浅析基坑支护结构上的水土压力

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1 基坑支护结构设计中关于影响水土压力的一些原因

在我国现在执行的有关建筑基坑支护技术的一些规章制度中，这样说在基坑开始建设施工的时候，基坑支护结构水土压力的计算一般是用朗肯经典土压力理论来实现的，但是在实际的施工中，在计算支护结构内力的监测值和用朗肯理论来计算出来的值差别非常大。造成这种情况的原因有很多中，下面归纳了几种比较常见的:

1.1 土微观结构方面的原因

土微观结构方面的原因一般来说可以分为三种情况:(1)原状土的结构性。我们在对施工现场的土质情况进行勘探取样，基坑支护结构的施工建设与基坑在建设施时的扰动，会使得原状土强度降低许多。(2)不饱和土基质的吸力作用。我们在对基坑支护结构进行计算的时候，通常情况下都不会考虑这种吸力对基坑支护结构负荷的减少。(3)固结土真黏聚力会随着深度与固结压力的增加而增加。在基坑支护结构的建设施工中，土之间的孔隙率会慢慢的变小其密实度也会慢慢增加，正常固结黏土密度也会成正比例增加，土自身本来也有黏聚力，随着土的压力越来越大其压黏聚力也会增强，黏聚力是土体抗剪强度中非常重要的一部分，能够使得基坑支护结构的土压力变化很大。

1.2 土体应力状态和应力路径的原因

土体应力状态和应力路径也有三个方面的原因:(1)主应力的原因。我们在对基坑进行开始挖掘的过程中，基坑周围土体应力的情况通常都是三维的，其主应力对土强度有着非常强的影响。(2)在小围压的时候土强度指标。经过多年的实验研究，在小围压的情况下，土强度的指标会变得非常高，在室内进行的试验中我们常用的围压一般在100kPa 以上，然而在实际的工作中围压通常是不到100kPa 的，如果我们用室内试验的指标的话就会低估地基土的实际强度指标。(3)土的超固结。正常固结地基土之中，基坑在挖掘卸载之后，会因为平均的主应力和围压降低，地基土变为超固结土。小围压的状态下，强度指标的提高，就会使得主动土压力降低而被动土压力升高。

1.3 孔隙水压力的原因

孔隙水压力的原因一般来说有四个原因:(1)在基坑挖掘的时候会使得土体出现负超静孔隙水的压力，进而使得基坑支护结构发生了改变。(2)基坑支护结构土体中毛细饱和区的原因，在实际的基坑支护施工中粉细砂与粉质粘土以及粉质砂土，这些区域还是相对来说比较厚，可以形成假的黏聚力，这样也可以大大降低基坑支护结构压力。(3)人工降低地下水的原因，在基坑支护施工中，我们一般会用人工降低地下水，这个时候土体的渗透力通常是向外或者向下的，这时候主动土压力降低而被动土压力就会增加。(4)基坑内部排水渗流的原因，我们要是用基坑内部排水这个方法的话，就很容易会出现渗透力。

2 基坑支护结构中水土压力的计算方法

2.1 水土分算的原则

顾名思义就是分别来计算土压力与水压力，相加起来就是总侧压力。这个原则比较适合土孔隙里面有自由重力水，还时候土的渗透性比较好的情况，砂土与粉性土以及粉质粘土比较一般。我们在水压力和土压力分别计算的时候，如果地面是地下水水位的话，那么我们想要计算在基坑支护结构作用的侧压力可以用下面的公式来计算:

在上面那个公式中:Ka 是主动土压力的系数;Kp 是被动土压力的系数;r'、Rw 分别是土浮重度与水重度。

2.2 水土合算的原则

这个原则主要中心思想是认为在土孔隙中是没有自由重力水的，然而却有结合水，由于结合水并不传递静水压力，预算我们就要把土粒和孔隙水共同组成的土体当作对象，然后直接用土饱和的重度来计算侧压力。这个原则比较适用不透水粘土层。

我们采用水土进行合算的时候，如果地面为地下水水位的话，那么我们想要计算在基坑支护结构作用的侧压力可以用下面的公式来计算:

在上面的计算公式中:Kp 是被动土压力的系数;Ka 是主动土压力的系数;Rsat、Rw 是土浮重度与水重度。

3 如何选择适合的支护结构上水土压力计算方案

3.1 水土压力计算方案的选择

在实际的工作中，水压力与土压力进行分开计算的话，主要是分别计算土骨架与孔隙水带来的侧向的压力，要符合土有效的原理，按照有效应力来计算土压力的时候，我们应该选用水压力与土压力分别计算来计算土压力。如果用总应力的方法来计算土压力的话，那么把Rsat=r' +Rw 这个公司带入(3)和(4)这个两个公式中就可以了，然后就得出下面的一组公式:

这两个公式与(1)和(2)两个公司相比较来说，可以看出水压力与土压力合算的方案就是把水压力乘上土压力的系数。但是如果是砂质土的话，显然是不行的。因此如果是砂土和粉土的话还是选用水压力与土压力分开来计算比较好。粘性土情况非常复杂，把土里面的水都当作自由水的话，这显然也不是很适合。但是如果粘性土里面的水并不都是自由水的话，那么还是比较适合的。若再考虑支护结构水土压力的一些原因的话，粘性土在基坑支护建设的施工阶段还是用水压力与土压力合起来计算比较合适，在实验阶段选用水压力与土压力分开计算比较合适。

3.2 土抗剪强度指标的选择

如果选用水压力与土压力合起来计算土压力的时候，那么抗剪强度的指标应该用土总应力的指标C 或者φ。如果选用水压力与土压力分开进行计算的时候，那么抗剪强度的指标要用有效指标C'、φ'。在进行水压力与土压力进行分别计算的时候，我们也可以用总应力指标来试验其强度指标Ccu、φcu，经过大量的实验我们得出，这两种算法效果是一样的。

4 结束语

总而言之，在我国现在执行的基坑支护结构设计规范与制度上，对水土压力的计算一般都规定了，“水土分算”与“水土合算”这两种方案，然而在实际的工作中许多的规章制度往往都会有一些差别，因此这些规章制度往往仅仅是建立在一定的地质条件上，还需要有根据一定的实践经验。所以，我们在选择水土压力的计算方案的时候，还需要根据一些地质条件与施工条件比较相近的工程经验来进行选择。不管是选择那种方案来进行水土压力的计算，都要选择适合的抗剪强度指标与安全系数。在进行基坑挖掘的时候，强度指标应该按照基坑挖掘的地质特征经过试验来进行选择。

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