【文章內(nèi)容簡介】 的問題，它隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)可能位移的方向、大小及填土所處的狀態(tài)分為主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力和靜止土壓力[15]。 靜止土壓力：若支護(hù)結(jié)構(gòu)在土壓力作用下不發(fā)生變形和任何位移，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)，則作用在結(jié)構(gòu)上的土壓力為靜止土壓力。 主動(dòng)土壓力：若支護(hù)結(jié)構(gòu)在土壓力作用下向墻前發(fā)生位移，則隨著位移的增大，墻后土壓力逐漸減少，當(dāng)土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在結(jié)構(gòu)上的土壓力為主動(dòng)土壓力。 被動(dòng)土壓力：若支護(hù)結(jié)構(gòu)在外力作用下向墻后發(fā)生位移，則隨著位移的增大，墻后土壓力逐漸增大，當(dāng)土體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，作用在結(jié)構(gòu)上的土壓力為被動(dòng)土壓力。 三種土壓力與支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移的關(guān)系如圖21所示。圖21 支護(hù)結(jié)構(gòu)位移與土壓力的關(guān)系上述土壓力是隨著位移變化的三種極限情況，在相同的墻高和填土條件下，三種極限土壓力的關(guān)系。 經(jīng)典土壓力理論 （1）靜止土壓力理論靜止土壓力計(jì)算依據(jù)為半空間彈性變形體在自重作用下無側(cè)向變形時(shí)的水平側(cè)壓力計(jì)算。土體的豎向自重應(yīng)力,則距填土表面深度z處的靜止土壓力強(qiáng)度可按下式計(jì)算: （21）：土的側(cè)壓力系數(shù)或靜止土壓力系數(shù)，~；~。對于正常固結(jié)土提出的經(jīng)驗(yàn)公式（為土的有效內(nèi)摩擦角）計(jì)算；：墻背填土重度， 。由式（21）可知，靜止土壓力沿墻高為三角形分布，如取單位墻長，則作用在墻上的靜止土壓力為： （22）：靜止土壓力，的作用點(diǎn)在距墻底處；H：擋土墻高度，m。（2）朗肯土壓力理論朗肯土壓力理論是英國科學(xué)家朗肯于1857年提出的，是通過研究彈性半空間體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)土的極限平衡條件而得出的土壓力計(jì)算方法。朗肯土壓力理論假定墻體是剛性的，墻后土體表面水平、處于主動(dòng)或被動(dòng)極限狀態(tài)，墻背為豎直、光滑的平面。主動(dòng)土壓力朗肯主動(dòng)土壓力強(qiáng)度按下式計(jì)算：無粘性土： （23）粘性： （24）式中：主動(dòng)土壓力系數(shù)， ； c：填土的粘聚力； ：填土的內(nèi)摩擦角； Z：計(jì)算點(diǎn)距填土表面的深度（m）。則單位墻長的主動(dòng)土壓力為：無粘性土： （25）粘性土： （26）被動(dòng)土壓力朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度按下式計(jì)算：無粘性土： （27）粘性土： （28）式中：被動(dòng)土壓力系數(shù)， ； c：填土的粘聚力（）； ：填土的內(nèi)摩擦角； Z：計(jì)算點(diǎn)距填土表面的深度（m）。則單位墻長的被動(dòng)土壓力：無粘性土： （29）粘性土： （210）朗肯理論計(jì)算公式簡單，使用方便。但由于其假定條件較嚴(yán)，使得該理論的應(yīng)用范圍受到限制。此外，由于朗肯理論忽略了墻背與土體之間的摩擦作用，計(jì)算所得的主動(dòng)土壓力值偏大。