深基坑工程技术讲座(12)──第十二讲挡土支护结构侧压力(下_1).PDF

建筑技术讲座 北京秋光技术开发有限公司 岩土技术开发部 深基坑工程技术讲座12 沈保汉 北京市建筑工程研究院 第十二讲 挡土支护结构侧压力下1 1211 多支点柔性挡土支护结构的土压力 对于多支点锚杆或支撑挡土支护结构,因为产 生土压力的方式不同,采用的设计土压力则不相同。 对于此类结构,在锚杆或支撑设置以前,挡土结构已经 产生了位移,而要用锚杆或支撑把已变形的墙体顶回 去,则需要很大的锚固力或支撑力,这样将引起挡土结 构上土压力的增加。因此,土压力的大小应由设计采 用的每道锚杆的锚固力或每道支撑力以及挡土结构实 际变形决定。由此可见,多支点挡土支护结构的土压 力的计算是十分复杂和困难的,目前均采用经验方法。 121111 太沙基Terzaghi和皮克Peck土压力图 式 Terzaghi和Peck在柏林地铁工程明挖实测结果如 图1211所示。该基坑深1115m ,坑壁为细砂土,γ 18kN/ m3,φ 37,δ 0 ,超载q 11kN/ m2,四道支撑。 图1211a为基坑实测土压力包络图,图1211b为设计 时,假定土压力分布为梯形。 图1211 柏林地铁开挖实测及 设计土压力图形 美国西雅图的哥伦比亚大厦深基坑工程,基坑深 37m;其上半部为裂隙硬粘土,下半部为砂砾石、 冰碛粘 土及粉土与粘土互层;挡土桩为2I360H型钢桩,间距 4m ,桩间用钢筋混凝土挡板;支护结构为20～30层锚 杆,锚杆直径310mm ,锚固段长度6～9m。该工程E - 10号挡土桩土压力实测值如图1212所示。 Terzaghi和Peck1967建议的土压力分布图式如 图1213所示。该计算方法系以下列条件为依据 图1212 哥伦比亚大厦E - 10号 挡土桩土压力实测值 1适用于开挖深度 ≥6m的基坑; 2采用一种称为 “表观” 压力的人为荷载分布图 来确定支撑荷载; 3水位在基坑底面以下,粘土取不排水抗剪强 度,不考虑孔隙水压力; 4建立了一个表示在粘土中开挖竣工时的稳定 性表达式,即 KNγH C 12 - 1 当KN大于3～4时,坑顶位移将很明显,当KN≥6 时,基底可能发生破坏。 日本建筑基础结构设计规范1974对Terzaghi和 Peck建议的土压力分布图式作了修正,其值如图1213 中方括号内所示。 121112 崔勃泰里奥夫Tschebotarioff土压力图式 Tschebotarioff1973提出的土压力图如图1214所 示。 该图对开挖深度大于16m的基坑较适用。 121113 日本铃木音彦土压力图式 日本铃木音彦在 工程土力学计算实例 中介绍的 土压力分布图式如图1215所示 74 第25卷- 2 建筑技术开发 1998年4月 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. a砂土 b软-中等粘土 c硬-裂隙粘土 Ka tan2 45 - φ / 2 Ka 1 - 4Cu γH γH≤ 4 Cu 1 2 qu γH 4 [012γH] Ka 1 - 4Cu γH 但Ka≥0. 3 支撑 [012～013γH] 图1213 Terzaghi和Peck1967建议的土压力分布 图式 [ ] 内为日本建筑基础结构设计规范的数值 a砂土 b硬粘土中 c中等粘土中 的临时支撑的永久性支撑 图1214 Tschebotarioff提出的土压力图式 121114 小结 从图1213～图1215可知 1 这些土压力的分布 图式并非表示某一工况的土压力分布,而是实测资料 中最大土压力的包络线图。按这些图式,只能用于挡 土支护结构体系的内力计算,而不能用于挡土支护结 a密实砂土 ;b 中密砂土 ;c 松散砂土 ;d 坚硬 粘土 ;e 中密粘土 ;f 软粘土 图1215 铃木音彦土压力图式 构体系的稳定性验算,也不能用来分析计算挡土支护 结构的变形。 2按这些土压力分布图式,对多支点挡土支护结 构的支撑或锚杆设计是过于安全的。 根据工程现场测试所得到的土压力分布图可知, 试图用一个对各类挡土支护结构都适用的统一的土压 力分布图式看来是不现实的,对不同刚度和变位条件 的挡土支护结构应采用各自相应的土压力分布图式。 1212 上海基坑工程设计规程的土压力分布模式 121211 土压力 上海基坑工程设计规程DBJ 08 - 61 - 97规定土 压力分布模式可按表1211 ,根据挡土支护结构的类型、 入土深度和侧向变位条件选用。 