岩土计算取值原则

2.2地基反力系数cz的确定对于地基反力系数的确定，不同的学者有各自的看法。综合起来如图3［2中：Z为深度，K为比例系数，n为指数，反映地基反力系数随深度而变化的情况。就图3的四种地基反力系数分布而言，其图形丰满程度由左向右依次降低，亦即在相同的桩、土条件下，土反力按上述图式次序依次降低，以张氏法获得的地基反力为最大，C法次之，m法再次之，K法为最小，再由图4可看出在超固结粘土中桩身计算弯矩与实测值相比较可见，四种图式正好与上述顺序相反［4］。因此，实用时，应根据土质来选择以何种图式较为适宜。一般说来，m法和C法适用于一般粘性土和砂性土，而对于超固结粘性土、地表有硬层的粘性土和地表密实的砂土等情况可考虑采用常数法(张氏法)。我省较为普遍的是红粘土地基，一般在接近地表面的土层，其含水量低、物理状态较坚硬，水平抗力系数高，具有超固结性。因此，地基系数采用常系数法。即cz=const=k。4.6.2水平荷载作用下弹性桩的计算水平荷载作用下弹性桩的分析计算方法主要有地基反力系数法、弹性理论法和有限元法等．这里只介绍国内目前常用的地基反力系数法。地基反力系数法是应用E．文克勒(Winlder，1867)地基模型，把承受水平荷载的单桩视作弹性地基(由水平向弹簧组成)中的竖直梁，通过求解梁的挠曲微分方程来计算桩身的弯矩、剪力以及桩的水平承载力。1．基本假设单桩承受水平荷载作用时，可把土体视为线性变形体，假定深度z处的水平抗力等于该点的水平杭力系数与该点的水平位移的乘积，即F=KX此时忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响以及邻桩的影响。地基水平抗力系数的分布和大小，将直接影响挠曲微分方程的求解和桩身截面内力的变化。图4—23表示地基反力系数法所假定的4种较为常用的kx分布图式：(1)常数法：假定地基水平抗力系数沿深度为均匀分布，即是kx=kh。这是我国学者张有龄在二十世纪30年代提出的方法，日本等国常按此法计算国也常用此法来分析基坑支护结构。(2)“k”法：假定在桩身第一挠曲零点(深度t处)以上按抛物线变化,以下为常数；(3)“m”法：假定kx随深度成正比地增加，即是kx=mz。我国铁道部门首先采用这一方法，近年来也在建筑工程和水平荷载作用下弹性桩的分析计算方法主要有地基反力系数法、弹性理论法和有限元法等．这里只介绍国内目前常用的地基反力系数法。地基反力系数法是应用E．文克勒(Winlder，1867)地基模型，把承受水平荷载的单桩视作弹性地基(由水平向弹簧组成)中的竖直梁，通过求解梁的挠曲微分方程来计算桩身的弯矩、剪力以及桩的水平承载力。1．基本假设单桩承受水平荷载作用时，可把土体视为线性变形体，假定深度z处的水平抗力等于该点的水平杭力系数与该点的水平位移的乘积，即F=KX此时忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响以及邻桩的影响。地基水平抗力系数的分布和大小，将直接影响挠曲微分方程的求解和桩身截面内力的变化。图4—23表示地基反力系数法所假定的4种较为常用的kx分布图式：(1)常数法：假定地基水平抗力系数沿深度为均匀分布，即是kx=kh。这是我国学者张有龄在二十世纪30年代提出的方法，日本等国常按此法计算国也常用此法来分析基坑支护结构。(2)“k”法：假定在桩身第一挠曲零点(深度t处)以上按抛物线变化,以下为常数；(3)“m”法：假定kx随深度成正比地增加，即是kx=mz。我国铁道部门首先采用这一方法，近年来也在建筑工程和公路桥涵的桩基设计中逐渐推广。(4)“c值”法：假定kx随深度按CZ0.5的规律分布，即是kx=cz0.5(c为比例常数，随土类不同而异)。这是我国交通部门在试验研究的基础上提出的方法。此时忽略桩土之间的摩阻力对水平抗力的影响以及邻桩的影响。地基水平抗力系数的分布和大小，将直接影响挠曲微分方程的求解和桩身截面内力的变化。