施工中荷载与土压力计算成果

一、荷载与抗力计算

作用于围护墙上的水平荷载主要是土压力、水压力和地面附加荷载产生的水平荷载。

要精确计算围护墙所承受的土压力有一定困难，因为影响土压力的因素很多，不仅取决于土质，还与围护墙的刚度、施工方法、空间尺寸、时间长短、气候条件等都有关。

目前计算土压力多用朗肯(Rankine)土压力理论。朗肯土压力理论的墙后填土为匀质无黏性砂土，非一般基坑的杂填土、黏性土、粉土、淤泥质土等，不呈散粒状; 朗肯理论土体应力是先筑墙后填土，土体应力是增加的过程，而基坑开挖则是土体应力释放过程，完全不同; 朗肯理论将土压力视为定值，实际上在开挖过程中是变化的，所解决的围护墙土压力为平面问题，而实际上土压力存在显著的空间效应; 朗肯理论属极限平衡原理，属静态设计原理，而土压力处于动态平衡状态，开挖后由于土体蠕变等原因，会使土体强度逐渐降低，具有时间效应; 另外，在朗肯计算公式中土工参数(φ、c)是定值，不考虑施工效应，而实际上，在施工过程中，由于打设预制桩、降低地下水位等施工措施，会引起挤土效应和土体固结，使φ、c值得到提高，因此，要精确地计算土压力是困难的，只能根据具体情况选用较合理的计算公式，或进行必要的修正，以用于设计支护结构。

根据我国《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120—2012)，水平荷载标准值和水平抗力标准值的计算可按下面介绍的几个公式进行。

二、水平荷载标准值

作用于围护墙上的土压力、水压力和地面附加荷载产生的水平荷载标准值eajk(图3-12)应按当地可靠经验确定，当无经验时，按下列规定计算:

(一)对于碎石土和砂土

(1)当计算点位于地下水位以上时:

(2)当计算点位于地下水位以下时:

式中: σajk——作用于深度zi处的竖向应力标准值;

Kai——第i层土的主动土压力系数，

φi——第i层土的内摩擦角标准值;

cik——三轴试验(当有可靠经验时，可采用直剪试验)确定的第i层土固结不排水(快)剪黏聚力标准值;

图3-12 水平荷载标准值计算图

zj——计算点深度;

mj——计算参数，当zj＜h时，取zj，当zj≥h时，取h;

hwa——基坑外侧地下水位深度;

ηwa——计算系数，当hwa≤h时，取1，当hwa＞h时，取0;

γw——水的重度。

(二)对于粉土和黏土

当按上述公式计算的基坑开挖面以上水平荷载标准值小于零时，取其值为零。

基坑外侧竖向应力标准值σajk按下式规定计算:

σajk=σnk+σ0k+σ1k (3-4)(www.xing528.com)

(1)计算点深度zi处自重竖向应力σnk。

当计算点位于基坑开挖面以上时:

σrk=γmjzj (3-5)

当计算点位于基坑开挖面以下时:

σrk=γmhh (3-6)

式中: γmj——深度zj以上土的加权平均天然重度;

γmh——开挖面以上土的加权平均天然重度。

(2)当支护结构外侧地面作用均布荷载q0时(图3-13)，基坑外侧任意深度处竖向应力标准值σ0k按下式计算:

σ0k=q0 (3-7)

(3)当距离支护结构外侧b1处，地表作用有宽度为b0的条形附加荷载q1时(图3-14)，基坑外侧深度CD范围内的附加竖向应力标准值σ1k按下式计算:

图3-13 均布荷载时基坑外侧附加应力计算简图

图3-14 局部荷载作用下基坑外侧附加应力计算简图

三、水平抗力标准值

基坑内侧水平抗力标准值epjk宜按下列规定计算(图3-15):

图3-15 水平抗力标准值计算简图

(一)砂土和碎石土

式中: σpjk——作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值:

σpjk=γmjzj (3-10)

Kpi——第i层土的被动土压力系数:

(二)黏性土及粉土

作用于基坑底面以下深度zj处的竖向应力标准值σpjk可按下式计算:

σpjk=γmjzj (3-13)

式中: γmj——深度zj以上土的加权平均天然重度。