基坑支护结构上水土压力计算分析

基坑支护工程中土压力的计算[摘要]本文针对基坑支护工程中土压力的计算进行了理论探讨，对经典的朗肯土压力理论和库仑土压力理论“水土合算”与“水土分算”进行了分析。

对给出了工程设计计算中主动土压力区和被动土压力区抗剪强度指标的选取原则。

[关键词]土压力；地下水的影响；抗剪强度指标中图分类号：tu753 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）23-0138-02基坑支护工程中，主要的荷载为作用于维护结构上的侧向压力，包括土压力和水压力。

工程中侧向荷载的确定一般是依据经典的朗肯土压力理论和库仑土压力理论，但是经典的朗肯土压力理论和库仑土压力理论是在严格的假设条件下得到的，因此土压力与工程实际中得到的数据是有差别的，本文就此问题进行探讨。

1.0.经典的土压力理论朗肯—库仑土压力理论距今已有一、二百年的历史，现代随着建设规模的发展和扩大，测量技术和计算技术的迅速发展，人们对土压力的性质和土压力的分布与变化规律也有了更深刻的认识，在一些文献中，人们发表了测试结果与理论计算土压力不符合，有的人甚至怀疑经典的土压力理论。

实际上经典的土压力理论是在严格的假设条件下得到的，实际工程中的工况与经典的土压力理论的假设相去甚远，因此我们需要对经典理论的假设条件有个再认识的过程。

1.1 经典的土压力理论给出的是极限值应用经典的土压力理论进行支护工程的侧压力计算时，得到的是土压力的极限值，即达到主动极限状态或被动极限状态时的接触压力，在实际工程设计时应对此值除以一个合理的安全系数。

当维护结构处于正常的工作状态时，不可能出现这种极限状态，接触压力不是极限值，此时测得的变形、土压力、孔隙水压力等数值一般不能与经典理论的计算结果相比较。

基坑开挖时作用在维护结构墙面上的是静止土压力，此时土体处于完全弹性状态，基坑开挖后土体处于塑性局部发展的过程中，墙后和墙前的土压力都没有达到极限状态。

1.2.经典的土压力理论只能计算刚性接触面上的土压力经典土压力理论没有考虑挡墙土身的变形，挡墙是绝对刚性的，只考虑挡墙的平动或转动等刚性位移。

⼟⽔压⼒的计算 （⼀）计算⽅法 在⼀般地基基础⼯程计算中，建筑物的⾃重以及作⽤于建筑物上的各种荷载通过基础传给地基。

⽆论是建筑物的⾃重或是其他竖向活荷载都具有由其⾃重导出的特点，荷载⼤⼩明确，计算与实测结果基本接近。

⽽⽀护结构的主要荷载是地层中⽔⼟的⽔平压⼒，⽔⼟压⼒是由定值的竖向⽔⼟压⼒按照⼀定规律转化为⽔平压⼒作⽤于⽀护结构上。

⽀护结构荷载与上部结构荷载的根本区别在于它不是仅与⼟的重量有关，还与⼟的强度、变形特性和渗透性有关，具有很⼤的不确定性。

由于作⽤在⽀护结构上的荷载主要是⽔平荷载，⽽这种⽔平荷载具有间接得出的特点，因此，由⽔⼟竖向压⼒转化为⽔平压⼒的计算⽅法的合理与否直接影响到⽔平荷载的确定，⽔平荷载的精确度⼜直接影响到⽀护结构内⼒与变形的计算结果。

⽬前，⼯程上常采⽤的⼟压⼒计算⽅法有朗肯⼟压⼒、库仑⼟压⼒和各种经验⼟压⼒确定⽅法。

在⽔⼟分算时，⽔压⼒的计算⽅法有：按静⽔压⼒计算的⽅法、按渗流计算确定⽔压⼒分布的⽅法等。

⽽⽔⼟合算时不需单独考虑⽔压⼒作⽤。

关于⼟压⼒的各种基本理论、主动⼟压⼒和被动⼟压⼒形成的条件、各种⼟的抗剪强度指标试验⽅法和分类，可参考有关⼟⼒学教科书，本处不在详述。

1⽔⼟分算和⽔⼟合算⽅法的适⽤条件 基坑⽀护⼯程的⼟压⼒、⽔压⼒计算，常采⽤以朗肯⼟压⼒理论为基础的计算⽅法，根据不同的⼟性和施⼯条件，分为⽔⼟合算和⽔⼟分算两种⽅法。