图4—23表示地基反力系数法所假定的4种较为常用的kx分布图式：(1)常数法：假定地基水平抗力系数沿深度为均匀分布，即是kx=kh。这是我国学者张有龄在二十世纪30年代提出的方法，日本等国常按此法计算国也常用此法来分析基坑支护结构。(2)“k”法：假定在桩身第一挠曲零点(深度t处)以上按抛物线变化,以下为常数；(3)“m”法：假定kx随深度成正比地增加，即是kx=mz。我国铁道部门首先采用这一方法，近年来也在建筑工程和公路桥涵的桩基设计中逐渐推广。(4)“c值”法：假定kx随深度按CZ0.5的规律分布，即是kx=cz0.5(c为比例常数，随土类不同而异)。这是我国交通部门在试验研究的基础上提出的方法。实测资料表明，m法(当桩的水平位移较大时)和c值法(当桩的水平位移较小时)比较接近实际。本节只简单介绍m法。2．计算参数单桩在水平荷载作用下所引起的桩周土的抗力不仅分布于荷载作用平面内，而且，桩的截面形状对抗力也有影响。计算时简化为平面受力，因此，取桩的截面计算宽度b。(单位为m)如下：方形截面桩：当实际宽度b1m时，bo=b+1;当b≤1m时，bo=1.5b+O.5。圆形截面桩：当桩径dlm时，bo=O.9(d十1)；d≤1m时:bo=O.9(1.5d+O.5)。计算桩身抗弯刚度EI时，桩身的弹性模量E，对于混凝土桩．可采用混凝土的弹性模量Ec的o．85倍(E=0．85Ec)。按m法计算时，地基水平抗力系数的比例常数m，如无试验资料，可参考表4-6所列数值。地基土水平抗力系数的比例常数m表4-6序号地基土类别预制桩、钢桩灌注桩m(MN/m4)相应单桩在地面处水平位移(mm)m(MN/m4)相应单桩在地面处水平位移(mm)1淤泥、淤泥质土，饱和湿陷性黄土2-4.5102.5-66-122流塑(IL＞1)、软塑(0.75＜IL≤1)状粘性土，e＞0.9粉土，松散粉细砂，松散填土4.5-6.0106-144-83可塑(0.25＜IL≤0.75)状粘性土，e=0.75-0.9粉土，湿陷性黄土，稍密、中密填土，稍密细土6.0-101014-353-6注：1.当桩顶横向位移大于表列数值或当灌注桩配筋率校高(≥0.65%)时，m值应当适当降低；当预制桩的横向位移小于10mm时，m值可适当提高；2.当横荷载为长期或经常出现的荷载时，应将表列数值乘以0.4降低采用；3.当地基为可液化土赶快去时，表列数值尚应乘以有关系数。10.2地下连续墙的设计方法10.2.1设计原则地下连续墙及其构筑物作基础设计的极限状态分以下两类：一是承载力极限状态，对应于地下连续墙及其坑槽地基达到最大承载能力或局部、整体失稳不适于继续承载的状态；二是正常使用极限状态，对应于地下连续墙及其坑槽地基达到建筑物正常使用所规定的变形限值或耐久性要求的限值。根据地下连续墙作护壁、或直接作为基础或基础的一部分，其造成自身及其影响范围内的建筑物破坏后果（危及人的生命、造成经济损失和社会影响及修复的可能性）的严重性，将建筑物分为三个安全等级，在施工、使用各阶段设计时，应根据具体情况按下表10.1选用适当的安全等级。建筑物的安全等级表10-1安全等级破坏后果建筑物类型一级很严重重要工业与民用建筑物；地市级及其以上的重点保护文物；20层以上的高层建筑；体型复杂的14层以上建筑；运行的铁路国家干线、公路、地铁路基等；重要桥梁；重要码头、护岸；对变形有特殊要求的重要建筑物；独立槽段为一桩（或一墩）的二级建筑物；开挖深度超过25m的基坑支护二级严重一般的土木建筑物；深度等于或大于6m且小于或等于25m基坑支护；一般保护文物；施工期间停用的重要铁路和一般运行的公路路基三级不严重次要土木建筑物；深度小于6m的一般基坑的临时施工支护，且其影响范围内无一二级建筑物10.2.2地下连续墙挡土结构体系的破坏形式地下连续墙挡土结构体系是由墙体、支撑（或地锚）及墙前后土体组成的共同受力体系。