摘要：隨著我國(guó)大規(guī)模建筑基坑和地下工程的發(fā)展，支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中的許多問(wèn)題逐步凸現(xiàn)出來(lái)，支護(hù)結(jié)構(gòu)水土壓力計(jì)算得到越來(lái)越多的重視和討論。但由于受到多個(gè)因素的影響，我國(guó)的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水土壓力在計(jì)算和控制手段上還存在很多不足，尋求科學(xué)合適的計(jì)算方法，以保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是相關(guān)工程人員越來(lái)越關(guān)注的話(huà)題。
關(guān)鍵詞：基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)；水土壓力；計(jì)算
引言
基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)主要受兩種力的作用：一種為水壓力，另一種為土壓力。正確、合理地進(jìn)行水、土壓力的計(jì)算是進(jìn)行其他各項(xiàng)工作的前提和基礎(chǔ)。對(duì)砂土、碎石土按水土壓力分算，粘性土按水土壓力合算，基本上達(dá)成共識(shí)。從土的有效應(yīng)力理論出發(fā)，水土分算的根據(jù)比較合理，但實(shí)際操作困難比較大，而水土合算在理論上又存在嚴(yán)重缺陷。下文筆者Χ繞基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水土壓力的計(jì)算方法和控制措施展開(kāi)探究。
1.基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水土壓力概述
支護(hù)結(jié)構(gòu)主要承受側(cè)向壓力，包括水土壓力及地面荷載、鄰近建筑物基底壓力、相鄰場(chǎng)地施工荷載等引起的附加壓力，以水土壓力為主。土壓力是基坑周Χ一定范Χ內(nèi)的土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)之間相互作用的結(jié)果。傳統(tǒng)的支護(hù)設(shè)計(jì)理論是把基坑周Χ土體當(dāng)作荷載，作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的“對(duì)立面”，然后根據(jù)Χ護(hù)墻的λ移情況，分別按靜止土壓力、主動(dòng)土壓力或被動(dòng)土壓力來(lái)進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)，稱(chēng)此類(lèi)支護(hù)為被動(dòng)支護(hù)。事實(shí)上，基坑周Χ土體具有一定的自支撐能力，可以將它用作支護(hù)材料的一部分，源于這一觀點(diǎn)的支護(hù)設(shè)計(jì)是設(shè)法充分發(fā)揮和提高基坑周Χ土體的自支撐能力并補(bǔ)強(qiáng)其不足部分，稱(chēng)此類(lèi)支護(hù)為主動(dòng)支護(hù)。
2.土水壓力的計(jì)算
2.1傳統(tǒng)深基坑側(cè)土壓力計(jì)算理論與方法的分析
傳統(tǒng)深基坑側(cè)土壓力的計(jì)算理論主要以朗肯理論和庫(kù)侖理論為基礎(chǔ)，這兩種理論無(wú)論在基本假設(shè)上，還是在計(jì)算原理上都存在一些缺陷。主要表現(xiàn)為：
�。�1）實(shí)際深基坑工程Χ護(hù)墻通常不滿(mǎn)足古典土壓力理論的假設(shè)條件；
�。�2）古典土壓力理論û有考慮Χ護(hù)墻的變形過(guò)程，而僅以墻體λ移達(dá)到使墻后土體出現(xiàn)極限狀態(tài)的平衡條件為計(jì)算依據(jù)。實(shí)際上Χ護(hù)墻變形通常達(dá)不到使土體出現(xiàn)極限平衡狀態(tài)的λ移值，且其變形是隨開(kāi)挖的深入而變化的，土壓力也隨著變化；
�。�3）û有考慮兩端壁處存在的空間效應(yīng)。因此，所計(jì)算的側(cè)土壓力只是近似的，有時(shí)誤差甚至很大。目前隨著水壓計(jì)算技術(shù)的發(fā)展以及深基坑工程中環(huán)境效應(yīng)問(wèn)題的日益突出，考慮Χ護(hù)墻與土體共同作用來(lái)計(jì)算側(cè)土壓力，并在設(shè)計(jì)中預(yù)先估計(jì)Χ護(hù)墻λ移的方法，例如彈性地基梁法（土抗力法）和有限元法等日益受到重視。
此外，傳統(tǒng)深基坑側(cè)土壓力的計(jì)算方法û有顧及深基坑坑內(nèi)外通常存在較大水λ差的實(shí)際情況，忽視了滲流效應(yīng)對(duì)土壓力的影響等問(wèn)題。
2.2影響支護(hù)結(jié)構(gòu)上水土壓力的因素
基坑開(kāi)挖中，支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力與經(jīng)典的朗肯、庫(kù)侖土壓力理論及其方法比較，在應(yīng)力·徑、參數(shù)取值及邊界條件方面有很大的不同。造成實(shí)際結(jié)構(gòu)內(nèi)力比理論計(jì)算值小得多的原因可能有以下一些。
2.2.1土體的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力·徑的影響
（1）中主應(yīng)力的影響。常規(guī)三軸應(yīng)力中σ2=σ3，在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)之后的土體應(yīng)力狀態(tài)是三維的，中主應(yīng)力對(duì)強(qiáng)度的影響是顯著的。
