本科深基坑工程教学课件（第二章）深基坑围护结构的设计荷载.pptx

1、基坑支护基坑支护深基坑围护结构的设计荷载深基坑围护结构的设计荷载基坑工程设计的荷载基坑工程设计的荷载l作用于围护结构上的荷载主要为侧向压力，包括作用于围护结构上的荷载主要为侧向压力，包括l土压力土压力l水压力水压力l其它的一些作用：其它的一些作用：l地面的施工荷载地面的施工荷载l相邻建筑物的基底荷载等垂直荷载也都通过侧向压力相邻建筑物的基底荷载等垂直荷载也都通过侧向压力的形式作用于围护的形式作用于围护 结构；结构；l相邻场地的沉桩挤土作用，也以水平相邻场地的沉桩挤土作用，也以水平 压力的形式传给压力的形式传给围护结构。围护结构。l直接作用于围护直接作用于围护 结构上的垂直荷载很少，主要是结构上

2、的垂直荷载很少，主要是作用于内支撑上的一些施工机械。作用于内支撑上的一些施工机械。l作用于围护结构上的侧向荷载都是非标准的作用于围护结构上的侧向荷载都是非标准的荷载，其值是不确定的、不稳定的，受施荷载，其值是不确定的、不稳定的，受施工条件和环境条件的影响非常大。工条件和环境条件的影响非常大。l预估的荷载与实际产生的荷载可能相差很远，预估的荷载与实际产生的荷载可能相差很远，荷载的确定是基坑工程设计中最为困难而荷载的确定是基坑工程设计中最为困难而又十分重要的环节。又十分重要的环节。主要内容主要内容l作用于围护结构的侧向土压力作用于围护结构的侧向土压力l作用于围护结构的水压力作用于围护结构的水压力l

3、施工荷载施工荷载l永久性荷载永久性荷载作用于围护结构的侧向土压力作用于围护结构的侧向土压力l经典土压力理论经典土压力理论l实际土压力分布实际土压力分布l土压力计算中若干问题的讨论土压力计算中若干问题的讨论l土压力计算的一些经验方法土压力计算的一些经验方法经典土压力理论经典土压力理论l经典土压力理论得到的是极限值经典土压力理论得到的是极限值l 经典土压力理论只能计算刚性界面上的接经典土压力理论只能计算刚性界面上的接触压力触压力l经典土压力理论是在平面应变条件下的解答经典土压力理论是在平面应变条件下的解答经典土压力理论经典土压力理论_朗肯理论朗肯理论7AB由无限应力不连续面连接的两应力由无限应力不

4、连续面连接的两应力区之间的关系区之间的关系8sys(d)BAInfinite Sdis(Fan zone)=90oAs1Bs2有效应力分析As1Bs2总应力分析经典土压力理论经典土压力理论_库仑理论（主动）库仑理论（主动）经典土压力理论经典土压力理论_库仑理论（被动）库仑理论（被动）静止土压力静止土压力土压力与墙体位移的关系土压力与墙体位移的关系12E(Earth Pressure)土压力与墙体位移的关系土压力与墙体位移的关系13实际土压力分布实际土压力分布l 不仅与土体性质有关，还与支护结构的变不仅与土体性质有关，还与支护结构的变形有关形有关l当墙完全不动时，静止土压力当墙完全不动时，静止土

5、压力l当墙顶固定，下端向外移动时，土压力呈抛物当墙顶固定，下端向外移动时，土压力呈抛物线形线形l当墙上下两端固定，墙中央向外鼓出时，土压当墙上下两端固定，墙中央向外鼓出时，土压力呈马鞍形力呈马鞍形l当墙平行向外移动，土压力呈抛物线形当墙平行向外移动，土压力呈抛物线形l当墙绕下端中心向外倾斜时，主动土压力当墙绕下端中心向外倾斜时，主动土压力墙体位移对土压力的影响l以上以上是基于墙后为填土的挡土墙的，与基坑是基于墙后为填土的挡土墙的，与基坑围护结构的受力有一定的围护结构的受力有一定的差别差别l实际上作用与围护结构上的土压力与围护结实际上作用与围护结构上的土压力与围护结构相关，目前仍没有定论构相关，