由于⽔⼟分算和⽔⼟合算的计算结果相差较⼤，对基坑挡⼟结构⼯程造价影响很⼤，故需要⾮常慎重的舍取，要根据具体情况合理选择。

地下⽔位以下的⽔压⼒和⼟压⼒，按有效应⼒原理分析时，⽔压⼒与⼟压⼒应分开计算。

⽔⼟分算⽅法概念⽐较明确。

但是在实际使⽤中有时还存在⼀些困难，特别是对黏性⼟，⽔压⼒取值的难度⼤，⼟压⼒计算还应采⽤有效应⼒抗剪强度指标，在实际⼯程中往往难以解决。

因此，在很多情况下黏性⼟往往采⽤总应⼒法计算⼟压⼒，即将⽔压⼒和⼟压⼒混合计算，也有了⼀定的⼯程实验经验。

· 185 ·交通规划与工程区域治理（5）（6）选择合理的支护形式对于保证建设项目的安全和实现经济目标具有重要意义。

深基坑支护不仅保证了边坡的稳定，而且满足了变形控制的要求，保证了基坑周围的建筑物、道路和地下管线的安全。

随着建筑工程的快速发展，深基坑支护结构日趋完善，出现了许多新的支护结构型式和边坡稳定方法。

一、基坑支护结构设计中关于影响水土压力的一些原因1.1土微观结构方面的原因1.1.1完整土壤的结构我们对施工现场的土壤状况进行了取样，施工中基坑支护结构的施工和基坑的扰动会大大降低原土的强度。

1.1.2非饱和土基质的吸力在计算基坑支护结构时，在正常情况下，不考虑基坑支护结构的荷载降低。

1.1.3固结土的黏结力随深度和固结压力的增大而增大在基坑支护结构的施工中，孔隙度将逐渐减小，土体密度逐渐增大，正常固结粘土的密度将以正比的比例增加。

土壤本身的内聚力也是有粘性的。

1.2土体应力状态和应力路径的原因1.2.1主应力的成因基坑开挖过程中，基坑周围土体的应力通常是三维的，其主应力对土体强度有很大的影响。

1.2.2小围压下的土体强度指标经过多年的试验研究，在围压较小的情况下，土体强度指标会很高。

室内试验中常用的围压一般在100kPa 以上，但在实际工作中，围压通常小于100K Pa。

如果使用实验室测试指标，实际土壤将被低估强度指数。

1.2.3土体超固结在正常固结地基土中，基坑开挖卸荷后，由于平均主应力和围压的降低，地基土将成为超固结土。

在围压较小的条件下，强度指标的增加会降低主动土压力，增加被动土压力。

1.3孔隙水压力的原因一是基坑开挖会引起土体中负的超孔隙水压力，基坑支护结构发生变化。

二是基坑支护结构中的毛细饱和带、细砂、粉质粘土和粉砂在实际基坑支护施工中产生的原因，这些区域比较厚，可以形成伪粘聚力，可以大大降低基坑支护的压力。

三是人为减少地下水的原因，在基坑支护施工中，一般采用人工减水，此时土体的渗透性通常为向外或向下，此时主动土压力减小，土压力Incasas.四是基坑排水的原因。

基坑土压力计算方法(附带公式计算方法）概述土压力是作用在围护结构上的荷载、土压力的计算步棋是基坑工程设计的第一步也是关键的一步。

土压力计算假说理论主要有朗肯理论和库伦理论，称为古典土压力理论。

它们都是按极限平衡条件导出的。

奇数库伦理论假设土的黏聚力为零，其优点是考虑了栅栏与好处十体间的摩擦力作用，并能考虑地面及墙壁为倾斜面墙面的情况;其缺点是对于黏性要木必须采用等代摩擦角，即取黏聚力c=0而相应增大土的内所摩擦角φ值，对于层状土尚要简化等代为均质土才能计算。

此外，当有地下水，特别是有渗流梯度时，库伦理论是不适用的。

而朗肯理论则不论砂土或者黏性土，均质土或层状土均可适用于，也适用于有地下水及渗流负面效应的情况。

它假设发射塔为水平，墙面为竖直，基本符合基坑工程情况。

因此，公司目前通常采用朗肯理论计算基坑围护工程中的土压力。

土压力应根据不同类型泥岩土层、排水条件分别采用以下方法计算。

（1）对淤泥、淤泥质土，应采用土的重度不排水试验强度主要指标和饱和固结按水土合算计算土压力;（2）对砂土，应改用有效应力强度指标和土的有效重度按水土分算原则计算土压力;（3）对粉性土、黏性土等，宜采用有效强度指标和土的有效重度按水土分算原则计算。

