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挡土结构计算方法与要求

333 2021-03-15 18:11:26


1、锚拉式支挡结构

将整个结构分解为挡土结构、锚拉结构(锚杆及腰梁、冠梁)分别进行分析;挡土结构是采用平面杆系结构弹性支点法进行分析,然后以挡土结构分析时得出的支点力作为荷载,根据腰梁、冠梁的实际约束情况,按简支梁或连续梁计算腰梁和冠梁内力;同时将支点力按锚杆倾角转换为锚杆轴力,进行锚杆的设计计算;


2、支撑式支挡结构

将整个结构分解为挡土结构、内支撑结构分别进行分析;挡土结构也是采用弹性支点法进行分析;对于分解出的内支撑结构,则将挡土结构分析时得出的支点力作为荷载反向加至内支撑上,在考虑挡土结构和内支撑结构之间变形协调的基础上,按平面结构进行分析计算;


3、悬臂式支挡结构和双排桩支挡结构

均采用平面杆系结构弹性支点法进行结构分析;双排桩支挡结构按平面刚架简化,具体计算模型见后续章节。


  • 挡土结构计算方法:

平面杆系结构弹性支点法的分析对象是挡土结构,不包括土体,它把土体对支护结构的作用视作荷载或约束,将支护结构看作杆系结构,一般都按线弹性考虑,是目前最常用和成熟的支护结构分析方法,适用于大部分支挡式结构。对于有明显空间效应的基坑以及平面形状复杂的基坑,在有可靠经验时,也可采用空间m法对支挡式结构进行整体分析或考虑支挡结构与土的共同作用采用连续介质有限元分析方法对结构与土进行整体分析。上述内容详见第 4 章。



  • 挡土结构计算要求

挡土结构的计算应按实际工况进行。因基坑支护结构的锚杆与支撑是随基坑开挖过程逐步设置的,设计时就要拟定锚杆和支撑与基坑开挖的关系,设计好开挖与锚杆或支撑设置的步骤,对每一开挖过程支护结构的受力与变形状态进行分析,这称为按工况进行设计。


锚拉式和支撑式支挡结构的设计工况应包括基坑开挖至坑底的状态和锚杆或支撑设置后的开挖状态。当需要在主体地下结构施工过程以结构构件替换并拆除局部锚杆或支撑时,设计工况中尚应包括拆除锚杆或支撑时的状态。悬臂式和双排桩支挡结构,可仅以基坑开挖至坑底的状态作为设计工况。支挡式结构的构件应按各设计工况内力和支点力的最大值进行承载力计算。替换锚杆或支撑的主体地下结构构件应满足各工况下的承载力、变形及稳定性要求。


按上述方法计算的内力(弯矩、剪力和轴力)是在作用标准组合下的计算值。按支护结构承载能力极限状态设计要求,设计时应采用作用基本组合下的设计值进行构件截面承载力计算。作用基本组合下的设计值按下式计算∶


  • 稳定性验算及嵌固深度设计


因支挡结构嵌固深度不足、基坑土体的强度不足或因地下水渗流作用,均可能造成基坑失稳。失稳形态包括∶支护结构倾覆失稳(嵌固失稳);支护结构与基坑内外侧土体整体滑动失稳;基坑底土因承载力不足而隆起;地层因地下水渗流作用引起流土(砂)、管涌以及承压水突涌等,从而导致基坑工程破坏。为此,基坑稳定性验算显得相当重要,是设计计算不可或缺的重要内容。


基坑稳定性验算时,土的抗剪强度指标按本书第2.3.4节要求选用。基坑稳定性验算按支护结构极限状态设计方法中的承载能力极限状态要求进行,采用单一安全系数法,并应符合下式要求∶