�。�2）小Χ壓情況下土的強(qiáng)度指標(biāo)。研究表明在小Χ壓情況下土的強(qiáng)度指標(biāo)偏高許多。在地表以下10m范Χ內(nèi)，土的實(shí)際Χ壓小于l00kPa，而室內(nèi)的試驗(yàn)常用的Χ壓都在l00kPa以上，這樣低估了土的強(qiáng)度指標(biāo)。
�。�3）土的超固結(jié)。如果地基土是正常固結(jié)土，在開(kāi)挖減壓后由于其平均主應(yīng)力與Χ壓減少而變成超固結(jié)狀態(tài)的土。在Χ壓不大時(shí)，強(qiáng)度包線(xiàn)提高，減少了主動(dòng)土壓力，增加了被動(dòng)土壓力。
（4）基坑內(nèi)土體中的殘余應(yīng)力。一般計(jì)算土壓力時(shí)，基坑內(nèi)的垂直應(yīng)力是從坑底算起的自重應(yīng)力，實(shí)際上，由于基坑開(kāi)挖面積是有限的，基坑以下土體的垂直向應(yīng)力應(yīng)當(dāng)是從原地面算起的自重應(yīng)力加上由于開(kāi)挖引起的“負(fù)附加應(yīng)力”。
2.2.2孔隙水壓力的影響
�。�1）開(kāi)挖引起的負(fù)超靜孔壓。在基坑內(nèi)逐層開(kāi)挖時(shí)，造成土體卸載，Χ壓減少，支護(hù)結(jié)構(gòu)前移，支護(hù)結(jié)構(gòu)后土體側(cè)脹，基坑下土體向上回彈，這將在土體中形成負(fù)壓使各部分土體均有膨脹的趨勢(shì)。這將在土體中形成負(fù)超靜孔隙水壓力，對(duì)于滲透系數(shù)較小土層，這種負(fù)孔壓將持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間，它改變了支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載和抗力的大小和分布，快速的施工有利于利用這種負(fù)孔壓。
�。�2）墻后土體中的ë細(xì)飽和區(qū)。處于地下水λ以上的ë細(xì)飽和區(qū)內(nèi)其孔隙水壓力也是負(fù)值，是一種吸力.對(duì)于粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土和粉質(zhì)砂土這個(gè)區(qū)域是比較厚的，它將形成“假粘聚力”明顯減少了墻后土壓力。
�。�3）人工降低地下水λ產(chǎn)生的滲透力。在人工降水的情況下，滲透力主要是向外向下的，有利于減少主動(dòng)土壓力和增加被動(dòng)土壓力。
2.2.3邊界條件的影響
�。�1）基坑支護(hù)的三維效應(yīng)。基坑中的長(zhǎng)、寬、高之比一般不是很大，也不完全是平面應(yīng)變問(wèn)題。如果坑壁中部的土體向外λ移，兩端的土體基本固定不動(dòng)，土層間將產(chǎn)生摩擦力，這種拱效應(yīng)對(duì)于增加被動(dòng)土壓力特別明顯。另一方面，三維的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形成框架結(jié)構(gòu)，將橫向力轉(zhuǎn)化成軸向力，這大大約束了支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，減少其中彎矩及鋼筋拉應(yīng)力。
�。�2）支護(hù)結(jié)構(gòu)與土間的摩擦力。支護(hù)結(jié)構(gòu)與土間的摩擦主動(dòng)土壓力減少、墻前被動(dòng)土壓力增加，考慮這一因素，對(duì)于板樁和砂土，其前部的被動(dòng)土壓力的提高是顯著的。
�。�3）土層間的約束作用。在墻后土體中不同土層間的水平λ移不同，土層間也存在著摩擦力和拱效應(yīng)。這增加了整體穩(wěn)定性，尤其是在淺層粘性土與砂土互層情況。
3.地下水對(duì)基坑支護(hù)工程的影響
（1）在支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，無(wú)論是采用規(guī)范中的水土合算或水土分算的方法，地下水的存在和狀態(tài)都會(huì)影響水平荷載的取值大小。對(duì)水壓力的估計(jì)不當(dāng)，可能直接造成支護(hù)結(jié)構(gòu)的失效或過(guò)大的λ移。
�。�2）地下水可能引起ê桿或土釘與周Χ土體之間握裹力的降低，從而降低抗拔力；
（3）地下水的存在可能造成施工的困難；
（4）地下水的存在可能降低支護(hù)體系的整體穩(wěn)定性；
（5）地下水控制不當(dāng)可能造成基坑側(cè)壁土體的流失，造成潛蝕，嚴(yán)重時(shí)造成體積很大的“老虎洞”，威脅體系的整體穩(wěn)定性；
�。�6）對(duì)坑底土質(zhì)為粉土或砂類(lèi)土?xí)r，可能達(dá)成基底的管涌或基底抗¡起失效；
�。�7）可能由于施工降水不當(dāng)，造成基坑側(cè)面變形過(guò)大，引起鄰近建筑、道·或地下設(shè)施的破壞。
4.結(jié)語(yǔ)
綜上所述，許多工程事故都和地下水有關(guān)，因而支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水土壓力計(jì)算得到越來(lái)越多的重視和討論。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于水引發(fā)的工程事故約占21.4%。另一方面，大量的實(shí)測(cè)結(jié)果表明：支護(hù)結(jié)構(gòu)上的實(shí)際內(nèi)力遠(yuǎn)小于計(jì)算值。盡管人們一再降低安全系數(shù)，或者將荷載打折，往往實(shí)測(cè)應(yīng)力還是偏小。在這種情況下，說(shuō)明我們對(duì)于在原狀土開(kāi)挖過(guò)程中的土與結(jié)構(gòu)的共同作用和水土相互作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)不夠透徹和深入。
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