0z

p=s1s3z2、填土为无粘性土（砂土）朗肯被动土压力计算－填土为无粘性土（砂土）45-/2

p=s1s3z被动土压力强度－朗肯被动土压力系数总被动土压力小结：朗肯土压力理论墙背垂直光滑主动和被动极限平衡条件砂土和粘性土1fv=zK0vs1s345-f/245+f/23fs1s3粘性土的主动土压力HEa不支护直立开挖的最大深度－z0例某挡土墙，高度为5m，墙背垂直光滑，填土面水平。填土为黏性土，其物理力学性质指标如下：c=8kpa，f=18°，γ=18kN/m³。试计算该挡土墙被动土压力及其作用点位置，并绘制被动土压力强度分布图。三、几种常见情况下的主动土压力计算1填土上有荷载s145+f/2a=3fz=z+qK0zz

a=s3q朗肯土压力理论三、几种常见情况下的主动土压力计算1填土上有荷载s145+f/2zpa=s3q朗肯土压力理论作用位置怎么算？？？2、成层填土情况g1

1c1g2

2c2H1H2f2

<

f1f2

>

f1c1=c2=0时g2

2

H1H2g1

1

1

=

2

时g2

>

g1g2

<

g1g1

=

g2

时成层填土：

强度指标不同，土层分界面上土压力分布有突变。H1H23填土中有水水下部分用浮重度土压力土压力水压力静水情况水压力例题

挡土墙高度H=10m，填土为砂土，墙后有地下水位。计算:主动土压力及水压力的分布及其合力。[解]主动土压力系数各点主动土压力:a点：pal=1zKa=0b点：pa2=1h1Ka=1860.333=36kPac点：pa3=(1h1+h2)Ka=(186+94)0.333=48kPa合力:Ea=0.5366+364+0.5(48-36)4=108+144+24=276kN/m作用点距墙底距离:c点水压力:pw=wh2=9.814=39.2kPa水压力合力:Pw=39.24/2=78.4kN/m作用点：h2/3=4/3=1.33m处。END48７.５

基坑支护

基坑支护结构一般根据地质条件，基坑开挖深度以及对周边环境保护要求采取重力式水泥土墙、板式支护结构、土钉墙等形式。在支护结构设计中首先要考虑周边环境的保护，其次要满足本工程地下结构施工的要求，再则应尽可能降低造价、便于施工。49501、水泥土搅拌桩（水泥土墙）做法、应用水泥土搅拌桩（或称深层搅拌桩、水泥土墙）支护结构是近年来发展起来的一种重力式支护结构。它是通过搅拌桩机将水泥与土进行搅拌，形成柱状的水泥加固土（搅拌桩），由此形成重力式支护结构。水泥土材料：水泥掺量通常12%~15%（单位土体的水泥掺量与土的重力密度之比）；适用：4~6m深的基坑，最大可达7~8m。

一、重力式水泥土墙51

水泥土墙做法：通常布置成格栅式（图7-15）设计中一般为：格栅的置换率：0.6~0.8（加固土的面积:水泥土墙的总面积）墙体的宽度b、插入深度hd：

b=(0.6~0.8)h，

hd=（0.8~1.2）h。

图7-15水泥土墙１—搅拌桩；２—插筋；３—面板52

2、水泥土重力式支护结构的主要设计内容：

整体稳定；抗倾覆稳定；抗滑移稳定；位移等。有时还应验算抗渗、墙体应力、地基强度等。第8章土方工程53

3、水泥土墙的设计（填土为粘性土）（1）水泥土支护结构的计算图式。

水泥土墙的计算图式第8章土方工程5455（2）水泥土墙设计计算561、整体稳定验算（防止整体滑坡）57582、抗倾覆稳定验算592、抗滑移稳定验算60一般取0.1-0.24、位移计算61626364 1、板式支护结构的组成：挡墙系统和锚撑（支撑或拉锚)系统(图79)。二、板式支护结构图79板式支护结构1—板桩墙；2—围檩；3—钢支撑；4—斜撑；

5—拉锚；6—土锚杆；7—先施工的基础；8—竖撑65挡墙系统：钢板桩、SMW工法桩、灌注桩及地下连续墙等。

第8章土方工程66钢板桩——

一种常用的形式钢板桩之间通过锁口互相连接，形成一道连续的挡墙。锁口——

形成整体，具有较好的隔水能力。

形式——

平板式、U形、Z形等

特点——

抗弯能力较好，可拔出重复使用。图20钢板桩形式

a)平板式；b)波浪式第8章土方工程67拉森形钢板桩

第8章土方工程68

支撑系统：大型钢管、H型钢或格构式钢支撑，也可采用现浇钢筋混凝土支撑。

拉锚系统：钢筋、钢索、型钢或土锚杆。根据基坑开挖的深度及挡墙系统的截面性能可设置一道或多道支点。基坑较浅，挡墙具有一定刚度时，可采用悬臂式挡墙而不设支点。支撑或拉锚与挡墙系统通过围檩、冠梁等连接成整体。第8章土方工程69第8章土方工程70

板桩的工程事故主要有六方面：2、板式支护结构事故类型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)板桩变形及土体沉降图7-21板桩的工程事故第8章土方工程713、板式支护结构设计（1）挡墙系统设计ＥＮＤ727.4

库仑土压力理论

墙背倾斜、粗糙、填土倾斜时？库仑土压力理论库仑C.A.Coulomb(1736-1806)

墙背倾斜，具有倾角墙背粗糙，与填土摩擦角为填土表面有倾角实际条件：平面滑裂面假设：滑裂面为平面