6、目前仍没有定论柔性墙的实测土压力分布柔性墙的实测土压力分布朗肯理论计算误差朗肯理论计算误差l朗肯假定墙背与土无摩擦，即朗肯假定墙背与土无摩擦，即=0=0，计算所得的计算所得的主动土压主动土压力系数力系数Ka偏大，而被动土压力系数偏大，而被动土压力系数Kp偏小偏小。l以以=0=0，=0=0为例，朗肯理论与极限平衡理论对比。为例，朗肯理论与极限平衡理论对比。l朗肯主动土压力系数偏大，但差别不大。朗肯主动土压力系数偏大，但差别不大。l当当和和都比较大时，朗肯的被动土压力系数较之严格的理论解都比较大时，朗肯的被动土压力系数较之严格的理论解可以小可以小2 2 3 3倍以上。倍以上。18库伦理论计算误差库

7、伦理论计算误差l库伦理论考虑了墙背与填土的摩擦作用，但却把土体中的库伦理论考虑了墙背与填土的摩擦作用，但却把土体中的滑动面假定为平面滑动面假定为平面。l极限平衡理论和库伦理论土压力系数的对比：极限平衡理论和库伦理论土压力系数的对比：l主动土压力，两种理论计算结果差别很小主动土压力，两种理论计算结果差别很小l被动土压力被动土压力，当，当和和较小时，两者的差别在工程计算所允许的较小时，两者的差别在工程计算所允许的范围内，范围内，但是当但是当和和值较大时值较大时，两种方法的差别很大，这时，两种方法的差别很大，这时库库伦理论就不宜采用伦理论就不宜采用。19水压力水压力_无无渗流渗流作用作用水压力水压力

8、_渗流作用渗流作用l水从坑外流入坑内水从坑外流入坑内4m3m1m1.5mk1=2k2c=0,f=30gsat=18kN/m304040200k2=0.5k1c=15kPa,f=20gsat=17kN/m3土压力计算中若干问题的讨论土压力计算中若干问题的讨论l水土合算与水土分算水土合算与水土分算l墙面与土之间摩阻力的影响墙面与土之间摩阻力的影响l不同试验指标的影响不同试验指标的影响l土压力计算的一些经验方法土压力计算的一些经验方法水土合算与水土分算水土合算与水土分算l 在土压力计算公式中，要用到土的重度指在土压力计算公式中，要用到土的重度指标，这反映了土体的自重对土压力的影响。标，这反映了土体的

9、自重对土压力的影响。l所谓水土合算和水土分算，就是在计算公式所谓水土合算和水土分算，就是在计算公式中，土的重度是用天然重度还是浮重度，中，土的重度是用天然重度还是浮重度，在物理概念上是土中水对挡墙的作用如何在物理概念上是土中水对挡墙的作用如何考虑的问题。考虑的问题。l从不同的概念出发，建立在不同假定的基础从不同的概念出发，建立在不同假定的基础上，采用不同的强度指标，可以得出不同上，采用不同的强度指标，可以得出不同的计算方法。的计算方法。有效应力分析有效应力分析l 地下水的作用单独考虑，则土压力采用浮地下水的作用单独考虑，则土压力采用浮重度计算，内摩擦角也采用有效内摩擦角，重度计算，内摩擦角也采

10、用有效内摩擦角，即按有效应力原理计算：即按有效应力原理计算：总应力分析总应力分析_水土合算水土合算l地下水的作用合在土的重度中反映，故采用地下水的作用合在土的重度中反映，故采用饱和重度饱和重度计算，内摩擦角也采用计算，内摩擦角也采用总应力总应力指指标：标：总应力分析总应力分析_不排水分析不排水分析(f f=0)l地下水的作用合在土的重度中反映，故采用地下水的作用合在土的重度中反映，故采用饱和重度饱和重度计算，内摩擦角也采用计算，内摩擦角也采用总应力总应力指指标：标：总应力分析总应力分析_不排水分析不排水分析(f f=0)上海地区的一些局部经验上海地区的一些局部经验l 按水土分算原则，应采用有效