有工程经验时，也可采用三轴固结不排水试验总应力强度指标按水土合算原则计算土压力。

3.1.2水土压力合算不考虑地下水示范作用时，按朗肯土双重压力理论，由式（3-1a）计算主动土财务压力和式（3-1b）计算被动土压力。

3.1.5附加荷载引起的附加侧压力在实际工程中，很有可能会遇到基坑开挖附近有相邻建筑浅条件基础的情况，需要考虑邻近基底荷载的影响。

而且，在实际施工过程中会，很难避免在基坑边出现临时荷载，比如各种建筑材料、施工器具、施工机械、车辆、人员等。

因此，需要需要考虑附加荷载引起的附加侧压力。

附加侧压力一般采用简化的算法近似计算。

最常用的荷载亦布或局部均布的荷载作用。

对均布和局部均布荷载作用在支护结构上的侧压力，可按图3-3所示的方法计算。

考虑渗流的基坑支护结构上的水土压力计算摘要：分析了渗流对水土压力的影响，指出用经典的土力学理论计算基坑的水土压力时所得的数值与实际相差较大；提出了新的考虑地下水渗透力影响的水土压力计算方法。

该方法对非均质土层基坑工程及边坡工程均适用。

关键词：基坑；水土压力；渗流；渗透力Abstract：Seepage influence to water and soil pressure is analyzed in this paper. The difference between actual value and the value derived from classic soil mechanical theory, when computing water and soil pressure, is quite great. A new method which takes permeability pressure of underground water into consideration has been put forward. It is can be applicable to heterogeneous soil foundation pit and also to slope.Key words：foundation pit;water and soil pressure;seepage;permeability pressure 中图分类号：TV551.4文献标识码：A 文章编号：1 引言随着我国大规模建筑基坑和地下工程的发展，支护结构设计计算中的许多问题逐步凸现出来。

支护结构上的水土压力计算得到越来越多的重视和讨论[1，2]。

其中一个主要的原因是由于地下水引发的工程事故不断发生。

据统计，由于水引发的工程事故约占21.4%[3]。

另一方面，大量的实测结果表明：支护结构上的实际内力远小于计算值。

文章编号:1004 5716(2006)05 0001 02中图分类号:TU554 +12 文献标识码:B 岩土工程基坑支护结构上水土压力分算与合算金永涛1,鲜 亮2,张建新1(1.同济大学地下建筑与工程系,上海200092; 2.路桥集团第二公路工程局,陕西西安710003)摘 要:以一具体的工程实例为分析背景,介绍了基坑工程中对于支护结构变形、内力分析,选择水土分算与合算的土压力模式对计算结果的影响,进而分析对于不同水土分算与合算产生差别的原因,最后,给出了选择水土分算与合算的原则。

关键词:水土压力;合算;分算随着目前高层、超高层建筑的兴建以及城市地下空间的开发,支护挡土结构及地下连续墙越来越广泛的得到应用,这使得支护结构上的水土压力计算得到越来越多的重视和讨论。

一方面,大量的实测结果表明:支护结构上的实际内力远小于计算值。

尽管人们一再降低安全系数,或者将荷载折减,往往实测应力还是偏小;另一方面,还是有许多基坑事故频繁发生。

一些基坑工程失事又与土中水有关。

这种情况表明,我们对于在原状土开挖过程中的土与结构的共同作用和水土相互作用机理的认识还远不够透彻和深入。

关于水、土压力的分算还是合算也一直是学术界争论的焦点。

结合工程实际,讨论选择不同的水土分算与合算模式,对计算结果的影响。

1 水土分算与合算基坑支护结构主要受两种力的作用:一种为水压力,另一种为土压力。

目前,计算基坑支护结构上的水土压力主要有两种方法:即水土合算与水土分算。

对于水土分算,其采用浮重度计算土压力,按静水压力计算水压力,然后两者相加即为总的侧压力,利用有效应力原理计算土压力,水土压力分开计算,计算式为:p a=k a H-2c k a+ w H(1)p p=k p H+2c k p+ w H(2)式中:k a、k p 主动和被动土压力系数,两者均以有效应力强度指标c 、 计算;、 w 土的浮重度和水的重度;H 基坑开挖深度。

对于水土合算,其计算式为:p a=k a H-2c k a(3)p p=k p H+2c k p(4)式中: 土的天然重度,地下水位以下取土的饱和重度;k a、k p 主、被动土压力系数,两者均以固结快剪或固结不排水强度指标计算。