（3）庫倫土壓力理論庫侖土壓力理論是根據(jù)墻后土體處于極限平衡狀態(tài)并形成一滑動(dòng)楔體時(shí)，根據(jù)楔體的靜力平衡條件求得的土壓力計(jì)算理論。其基本假設(shè)是：①擋土墻為剛性，墻后填土為無粘性土；②在主動(dòng)和被動(dòng)極限狀態(tài)，墻后產(chǎn)生的滑動(dòng)土楔沿墻背和通過墻踵的平面滑動(dòng)；③滑動(dòng)土楔體為剛體。①主動(dòng)土壓力庫倫主動(dòng)土壓力計(jì)算圖如圖22所示。庫倫主動(dòng)土壓力的一般公式如下： （211） （212）式中：庫倫主動(dòng)土壓力系數(shù)； ：擋土墻高度，m； ：墻后填土的重度，； ：墻后填土的內(nèi)摩擦角； ：墻背的傾斜角，俯斜時(shí)取正號(hào)，仰斜時(shí)取負(fù)號(hào)； ：墻后填土面的傾角； ：土對擋土墻背的外摩擦角。圖22 庫倫主動(dòng)土壓力計(jì)算圖若墻背豎直()、光滑()及墻后填土面水平（），則庫侖主動(dòng)土壓力系數(shù)，可見在此條件下,庫侖公式與朗一式相同。因此朗肯理論是庫侖理論的特殊情況。②被動(dòng)土壓力庫侖被動(dòng)土壓力計(jì)算圖如圖23示。圖23 庫倫被動(dòng)土壓力計(jì)算圖 庫倫被動(dòng)土壓力的一般表達(dá)式為： （213） （214） 式中：庫倫被動(dòng)土壓力系數(shù)。 若墻背豎直（）、光滑（）及墻后填土面水平（），則庫侖被動(dòng)土壓力系數(shù)，即與無粘性土的朗肯公式相同。 庫侖土壓力理論考慮了墻與土體間的摩擦力作用，并能考慮地面及墻面為傾斜的情況，但是對于粘性土必須采用等效摩擦角，并且隨意等效，誤差較大。此外，當(dāng)有地下水時(shí)，特別是考慮滲流效應(yīng)時(shí)，庫侖理論并不適用。 朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論基本假設(shè)不同，分析的計(jì)算方法也不同，只有在,的情況下,兩種土壓力理論的計(jì)算結(jié)果才相同，且兩者均屬于極限狀態(tài)土壓力理論。由于朗肯土壓力理論計(jì)算的主動(dòng)土壓力值偏大，被動(dòng)土壓力值偏小，用朗肯土壓力理論來設(shè)計(jì)深基坑工程相比于庫侖土壓力理論總是偏于安全的，所以目前深基坑工程設(shè)計(jì)中主要采用朗肯土壓力理論。 水壓力計(jì)算理論 支護(hù)結(jié)構(gòu)上作用的均布荷載主要是土壓力，但是當(dāng)基坑開挖范圍內(nèi)有地下水時(shí)，還要考慮地下水壓力。水壓力的計(jì)算要考慮諸多因素，例如地下水的補(bǔ)給情況、排水處理方式、季節(jié)變化和施工場地開挖條件等。 目前計(jì)算地下水位以下的水、土壓力有兩種方法，即“水土分算”（計(jì)算圖示如圖24）和“水土合算”（計(jì)算圖示如圖25）。兩種計(jì)算理論均未考慮滲流的影響。（l）水土分算圖24 水土分算示意圖地下水位以上部分: （215）地下水位以下部位： （216）其中：：地面距地下水位處距離； ：水的重度； ：計(jì)算點(diǎn)距地面距離； ：土的重度。（2）水土合算圖25 水土合算示意圖地下水位以上部分： （217）地下水位以下部分： （218）其中：：地面距地下水位處距離； ：計(jì)算點(diǎn)距地面距離； ：土的飽和的重度； ：土的重度。目前許多學(xué)者對工程中采用哪種計(jì)算方法還沒有統(tǒng)一的定論。工程界一般認(rèn)為，對于砂性土和粉土應(yīng)按水土壓力分算原則進(jìn)行，然后將計(jì)算結(jié)果相加。對于粘性土，可按水土壓力合算原則廠但也有大認(rèn)為，粘性土中，主動(dòng)土壓力按水土合算，被動(dòng)土壓力按水土分算。