11、指标计算，按水土分算原则，应采用有效指标计算，但目前勘察报告中很少提供有效指标，如但目前勘察报告中很少提供有效指标，如果采用总应力指标是否可行？果采用总应力指标是否可行？l对于开挖深度在对于开挖深度在5m左右的基坑，若干对比数据左右的基坑，若干对比数据的计算表明，采用总应力指标计算的土压力与的计算表明，采用总应力指标计算的土压力与采用有效指标计算的土压力基本相当。采用有效指标计算的土压力基本相当。墙面与土之间摩阻力的影响墙面与土之间摩阻力的影响 墙面与墙面与土之间摩阻力的影响土之间摩阻力的影响l围护结构的表面有一定的粗糙度，与土体围护结构的表面有一定的粗糙度，与土体 之间必然存在摩阻力，计算土

12、压力时考虑之间必然存在摩阻力，计算土压力时考虑了摩阻力的存在就会减小主动土压力和增了摩阻力的存在就会减小主动土压力和增大被动土压力，在需要充分挖掘潜力时可大被动土压力，在需要充分挖掘潜力时可以将摩阻力考虑进去。以将摩阻力考虑进去。l上海市标准上海市标准基坑工程设计规程基坑工程设计规程（DBJ08-61-97）规定在计算柔性围护结构墙前被动土压）规定在计算柔性围护结构墙前被动土压力时需要考虑围护结构与土之间的摩阻力，土力时需要考虑围护结构与土之间的摩阻力，土压力的计算公式仍采用朗肯土压力理论的表达压力的计算公式仍采用朗肯土压力理论的表达式，但土压力系数采用库仑公式。式，但土压力系数采用库仑公式。

13、不同试验指标的影响不同试验指标的影响 l在基坑开挖时，基坑外侧如果不考虑地下水位的变在基坑开挖时，基坑外侧如果不考虑地下水位的变化，竖向的自重应力保持不变，水平方向的应力减化，竖向的自重应力保持不变，水平方向的应力减少，随着开挖深度增加，水平应力逐步减小，直至少，随着开挖深度增加，水平应力逐步减小，直至主动土压力状态。这个变化过程可以用减少试样侧主动土压力状态。这个变化过程可以用减少试样侧压力的方法进行模拟，在三轴仪上，保持轴向压力压力的方法进行模拟，在三轴仪上，保持轴向压力不变而减少侧压力，直至试样破坏。不变而减少侧压力，直至试样破坏。土压力计算的一些经验方法土压力计算的一些经验方法主动土压

14、力主动土压力l 关于主动土压力的计算，各规范大多采用关于主动土压力的计算，各规范大多采用朗肯理论计算，也有朗肯与库仑理论并列朗肯理论计算，也有朗肯与库仑理论并列的。的。l在考虑土中水对侧向压力的影响时，各规范在考虑土中水对侧向压力的影响时，各规范作了大体相同的规定，即砂土和粉土大多作了大体相同的规定，即砂土和粉土大多规定采用水土分算，对粘性土规定可以采规定采用水土分算，对粘性土规定可以采用水土合算。用水土合算。l对于抗剪强度指标，大多数规范都规定水土分算时对于抗剪强度指标，大多数规范都规定水土分算时采用有效强度指标，水土合算时采用有效强度指标，水土合算时 采用总应力指标；采用总应力指标；但是上

