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岩土研究院

基坑土压力计算方法(附带公式计算方法)

409 2021-10-25 10:53:43

概述

土压力是作用在围护结构上的荷载、土压力的计算是基坑工程设计的第一步也是关键的一步。

土压力计算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。库伦理论假设土的黏聚力为零,其优点是考虑了墙与十体间的摩擦力作用,并能考虑地面及墙面为倾斜面的情况;其缺点是对于黏性土必须采用等代摩擦角,即取黏聚力c=0而相应增大土的内摩擦角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,特别是有渗流效应时,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,也适用于有地下水及渗流效应的情况。它假设地面为水平,墙面为竖直,基本符合基坑工程情况。因此,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,应采用土的固结不排水试验强度指标和饱和重度按水土合算计算土压力;

(2)对砂土,应采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,宜采用有效应力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

不考虑地下水作用时,按朗肯土压力理论,由式(3-1a)计算主动土压力和式(3-1b)计算被动土压力。

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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,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。最常用的荷载是均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。

其他附加荷载的情况,如集中荷载,基坑外侧不规则荷载等,读者可以查询相关的手册或规范。

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3.1.6 特定算法中的土压力

1.弹性地基梁法(m 法)中的主动土压力

如图3-4 所示,弹性地基梁法计算中被动土压力按土弹簧的反力考虑。坑底标高以上

主动土压力按朗肯理论计算,而坑底以下主动土压力取与坑底标高处主动土压力相等的矩形分布模式。

这是一种经验土压力计算模式,仅适用于弹性地基梁法。根据经验,这种主动土压力分布模式计算得到的位移最符合实际,而整个深度内均按朗肯主动土压力理论计算时,计算结果围护结构往往产生较大的墙底踢脚位移,与实际情况不符。

以上土压力分布模式的一个解释是,由于坑内被动土压力弹簧是有初始压力的,而弹性地基梁法计算分析时没有考虑这个初始压力,对应地,主动区压力在分析时也应该相应的减小,如果被动区初始压力按K。静止土压力计,那么主动区压力也应在坑底标高以下相应地减去K。静止土压力(按坑底以下深度计)。而坑底以下主动土压力取与坑底标高处的主动土压力相等的矩形分布模式,实际上是在坑底标高以下减去主动土压力(按坑底以下的深度计),是偏保守的简化算法。

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2.土钉支护设计中的土压力

在土体自重和地表均布荷载的作用下,各土钉中产生拉力,各层土钉最大拉力所反映的各深度表观土压力,实际上是反映潜在滑裂面上各点的侧压力。它并不是作用在某个竖直平面上的实际土压力,根据经验,这个侧压力按以下算法计算;

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