根據(jù)有效應(yīng)力原理，水土合算是缺乏理論根據(jù)的，但是由于有效應(yīng)力指標(biāo)較難獲得，而且一些實(shí)例資料表明，在淤泥質(zhì)粘土和夾砂粘性土中，其平均水壓力不到整個(gè)側(cè)壓力的20%，故目前實(shí)際工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多的是合算方法。 單支點(diǎn)排樁支護(hù)設(shè)計(jì)和計(jì)算頂端支撐(或錨系)的排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)與頂端自由(懸臂)的排樁二者是有區(qū)別的。頂端支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)，由于頂端有支撐而不致移動(dòng)而形成一鉸接的簡支點(diǎn)。至于樁埋入土內(nèi)部分，入土淺時(shí)為簡支，深時(shí)則為嵌固。下面所介紹的就是樁因入土深度不同而產(chǎn)生的幾種情況。（1）支護(hù)樁入土深度較淺，支護(hù)樁前的被動(dòng)土壓力全部發(fā)揮，對支撐點(diǎn)的主動(dòng)土壓力的力矩和被動(dòng)土壓力的力矩相等(圖810a)。此時(shí)墻體處于極限平衡狀態(tài)，由此得出的跨間正彎矩Mmax其值最大，但入土深度最淺為tmin。這時(shí)其墻前以被動(dòng)土壓力全部被利用，墻的底端可能有少許向左位移的現(xiàn)象發(fā)生。（2）支護(hù)樁入土深度增加，大于tmin時(shí)(圖26b)，則樁前的被動(dòng)土壓力得不到充分發(fā)揮與利用，這時(shí)樁底端僅在原位置轉(zhuǎn)動(dòng)一角度而不致有位移現(xiàn)象發(fā)生，這時(shí)樁底的土壓力便等于零。未發(fā)揮的被動(dòng)土壓力可作為安全度。（3）支護(hù)樁入土深度繼續(xù)增加，墻前墻后都出現(xiàn)被動(dòng)土壓力，支護(hù)樁在土中處于嵌固狀態(tài)，相當(dāng)于上端簡支下端嵌固的超靜定梁。它的彎矩己大大減小而出現(xiàn)正負(fù)二個(gè)方向的彎矩。其底端的嵌固彎矩M2的絕對值略小于跨間彎矩M1的數(shù)值，壓力零點(diǎn)與彎矩零點(diǎn)約相吻合(圖26c)。（4）支護(hù)樁的入土深度進(jìn)一步增加(圖26d)，這時(shí)樁的入土深度己嫌過深，墻前墻后的被動(dòng)土壓力都不能充分發(fā)揮和利用，它對跨間彎矩的減小不起太大的作用，因此支護(hù)樁入土深度過深是不經(jīng)濟(jì)的。圖26 入土深度不同的板樁墻的土壓力分布、彎矩及變形圖以上四種狀態(tài)中，第四種的支護(hù)樁入土深度已嫌過深而不經(jīng)濟(jì)，所以設(shè)計(jì)時(shí)都不采用。第三種是目前常采用的工作狀態(tài)，一般使正彎矩為負(fù)彎矩的110％~115％作為設(shè)計(jì)依據(jù)，但也有采用正負(fù)彎矩相等作為依據(jù)的。由該狀態(tài)得出的樁雖然較長，但因彎矩較小，可以選擇較小的斷面，同時(shí)因入土較深，比較安全可靠：若按第一、第二種情況設(shè)計(jì)，可得較小的入土深度和較大的彎矩，對于第一種情況，樁底可能有少許位移。自由支承比嵌固支承受力情況明確，造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理。單支點(diǎn)的排樁計(jì)算方法有很多，包括平衡法、圖解法（彈性線法）、等值梁法、有限元法等，本論文主要介紹平衡法、等值梁法和M法[16][17][18]。 自由端單支點(diǎn)支護(hù)樁的計(jì)算（平衡法）圖27是單支點(diǎn)自由端支護(hù)結(jié)構(gòu)的斷面，樁的右面為主動(dòng)土壓力，左側(cè)為被動(dòng)土壓力?？刹捎孟铝蟹椒ù_定樁的最小入土深度tmin和水平向每米所需支點(diǎn)力(或錨固力)R。