15、海市基坑工程设但是上海市基坑工程设 计规程则规定全部采用总计规程则规定全部采用总应力指标，这种规定带有很强的地方经验色彩。应力指标，这种规定带有很强的地方经验色彩。l抗剪强度指标一般采用抗剪强度指标一般采用峰值强度峰值强度，即取剪切试验时，即取剪切试验时应力应变曲线上的峰值计算抗剪强度指标。武汉深应力应变曲线上的峰值计算抗剪强度指标。武汉深基坑工程技术指南规定对老粘土的粘聚力打折扣，基坑工程技术指南规定对老粘土的粘聚力打折扣，建筑基坑支护技术规程规定粘性土水土合算采用总建筑基坑支护技术规程规定粘性土水土合算采用总应力指标时采用七折强度指标。应力指标时采用七折强度指标。被动土压力被动土压力l考虑

16、到发挥主动极限状态和被动极限状态所考虑到发挥主动极限状态和被动极限状态所需的位移不同，在主动土压力侧出现极限需的位移不同，在主动土压力侧出现极限状态时，挡墙的内侧远未达到极限状态，状态时，挡墙的内侧远未达到极限状态，因此不可能发挥全部的被动土压力。鉴于因此不可能发挥全部的被动土压力。鉴于这种考虑，有的规范规定对按被动极限状这种考虑，有的规范规定对按被动极限状态计算的土压力必须乘以小于态计算的土压力必须乘以小于1的经验系数，的经验系数，作为动用土压力。作为动用土压力。用什么指标计算？用什么指标计算？l采用水土分算的方法计算土压力，则应当提采用水土分算的方法计算土压力，则应当提供有效强度指标；供有

17、效强度指标；l如果采用水土合算的方法，则应提供总应力如果采用水土合算的方法，则应提供总应力指标。最好用三轴指标。最好用三轴CU试验，如果没有条件，试验，如果没有条件，采用直剪固快试验也是可以的。采用直剪固快试验也是可以的。施工荷载施工荷载l 基坑施工时，在基坑周围通常可能堆放建筑基坑施工时，在基坑周围通常可能堆放建筑材料，运行施工机械和过往载重汽车，这些施材料，运行施工机械和过往载重汽车，这些施工荷载对基坑的稳定性也有影响，设计时必须工荷载对基坑的稳定性也有影响，设计时必须加以考虑。加以考虑。l通常按通常按20kPa施工荷载计算，对于局部的过大施工荷载计算，对于局部的过大超载如无法避免，如场地

18、狭窄时在坑边堆放建超载如无法避免，如场地狭窄时在坑边堆放建筑材料等，则应在设计时加以考虑，按超载计筑材料等，则应在设计时加以考虑，按超载计算，或采取局部加强的措施。算，或采取局部加强的措施。l对于设计时没有计算到的超载必须严格禁止出对于设计时没有计算到的超载必须严格禁止出现。现。l 施工荷载的面积一般是有限的，但在计算施工荷载的面积一般是有限的，但在计算时往往将时往往将20kPa施工荷载作为大面积均布荷施工荷载作为大面积均布荷载考虑，这是偏于安全的。载考虑，这是偏于安全的。l施工荷载还包括塔吊的荷载以及其它建筑机施工荷载还包括塔吊的荷载以及其它建筑机械的荷载，在设计时都必须加以考虑，对械的荷载

19、，在设计时都必须加以考虑，对塔吊地基进行加固处理；如机械下坑的栈塔吊地基进行加固处理；如机械下坑的栈桥利用支撑承载，在支撑设计时必须计入桥利用支撑承载，在支撑设计时必须计入机械的荷载作用。机械的荷载作用。永久性荷载永久性荷载l基坑设计的永久性荷载主要是指基坑周边的基坑设计的永久性荷载主要是指基坑周边的建筑物基础底面荷载，这种荷载对基坑稳建筑物基础底面荷载，这种荷载对基坑稳定性有一定的影响。当建筑物离基坑比较定性有一定的影响。当建筑物离基坑比较近，由这些永久性荷载产生的土压力就不近，由这些永久性荷载产生的土压力就不能忽视，必须要加以考虑。能忽视，必须要加以考虑。均布和局部均布荷载作用下的均布和局部均布荷载作用下的 均布和局均布和局部均布荷载作用下的主动土压力部均布荷载作用下的主动土压力