其受力变形状态与基坑形状、尺寸、墙体刚度、支撑刚度、墙体插入深度、土体的力学性能、地下水状况、施工程序和开挖方法等多种因素有关。地下连续墙的破坏形式可分为：1.稳定性破坏(1)整体失稳松软地层中因支撑位置不当或施工中支撑系统结合不牢等原因使墙体位移过大，或因地下连续墙入土太浅，导致基坑外整个土体产生大滑坡或塌方，致使地下连续墙支护系统整体失稳破坏（图10-1a）。图10-1地下连续墙的稳当性破坏(2).基坑底隆起在软弱的粘性土层中，若墙体插入深度不足，开挖到一定深度后，基坑内土体会发生大量隆起及基坑外地面的过量沉陷，导致整个地下连续墙支挡设施失稳破坏（图10-1b）。(3).管涌及流砂在含水的砂层中采用地下连续墙作为挡土、挡水结构时，开挖形成的水头差可能会引起管涌及流砂（图10-1c），开挖面内外层中砂的大量流失导致地面沉降。2.强度破坏(1).支撑强度不足或压屈当设置的支撑强度不足或刚度太小时，在侧向土压力作用下支撑损坏或压屈从而引起墙体上部或下部变形过大，导致支挡系统毁坏。(2).墙体强度不足由土压力引起的墙体弯矩超过墙体的抗弯能力，导致墙体大裂缝或断裂而破坏。(3).变形过大由于地下连续墙刚度不足，变形过大或者由于墙体渗水漏泥引起地层损失，导致基坑外的地表沉降和水平位移过大，会引起基坑周围的地下管线断裂和地面房屋的损坏。10.2.3地下连续墙的计算内容根据上述可能发生的破坏形式，地下连续墙设计计算的主要内容为：(1).确定在施工过程和使用阶段各工况的荷载，即作用于连续墙的土压力、水压力以及上部传来的垂直荷载，参阅第8.6节。(2).确定地下连续墙所需的入土深度，以满足抗管涌、抗隆起、防止基坑整体失稳破坏以及满足地基承载力的需要，参阅第§8.7、§8.9节。(3).验算开挖槽段的槽壁稳定，必要时重新调整槽段长、宽、深度的尺寸。4地下连续墙结构体系（包括墙体和支撑）的静力分析和变形验算。5地下连续墙结构的截面设计，包括墙体和支撑的配筋设计或截面强度验算；节点、接头的联结强度验算和构造处理。6估算基坑施工对周围环境的影响程度，包括连续墙的墙顶位移和墙后地面沉降值的大小和范围。10.2.4开挖槽段的槽壁稳定计算泥浆护壁槽壁稳定的计算是地下连续墙工程的一项重要内容，主要用来确定在深度已知条件下的设计分段长度。1.抛物线圆柱体法该法假设土体沿抛物线圆柱体形状下滑，如图所示。设槽段设计长度为b，深度为z。抛物线顶点距离槽壁边线为h。抛物线方程为22yfbx（10-1）长度h值fbh2（10-2）式中f—由土的内摩擦角、凝聚力c与无侧限抗压强度uq决定，即uqcftan（10-3）对长度为b，深度为z的槽壁ABAB而言，抛物线AOB为xhby422，式中h由式（10-3）确定。设抛物线圆柱体以与水平面成的倾角下滑，即AOB~BOA部分的土体以的倾角沿着BOA面下滑。设AOB~BOA部分的土体自重为W滑裂面的抗剪力为sP，地下水压力为wP，泥浆压力为cP。定义槽壁稳定安全系数sF，根据力平衡条件，有：sincosWPPPFswcs（10-4）图10-2抛物线圆柱体法计算示意图式中)]tan52)(()[(32hmmzbhWzwzbhnhPzcc)tan2(tan21bhmhPzww)tan2(tan21)sec32(tan]sin)(cos[tanbhcPPWAcNPwcszm—地下水深度（m）；c—泥浆的重度（kN/m3）；zn—泥浆深度（m）；—滑动面倾角，245应用时，安全系数一般取1.6，选用泥浆重度c和决定槽段长度b。2.梅耶霍夫经验公式法开挖槽段的临界深度crH按下式求得：cucrKcNH0（10-5）式中uc—粘土的不排水抗剪强度；0K—静止土压力系数；—粘土的有效重度；c—泥浆的有效重度；N—条形深基础的承载力系数，矩形开挖槽壁为LBN14B—槽壁的片面宽度；L—槽壁的平面长度。槽壁的坍塌安全系数sF：mmusPPcNF10（10-6）式中mP0、mP1—开挖的外侧和内侧槽底水平压力强度。3