淺析基坑支護結構上的水土壓力

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1 基坑支護結構設計中關于影響水土壓力的一些原因

在我國現在執行的有關建筑基坑支護技術的一些規章制度中，這樣說在基坑開始建設施工的時候，基坑支護結構水土壓力的計算一般是用朗肯經典土壓力理論來實現的，但是在實際的施工中，在計算支護結構內力的監測值和用朗肯理論來計算出來的值差別非常大。造成這種情況的原因有很多中，下面歸納了幾種比較常見的:

1.1 土微觀結構方面的原因

土微觀結構方面的原因一般來說可以分為三種情況:(1)原狀土的結構性。我們在對施工現場的土質情況進行勘探取樣，基坑支護結構的施工建設與基坑在建設施時的擾動，會使得原狀土強度降低許多。(2)不飽和土基質的吸力作用。我們在對基坑支護結構進行計算的時候，通常情況下都不會考慮這種吸力對基坑支護結構負荷的減少。(3)固結土真黏聚力會隨著深度與固結壓力的增加而增加。在基坑支護結構的建設施工中，土之間的孔隙率會慢慢的變小其密實度也會慢慢增加，正常固結黏土密度也會成正比例增加，土自身本來也有黏聚力，隨著土的壓力越來越大其壓黏聚力也會增強，黏聚力是土體抗剪強度中非常重要的一部分，能夠使得基坑支護結構的土壓力變化很大。

1.2 土體應力狀態和應力路徑的原因

土體應力狀態和應力路徑也有三個方面的原因:(1)主應力的原因。我們在對基坑進行開始挖掘的過程中，基坑周圍土體應力的情況通常都是三維的，其主應力對土強度有著非常強的影響。(2)在小圍壓的時候土強度指標。經過多年的實驗研究，在小圍壓的情況下，土強度的指標會變得非常高，在室內進行的試驗中我們常用的圍壓一般在100kPa 以上，然而在實際的工作中圍壓通常是不到100kPa 的，如果我們用室內試驗的指標的話就會低估地基土的實際強度指標。(3)土的超固結。正常固結地基土之中，基坑在挖掘卸載之后，會因為平均的主應力和圍壓降低，地基土變為超固結土。小圍壓的狀態下，強度指標的提高，就會使得主動土壓力降低而被動土壓力升高。

1.3 孔隙水壓力的原因

孔隙水壓力的原因一般來說有四個原因:(1)在基坑挖掘的時候會使得土體出現負超靜孔隙水的壓力，進而使得基坑支護結構發生了改變。(2)基坑支護結構土體中毛細飽和區的原因，在實際的基坑支護施工中粉細砂與粉質粘土以及粉質砂土，這些區域還是相對來說比較厚，可以形成假的黏聚力，這樣也可以大大降低基坑支護結構壓力。(3)人工降低地下水的原因，在基坑支護施工中，我們一般會用人工降低地下水，這個時候土體的滲透力通常是向外或者向下的，這時候主動土壓力降低而被動土壓力就會增加。(4)基坑內部排水滲流的原因，我們要是用基坑內部排水這個方法的話，就很容易會出現滲透力。

2 基坑支護結構中水土壓力的計算方法

2.1 水土分算的原則

顧名思義就是分別來計算土壓力與水壓力，相加起來就是總側壓力。這個原則比較適合土孔隙里面有自由重力水，還時候土的滲透性比較好的情況，砂土與粉性土以及粉質粘土比較一般。我們在水壓力和土壓力分別計算的時候，如果地面是地下水水位的話，那么我們想要計算在基坑支護結構作用的側壓力可以用下面的公式來計算:

在上面那個公式中:Ka 是主動土壓力的系數;Kp 是被動土壓力的系數;r'、Rw 分別是土浮重度與水重度。

2.2 水土合算的原則

這個原則主要中心思想是認為在土孔隙中是沒有自由重力水的，然而卻有結合水，由于結合水并不傳遞靜水壓力，預算我們就要把土粒和孔隙水共同組成的土體當作對象，然后直接用土飽和的重度來計算側壓力。這個原則比較適用不透水粘土層。

我們采用水土進行合算的時候，如果地面為地下水水位的話，那么我們想要計算在基坑支護結構作用的側壓力可以用下面的公式來計算:

在上面的計算公式中:Kp 是被動土壓力的系數;Ka 是主動土壓力的系數;Rsat、Rw 是土浮重度與水重度。

3 如何選擇適合的支護結構上水土壓力計算方案

3.1 水土壓力計算方案的選擇

在實際的工作中，水壓力與土壓力進行分開計算的話，主要是分別計算土骨架與孔隙水帶來的側向的壓力，要符合土有效的原理，按照有效應力來計算土壓力的時候，我們應該選用水壓力與土壓力分別計算來計算土壓力。如果用總應力的方法來計算土壓力的話，那么把Rsat=r' +Rw 這個公司帶入(3)和(4)這個兩個公式中就可以了，然后就得出下面的一組公式:

這兩個公式與(1)和(2)兩個公司相比較來說，可以看出水壓力與土壓力合算的方案就是把水壓力乘上土壓力的系數。但是如果是砂質土的話，顯然是不行的。因此如果是砂土和粉土的話還是選用水壓力與土壓力分開來計算比較好。粘性土情況非常復雜，把土里面的水都當作自由水的話，這顯然也不是很適合。但是如果粘性土里面的水并不都是自由水的話，那么還是比較適合的。若再考慮支護結構水土壓力的一些原因的話，粘性土在基坑支護建設的施工階段還是用水壓力與土壓力合起來計算比較合適，在實驗階段選用水壓力與土壓力分開計算比較合適。

3.2 土抗剪強度指標的選擇

如果選用水壓力與土壓力合起來計算土壓力的時候，那么抗剪強度的指標應該用土總應力的指標C 或者φ。如果選用水壓力與土壓力分開進行計算的時候，那么抗剪強度的指標要用有效指標C'、φ'。在進行水壓力與土壓力進行分別計算的時候，我們也可以用總應力指標來試驗其強度指標Ccu、φcu，經過大量的實驗我們得出，這兩種算法效果是一樣的。

4 結束語

總而言之，在我國現在執行的基坑支護結構設計規范與制度上，對水土壓力的計算一般都規定了，“水土分算”與“水土合算”這兩種方案，然而在實際的工作中許多的規章制度往往都會有一些差別，因此這些規章制度往往僅僅是建立在一定的地質條件上，還需要有根據一定的實踐經驗。所以，我們在選擇水土壓力的計算方案的時候，還需要根據一些地質條件與施工條件比較相近的工程經驗來進行選擇。不管是選擇那種方案來進行水土壓力的計算，都要選擇適合的抗剪強度指標與安全系數。在進行基坑挖掘的時候，強度指標應該按照基坑挖掘的地質特征經過試驗來進行選擇。

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