软土深基坑支护技术中的若干土力学问题

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1、维普资讯http://www.cqvip.com暑祢瑾戈技术岩土力学V0I16N03第16眷第3期RockandSoilMechanicsSept．19951995年9月，f一软土深基坑支护技术中的若干土力学问题壹7c，／多·7-(同济大学地下建筑与工程系，上悔200092)月文摘评述了软土深基坑支护结构的现有设计方法，分析了墙的剐度和位移对土压力分布的髟响，讨论了地下承对侧压力计算的影响、设计参数的测定与选取以及有限元计算中的一些问题．最岳对支护结构的安全评价提出了建议。关薯调基坑开挖；土压力；土的水平抗力系数中圉法分粪号Tu4'／3．21引言沿海软土地区是我国经济比较发达、开放比

2、较早的地区。由于城市土地昂贵，又由于城市交通要求发展地下车库以及地下商场的兴起，高层建筑的高度、地下室层数与基坑开挖深度都有增多的趋势。这种趋势与软土工程地质条件制约之间的矛盾日益突出，深基坑开挖的工程事故明显增多，深基坑支护技术已成为软土地区高层建筑工程建设中的难点和热点。诚然，施工质量不佳，施工工艺与程序未按设计要求进行，甚至愉工减料，这些都是当前基坑支护失效频率居高不下的重要原因，甚至是直接原因。但在设计中对支护结构受力状态不甚明了，计算简化与实际情况相差过大，过低地估计了某种作用力，给设计造成隐患，也是一个值得充分重视的问题。支护设计的关键是正确分析支护结构在、不同工况时的受

3、力状态与变形情况。首先必须正确地估计作用在支护结构上的侧压力才有可能作结构内力分析，但侧压力的大小不是固定不变的，荷载引起结构变形，而支护结构的变形又使侧压的大小与分布发生变化，这种相互作用的机理在现行设计方法中无法加以考虑。本文的目的在于提出在支护设计方法的改进中值得重视的若干土力学问题，以期引起同行的兴趣2对现有设计计算方法的讨论基坑支护设计计算方法大致可分为三类。第一类是常规设计方法；第二类称为弹性抗力法；第三类是有限元方法。一常规设计方法是最常用的方法，其要点是在选择一定的入土深度以满足整体稳定、抗隆起和抗渗要求的前提下用经典土力学理论计算主动土压力和被动土压力(或对计算的土

4、压力收穑日期1994—1O-05高大铡．男，60岁、教授，博士导师．主要从事岩土工程可靠性和软土基本性质研究维普资讯http://www.cqvip.com2岩土力学作某些经验修正)，然后对重力式刚性挡墙验算其抗倾覆、抗精移稳定性，安全系数沿用设计规范中对普通挡土墙的规定；或者计算柔性挡墙(悬臂式或有支锚结构)的内力，对墙身和支锚结构进行设计。这种方法对于普通挡土墙或开挖深度不深的钢板桩是比较成熟的但对深基坑，特别是软土中的深基坑支护结构设计就难以考虑更为复杂的条件和难以分析支护结构的整体性状。例如支护结构与周围环境的相互影响，墙体变形对侧压力的影响，支锚结构设置过程中墙体结构内力和

5、位移的变化，内侧坑底土加固或坑内、外降水对支护结构内力和位移的影响，压顶圈梁的作用与设计，复合式结构的受力分析等等。这些问题有时却成为控制支护结构性状的主要因素。弹性抗力法针对常规方法中挡墙内侧被动土压力计算中的问题提出了改进。其概念是由于挡墙位移有控制要求，内侧不可能达到完全的被动状态，实际上仍处在弹性抗力阶段，因此，引用承受水平荷载桩的横向抗力的概念，将外侧主动土压力作为施加在墙体上的水平荷载，用弹性地基梁的方法计算挡墙的变位与内力。土对墙体的水平向支承用弹性抗力系数来模拟，支锚结构也用弹簧模拟这种方法可以看作对常规方法的改进，它仍没有解决前一种方法的其余问题。计算与实际符合与否

6、取决于基床系数的选取，通常用m法计算，即基床系数随深度比例增长，比例系数为m。有限元方法提供了一种更为合理的设计计算方法，它可以从整体上分析支护结构及周围土体的应力与位移性状，而且可适用于动态模拟计算，不仅为事前设计与方案比较而且亦为信息反馈施工管理提供实时处理的手段。从原理上说，常规方法存在的问题在有限元方法中都可不同程度地得到解决。除了数值分析方法本身的问题以外，用有限元方法的关键是要正确选用计算模型和设计参数；另一个需要研究的问题是安全系数的定义及如何与常规设计的安全系数相匹配。如果后一个问题不解决，有限元方法仍然只停留在辅助手段的水平上而不能成为一种可供实用的工程设计方法。可

7、以看出，常规设计方法仍然是目前支护结构设计的主要方法，但需对它存在的问题加以研究改进}同时发展有限元方法使之实用化、系统化，成为支护结构计算机辅助设计软件系统，供设计与施工管理采用。3关于土压力计算的几个问题无论是常规设计方法或弹性抗力法都需计算挡墙外侧的主动土压力，目前，通常用Rank~ne土压力理论计算。挡墙外侧的侧压力除了土压力外还存在水压力。计算时有两种处理方法，一种是分别计算主动土压力和水压力，称为分算，显然，计算土压力时用浮容重；另一种称为水土