如圖27所示，取支護(hù)單位長度，對A點(diǎn)取矩，令MA＝0，則有 （219） （220）式中 、：基坑底以上及以下主動(dòng)土壓力合力對A點(diǎn)的力矩；：被動(dòng)土壓力合力對A點(diǎn)的力矩；、：基坑底以上及以下主動(dòng)土壓力合力；：被動(dòng)土壓力合力。圖27 單質(zhì)點(diǎn)排樁靜力平衡計(jì)算簡圖 等值梁法擋墻兩側(cè)作用著分布荷載，即主動(dòng)土壓力與被功土壓力，如圖28a所示。在計(jì)算過程中所要求出的仍是樁的入土深度、支撐反力及跨中最大彎矩。按一端嵌固另一端簡支的梁進(jìn)行研究，此時(shí)單支撐擋墻的彎矩如圖28c，若在得出此彎矩圖前已知彎矩零點(diǎn)位置，并于彎矩零點(diǎn)處將粱（即樁）斷開以簡支計(jì)算，則不難看出所得該段的彎矩圖將同整梁計(jì)算時(shí)一樣，此斷梁段即稱為整梁該段的等值梁。對于下端為彈性支撐的單支撐擋墻其凈土壓力零點(diǎn)位置與彎矩零點(diǎn)位置很接近，因此可在壓力零點(diǎn)處將板樁劃開作為兩個(gè)相聯(lián)的簡支梁來計(jì)算。這種簡化計(jì)算法就稱為等值梁法，其計(jì)算步驟如下(圖28)：（1）根據(jù)基抗深度、勘察資料等，計(jì)算主動(dòng)土壓力與被動(dòng)土壓力，求出土壓力零點(diǎn)B的位置，并計(jì)算B點(diǎn)至坑底的距離u值；（2） 由等值梁AB根據(jù)平衡方程計(jì)算支撐反力Ra及B點(diǎn)剪力QB；圖28 等值梁法計(jì)算簡圖 （221） （222）（3）由等值梁BG求算板樁的入土深度，取，則由上式求得 （223）由上式求得x后，樁的最小入土深度可由下式求得 （224）如樁端為一般的土質(zhì)條件，~，即 （225）（4）求剪力為零的點(diǎn)，計(jì)算最大彎矩Mmax值。 M法彈性地基梁法中土對支擋結(jié)構(gòu)的抗力(地基反力)用土彈簧來模擬，地基反力的大小與擋墻的變形有關(guān)，即地基反力由水平地基反力系數(shù)同該深度擋墻變形的乘積確定。按地基反力系數(shù)沿深度的分布不同形成幾種不同的方法，圖29給出了地基反力系數(shù)的五種分布圖示，用下面的通式表達(dá): （226）式中z為地面或開挖面以下深度；k為比例系數(shù)；n為指數(shù)，反映地基反力系數(shù)隨深度而變化的情況；凡為地面或開挖面處土的地基反力系數(shù)，一般取為零。根據(jù)n值的取值而將采用圖分布模式的計(jì)算方法分別稱為張氏法、C法和m法。當(dāng)n=1時(shí): （227）圖29 地基反力系數(shù)分布圖此式表明水平地基反力系數(shù)沿深度按線性規(guī)律增大，由于我國以往應(yīng)用此種分布圖示時(shí)，用m表示比例系數(shù)，即，故通稱m法。本次設(shè)計(jì)使用同濟(jì)大學(xué)啟明星軟件進(jìn)行M法的計(jì)算設(shè)計(jì)。第三章 工程概況 工程簡介擬建場地位于蘇州市區(qū)東吳北路東側(cè)、縣前街北側(cè)地塊，場地已經(jīng)平整，地面較平坦，～（黃海高程）。主樓最高15層，群樓地面4層，地下室層數(shù)1~2層，建筑面積20000m2，基坑開挖深度9m，基坑面積1500m2。擬建場地位于長江三角洲東南緣，屬長江三角洲沖、湖積平原地貌，上部廣泛覆蓋第四紀(jì)地層，基坑平面圖，如圖31。圖31 基坑平面圖 地基土層分布與特征、粘土、粉質(zhì)粘土、粉土夾粉質(zhì)粘土及粉土、粉砂等組成，屬第四系地層，根據(jù)土性擬建場地自上而下可分為15個(gè)工程地質(zhì)層，與基坑開挖相關(guān)的各土層分別描述如下：①雜填土：雜色，濕，松散，粘性土為主，淺部雜較多的碎石、碎磚等建筑垃圾，下部局部為淤泥質(zhì)土，土質(zhì)不均勻?！?，～，場地遍布，工程性能差。②粘土：褐黃色，可塑，含鐵錳質(zhì)結(jié)核及灰色條帶，土質(zhì)均勻。無搖振反應(yīng)，切面光滑，有光澤，韌性高，干強(qiáng)度高。分布穩(wěn)定，～，～，場地遍布。中等壓縮性，強(qiáng)度較高，工程性能良好。③粉質(zhì)粘土：灰