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基坑支护结构土压力计算

372 2021-07-12 16:22:30

土体作用于基坑支护结构上的压力即称为土压力,土压力是作用于支护工程的主要荷载。对基坑支护结构进行计算时,首先需要确定土压力的性质、作用点、大小及方向。其中关于如何确定土压力十分复杂,这不仅与支护结构刚度、土体物理力学性质、支撑结构刚度以及土体所承受的荷载等因素有关,还与土体和结构的相对位移有必然关系。虽然土压力并不完全处于静止或主动土压力极限状态,但通常仍采用静止或主动土压力进行估计,甚至被动区也同样采用被动土压力来估计,再根据实践的经验加上适当的修正系数。目前,土压力计算主要包括极限状态的土压力计算方法和非极限状态的土压力计算方法。传统的经典土压力计算方法均属于第一类,传统土压力计算理论要求土体处于极限平衡状态。当土体处于极限平衡状态时,基于基坑开挖的特点对其土压力进行计算时,支护结构位移尤其是在被动极限平衡状态下的支护结构位移是基坑开挖过程中支护结构所不允许的。第二类方法由于计算较为复杂,且对于土压力与变形之间的关系仅考虑了部分影响因素,具有一定的局限性。由于传统土压力方法计算简便、适用范围广泛,故本文仅讨论极限状态下土压力计算方法。 a) 土压力分布模式

通过对比分析实际测得的土压力情况,现将不同支护型式上土压力的分布归纳为以下几种情况,如图2-9 所示。

(1) 三角形分布

这类支护结构的土压力与支护结构本身位移基本一致,且与主动土压力状态极其相似,作用于支护结构上的主动土压力随深度的增加成线性增加。这种模式适用于水泥土支护结构或悬臂板式支护结构。支护结构的变形主要表现为桩底端以下某一点转动的形式,即桩顶端位移大,桩底端位移小。

(2) 三角形加矩形组合分布

如图(c)所示,支护结构在其顶端有弹性支承,但考虑到支护结构埋深较浅,其底端水平位移较大,因此支护结构内力重分布范围大。图(d)中多支撑或多锚围护体接近干平行移动,因此若采用此类压力则土压力背离三角形分布而接近于矩形分布。若出现以上两种情况,在基坑开挖面以上时,土压力可等效为随深度的增加成线性增大分布∶在基坑开挖面以下时,土压力可等效为以常量分布的三角形加矩形组合分布。

(3) R形分布

对拉锚式支护结构而言,实际测量所得的土压力呈现 R形分布,即表现为两头大中间小的趋势。这与支护结构在其底端以上存在转动点有极大关系,其中被动土压力存在于转动点以下位置,而主动土压力存在于锚着点。

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b) 组合钢板桩土压力计算方法

根据上述对支护结构与土压力分布模式的分析,并结合组合钢板桩支护结构的特点,建议组合钢板桩支护结构的土压力计算方法如下∶

对于组合钢板桩支护结构为悬臂式时,其墙后土体处于主动土压力状态,墙前土体处于被动土压力状态,主动土压力随深度呈线性增加,故采用三角形分布模式;对于组合钢板桩支护结构为单锚式或嵌固较深的单撑时,由于支护结构上、下部位移受到限制及土拱效应作用,两端主动土压力有所增加,而中间则降低,考虑到变化较小,故简化为三角形分布模式;对于多撑、多锚式或嵌固较浅的单撑时,支护结构上部位移小、底部位移大,故主动土压力简化为三角形加矩形的分布模式,被动土压力简化为三角形分布模式,计算简图可见图 2-10和 2-11。

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