土压力分布模式表1211 土 压 力 分 布 图 式 Ⅰ 型Ⅱ 型 适 用 条 件 挡土结构水泥土或悬臂板式挡土结构有支撑板式挡土结构 侧向变位条件整体水平位移或绕A点转动或两者的组合顶底端位移小,近开挖面附近位移大 由表1211可知 1 Ⅰ型土压力分布图式可按朗 金土压力理论计算。挡土结构的变位为绕结构底端或 绕结构底端以下某一点转动,即结构顶端位移大,结构 底端位移小。2Ⅱ型土压力分布图式为主动土压力 84 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 在基坑开挖面以上随深度的增加呈线性增大分布。在 开挖面以下为常量分布。挡土结构前被动区未达到极 限被动土压力,按动用被动土压力计算。后者常用侧 向弹性地基反力法计算,此种模式适用于有支撑的入 土深度大的板式挡土结构。结构的侧向位移呈顶、 底 两端小,中部基坑开挖面附近大的特征。 121212 动用土压力 1提高的主动土压力系数可根据场地工程条件 按表1212采用。 提高的主动土压力系数Ca表1212 对差异沉降有严格限制的建筑物或 地下设施位于距基坑外侧 提高的主动土 压力系数 015H 0 15～110 H K0 Ka K0/ 2 注H -基坑深度;Ka 主动土压力系数; Ko-静止土压 力系数 2降低的被动土压力宜按以下方法确定 1 降低的被动土压力强度,根据挡土支护结构的 容许最大侧向位移值,按极限的被动土压力强度乘以 折减系数Cp Cp Ko Kp - Ko Xp Kp 12 - 1 式中 Xp [2Sa/ Sp - Sa/ Sp 2]015 12 - 2 Sa 挡土支护结构容许位移值; Sp 被动极限时的位移值,取 0 102～ 0104 H; Kp 被动土压力系数。 2 用侧向弹性地基反力法,按12 - 3式或 12 - 4 式计算过渡的被动土压力强度。 pH kHδH12 - 3 式中 pH 计算点的过渡被动土压力强度 kPa ; δH 计算点处挡土结构向土体方向的水 平位移 m ; kH 计算点土的侧向基床系数kN/ m3 pH mzδH12 - 4 式中 m 计算点土的侧向基床比例系数 kN/ m4 ; z 计算点在基坑底面以下的深度m。 kH和m值宜由现场试验确定,或由原位测试按经 验关系确定,无条件进行试验时,可按表1213和表 1214选用。 1213 地表面均布荷载亦称均布超载 121311 墙背竖直光滑、 地表面水平与墙齐高并 侧向基床系数kH表1213 地基土分类kHkN/ m3 流塑粘性土3000～15000 软塑粘性土和松散粉性土15000～30000 可塑粘性土和稍密～中密粉性土30000～150000 硬塑粘性土和密实粉性土150000以上 松散砂土3000～15000 稍密砂土15000～30000 中密砂土30000～100000 密实砂土100000以上 水泥土搅拌桩 加固置换率 25 水泥掺量 12 10000～15000 20000～25000 侧向基床比例系数m表1214 地基土分类mkN/ m4 流塑粘性土1000～2000 软塑粘性土和松散粉性土及砂土2000～4000 可塑粘性土、 稍密～中密粉性土及砂土4000～6000 硬塑粘性土、 密实粉性土及砂土6000～10000 水泥土搅拌桩 加固置换率 25 水泥掺量 12 2000～4000 4000～6000 作用有连续均布荷载q ,其土压力强度分布图形是一个 矩形,见图1216中面积aBbc。 图1216 连续均布荷载作用下 主动土压力计算 121312 墙背竖直光滑、 地表面水平与墙齐高并 作用有局部均布荷载q ,有两种荷载分布情况,第一种 情况是距墙顶l处开始作用连续均布荷载q ,如图 1217a及图1217b所示;第二种情况是距墙顶l处作用 于l1宽的均布荷载,如图1217c及图1217d所示。计算 作用在墙背即挡土结构上的土压力通常有两种方 法。局部均布荷载引起的土压力强度分布面积分别为 acde图1217a ,acde图 1217b ,cefd图121 7c 或cdfe 图121 7d 。 121313 不规则地表面 94 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图1217 局部均布荷载作用下主动土压力计算 实际上,挡土结构后面土体表面往往不是由单一 的水平面或倾斜面所组成,而可能如图1218所示的几 种情况。这时就不能按前述简单的土体表面情况直接 套用公式来计算土压力,而要分别按土体表面为水平 或倾斜的情况近似计算,而后再进行组合,如图1218 所示,此处不多赘述。 图1218 土体表面不规则时主动土压力的近似计算 05 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.