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深基坑支护结构土压力分布特点

378 2021-08-06 17:02:41

支护结构土压力除与土的性质、地下水有关外,还与支护结构类型,支护结构刚度,支护结构位移及支护时间等有关,土压力分布非常复杂。当前基坑支护的十压力计算干要是沿用了一般挡土墙土压力计算理论与设计方法。但是由于基坑支护结构与一般挡土墙受力机理并不完全相同,因此基坑支护结构直接采用挡土墙土压力的计算方法将导致较大的误差。

一、深基坑支护结构的特点

(1)深基坑开挖工程多是民用及工, 业建筑工程,开挖的周边是闭合的,基坑边 长有一定限度,支护结构与基坑具有空间特性,因此基坑支护结构及土体的三维空间作用会起一定影响,而挡土墙--般则是按平面问题计算的。

(2)挡土墙一般是先有墙,后有土,挡土墙前后常为填土或部分填土,填土的过程为应力增长的过程,填土可被视为散体,深基坑开挖则是在已经形成的土层上钻孔成桩或修筑地下连续墙,然后分层开挖,开挖的过程是土中应力释放的过程,在未挖前土体已具有一定的坚固体,不再是散粘状。

(3)通常挡土墙是永久性的,而基坑开挖的支护结构大部分都是临时结构,作为临时结构,使用期很短,使用期一般仅半年左右,一旦有问题,亦 可采取些临时补救措施,因此护坡结构安全度的选取应不同于水久性结构的安全度.但由于土的复杂性,多样性,目前在一般粘性土地区支护结构的设计往往过于安全,而造成很多浪费。

(4)不同支护型式应采用不同的土压力计算方法,如多道支撑支护结构,在支撑以前,支护体已经产生了位移,而要用支撑把已变形的支护结构顶回去,需要很大的支撑力,将引起支护十压力的增加,因此,土压力的大/应 由设计采用的每道支撑力 及专护体实院防本班决

定。如佩克(Peck)和太沙基(Terzaghi)针对挡墙和支撑的设计提出的经验压力图。

二、不同土类对支护结构土压力计算的影响

不同土类上的侧向士压力差异很大,采用同样的计算方法设计的支护结构,对某些土类可能安全度很大,而对另一些土类则可能垮掉,因此在没有完全弄清支护结构土压力的性能之前,对不同土类应区别对待。

(1)我国东北、华北地区及西北的大部分地区多属一般粘性十地区,而目地下水位较深,粘性土颗粒细,矿物成分和颗粒结构复杂,具有一定的粘聚强度,且强度随含水量及应力历史等一系列因素而变化,由于粘性土的粘聚强度等因素,支护结构中实际的土压力往往小干计算土压力值,在绝大多数情况下地下水位深,不需要计算静水压力。

(2)沿海地区软土淤泥的分布较广,而且地下水位浅。软土常含有机质,其含水量大,压缩性高,抗剪强度低,原状与扰动土强度有差异,在支护开挖中,一般侧土压力很大,土的嵌固能力低,支护结构易发生很大的侧向倾斜和位移。

(3)历史悠久的城市市区,杂填土较多,常有一些废弃的地下构筑物(如排水设施),同时在基坑开挖面以上会残留一些土层滞水,滞留在土中的污水常会使基坑支护土体受到冲蚀,造成土体塌落并降低土的抗剪强度。

(4)各地区常有不同厚度的砂类土地基或砂类土夹层的分布。基坑开挖支护的砂土与粘性土土压力是会有显著差别的。

三、土压力计算值与实测值的比较

如用朗金土压力理论公式计算,其主动土压力沿树长线性分布,但由于桩的位移,实测为曲线分布,如图 3-25。朗金主动土压力比实测为大,目合力点也高,模型试验与工程实测都表明土压力是如图 3-25所示的分布形式。

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上述压力的分布形态与变化趋势明显不同干目前护坡设计中常采用的三角形分布的朗金土压力。

由实测结果进行分析,实测土乐力与朗金理论十乐力的差异在于,对干具有粘聚性的主体,基坑的开挖使桩产生了倾斜的位移(沿某一深度处的转动),在桩的倾斜位移下,嵌入土中刚性桩的位移与土的变形不协调,在桩上部桩的位移会大于土的水平位移,而形成桩土间虚空的区段。

上述实测土压力的分布形式是在桩出现倾斜位移,时发生的,因此在挖十一侧的嵌固段上,挖十表面的桩位移最大,使十受到挤压,会最先达到屈服强度,但在桩的根部、其位移很小,即使在结构失稳的状态下,土压力仍没有达到极限状态的被动土压力值。

图 3-26 为北京医院急诊楼基坑支护结构十压力实测值,其分布形式与上述讨论结果一致

四、有支撑时土压力分布特点

(1)图 3-27 为某连续墙支护工程.实测各道支撑轴力,所绘制的土压力分布图小于按

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五、软士地区土压力分布的特点

金鸣等根据模型试验和实测研究了软土地区土压力分布的特点,得出了一些很有价值的结论。

1.模型试验

软土土压力分布图形见图 3-29。

(1)悬臂结构∶当护壁结构最大变形量为基坑深度的 0.23%时,土压力分布呈三角形,数值基本与静止土压力值相等。

(2)有支撑结构;护壁结构最大变形量达到基坑深度的 0.34%,土压力在 0.376H 范围内呈梯形分布,以下基本为矩形分布,底部有收敛趋势。最大数值(护壁结构临破坏时的数值)为 1.3倍的静止土压力值。

(3)连续墙结构;当护壁结构最大变形量达到基坑深度的 0.38%时,土压力在0.75 H范围呈矩形分布,以下呈收敛趋势。最大数值(护壁结构临破坏时的数据)为0.9 倍的静止土压力值。

(4)悬臂结构的变化随基坑深度与护壁结构嵌入深度比值的变化,呈曲线率增长。有支撑结构和连续墙结构随该比值的变化,呈直线率增长。

(5)软土地基基坑护壁结构的变形具有滞后性。因此护壁结构破坏的发生较迅速,具有突变性。护壁结构将产生破坏前,土压力值的变化比较剧烈,可出现最大峰值。

(6)基坑开挖速率的大小,是影响护壁结构产生破坏的原因之一。高开挖速率易使护壁结构产生破坏;低开挖速率可使护壁结构内应力自我调整达到重分布,因而有利于发挥护壁作用。


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2.实测研究

工程实测与上述模型试验所得到的土压力分布图形基本相同,数值上与按挡土墙理论计算值相差一半左右。

3.研究工作的综合结论

结合模型试验结果和工程实测的结果,对三种较为典型的护壁结构,在软土地基上的侧土压力分布形式和数值大小,作出以下几点结论(参见图 3-30);

(1)悬臂式护壁结构实验结果,土压力分布形式呈三角形。土压力值一般可按静止土压力计算取值。

(2)独立桩加水平支撑护壁结构,土压力分布形式和数值量均与支撑位置有关。不论实测和模型试验结果,均得出在基坑顶部支撑下第二道支撑处,出现土,压力分布图形曲线的折

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