深基坑工程技术讲座(10)──第十讲 挡土支护结构侧压力(上).pdf
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1、技术讲座深基坑工程技术讲座(10) 沈保汉 (北京市建筑工程研究院) 第十讲 挡土支护结构侧压力(上) 1011 概 述 作用在挡土支护结构上的侧压力包括土 压力、 水压力、 冰荷载(寒冷地区)、 地震力及地 面荷载所产生的侧压力等。 土压力是作用于挡土支护结构的主要荷 载,特别是在大型深基坑工程中若能较准确地 估算土压力,对于确保深基坑工程的顺利进行 具有十分重要的意义。 从广义来说,土压力是土作用在挡土支护 结构上的或作用在被土体所包围的结构物表 面上的压力及其合力。这些压力(及合力)是 由土的自重、 土所承受的恒载和活载所产生 的,其大小由土的物理与力学性质、 土和结构 之间的物理作用、
2、 绝对位移、 相对位移以及变 形值与特性所决定。水压力、 冰荷载、 地震力 及地面荷载等均是通过土这一载体作用于挡 土支护结构上,因此,均属于广义土压力,也可 称为特殊情况下的土压力。 1012 影响土压力的因素 作用在挡土支护结构上的土压力受以下 因素制约: (1)不同土类中的侧向土压力差异很大。 采用同样的计算方法设计的挡土支护结构,对 某些土类可能安全度很大,而对另一些土类则 可能面临倒塌的危险。因此在没有完全弄清 挡土支护结构土压力的性能之前,对不同土类 (见本技术讲座第3、4、5讲)应区别对待。 (2)土压力强度的计算及其计算指标的取 值与基坑开挖方式和土类有关。当剪应力超 过土的抗
3、剪强度时,背侧土体就会失去稳定, 发生滑动。由于基坑用机械开挖,一般进度均 较快,开挖卸荷后,土压力很快形成,为与其相 适应采用直剪快剪或三轴不排水剪是合理的。 但剪切前是否要固结,则根据土的渗透性而 定。渗透性弱的土,由于加荷快、 来不及固结 即可能剪损,此时宜采用不固结即进行剪切; 反之,渗透性强的土,宜固结后剪切。深圳地 区建筑深基坑支护技术规范(SJ G05 - 96)规 定,抗剪强度的试验,对粘土宜采用直剪快剪 或三轴不固结、 不排水强度试验(UU) ;对饱和 软粘土,在进行快剪或不固结、 不排水强度试 验时,应在自重压力下预固结后,再进行剪切; 对花岗岩残积层的砾质粘性土、 砂质粘
4、性土、 粉质粘土、 粉土和砂土宜采用直剪固结快剪或 三轴固结不排水强度试验(CU)。以上表明土 压力参数试验要与基坑土体实际的固结状态 相适应。 (3)土压力是土与挡土支护结构之间相互 作用的结果,它与结构的变位有着密切的关 系,从而导致设计土压力值的不确定性。如经 典的库伦土压力和朗金土压力理论仅考虑主 动与被动状态;在挡土支护结构变形很小时, 要采用静止土压力(其值无统一求法 ) ; 对于作 用于多支点挡土支护结构的土压力则按弹塑 性理论进行计算。 (4)土压力强度的大小与挡土支护结构刚 度有关。当基坑深度及地层土质等条件均相 同的情况下,作用在重力式挡土支护结构和柔 性挡土支护结构上的土
5、压力显然不同,这是由 于两者刚度相差太大所致。 (5)对于多支点挡土支护结构,其土压力 大小及分布又因支点(锚杆或支撑)的位置及 反力大小而变化。 (6)土压力参数的选取因深基坑挡土支护 84 第25卷 1 建筑技术开发 1998年2月 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 结构及施工工艺而不同。对于悬臂式挡土支 护结构,取卸荷参数即可;而多层锚杆挡土支 护结构则因其对土体的作用是一个不同深度 上的多次卸载 加载 卸载的过程,故对土体 来说,既要考虑卸载的又要考虑加载的土压力 参数。 (7
6、)挡土支护结构土压力有显著的空间效 应。不少的深基坑开挖实测资料表明,基坑周 边向坑内发生的水平位移呈现出中间大、 两边 小的规律;而且深基坑边坡失稳坍塌,多数实 例也是从长边的居中位置开始发生的。上述 现象说明深基坑开挖是一个空间问题。 (8)挡土支护结构土压力有显著的时间效 应。按经典的极限平衡原理(库伦 朗金土压 力理论)进行的深基坑挡土支护设计属于静态 设计,而开挖后的土体是处于动态平衡状态。 一是开挖后的土体处于一种松驰过程,随时间 增长,土体强度逐渐下降;二是开挖后长时期 内基坑环境也会有所变化,例如由于多种原因 造成土体含水量增加,也促使土体强度下降。 以上的时间效应在设计时应予
7、以考虑。 (9)确定土压力计算参数时要考虑施工效 应。降水是深基坑开挖中经常采用的措施,由 于排 水,土体发生固结,使C、值有所提高。 当基础桩采用挤土式桩时,由于挤土效应也可 使C、值有所提高。当然要避免挤土桩的负 面效应,见本技术讲座第9讲。 (10)挡土支护结构上的土压力是随着开 挖过程逐步形成的。特别是多支点挡土支护 结构上的土压力又随着支撑或锚杆的设置及 每步开挖施工参数的差异而产生受力状态的 改变,因此其土压力的分布与一般挡土墙存在 着差异。 (11)挡土支护结构上的土压力因上、 下端 支点及结构变位情况而差异甚大,见图1011。 图1011 不同支点及不同变位时挡土支护结构土压力
8、举例 (a)上端固定,下端向外移动 ;(b) 上下两端固定 ;(c) 平行外移 ; (d) 结构绕下端向外倾移 ; (e) 结构完全不移动 ; (f) 结构向内倾 移 ;(g) 悬臂式挡土支护结构(下端固定) ;(h)单道顶撑挡土支护结构(下端固定,即插入深度较深) ; (i)单道顶撑挡土支护结构 (插入深度较浅) ;(j)多支点挡土支护结构的一例 (12)土压力计算参数( 、 C、 等 )带有一定 的随机性。土层物理力学参数选择正确与否 是挡土支护设计能否符合实际的重要环节。 但是现实情况,不少的建设单位在深基坑工程 招标时往往是仅提供主体建筑物的初步勘察 报告,未能提供适应于深基坑工程的专
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- 基坑 工程 技术讲座 10 第十 支护 结构 压力
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