土方边坡与基坑支护全解

项目三 土方边坡与基坑支护 【职业实力目标】 基坑是建筑工程的一部分，尤其是对深基坑开挖与支护问题，引起了各方面的广泛重视。由于影响其工程质量的因素困难，因此，在基坑工程施工中，处理不当时可能会出现一些意外的状况，给工程造成肯定的经济损失。通过本项目的学习，应了解土压力的类型，熟识其影响因素，土方边坡的稳定分析，基坑支护结构的类型及选型原则，基坑支护结构的破坏形式与现场监测。 【关键词】（中英文）主动土压力Active earth Pressure；静止土压力Earth pressure at rest ;被动土压力 Passive earth Pressure；边坡 Side slope 任务一 土压力的类型与影响因素 在建筑工程地基与基础施工中，为了防止土坡发生滑动和坍塌，需用各种类型的挡土结构物加以支挡。支挡结构物的典型代表就是挡土墙，它是用来支撑自然或人工斜坡不致坍塌以保持土体稳定性，或使部分侧向荷载传递分散到填土上的支挡结构物。要想解决好基坑支护问题，须要我们学习相关的一些理论学问。 一、土压力的类型 土压力是指由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用，挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。土压力的确定是挡土支护施工设计的重要依据。 1、土压力试验 在试验室里通过挡土墙的模型试验，可以测得当挡土墙产生不同方向的位移时，将产生三种不同性质的土压力。 在一个长方形的模型槽中部插上一块刚性挡板，在板的一侧安装压力盒，填上土；板的另一侧临空。在挡板静止不动时，测得板上的土压力为E0 ；假如将挡板向离开土体的临空方向移动或转动时，则土压力渐渐减小，当墙后土体发生滑动时达到最小值，测得板上的土压力为E a ；反之，将挡板推向填土方向则土压力渐渐增大， 图6-2 墙身位移与土压力的关系 当墙后土体发生滑动时达到最大值，测得板上的土压力为Ep。土压力随挡板移动而变更的状况如图6-2 所示。 2、土压力种类 上述土压力试验表明，依据挡土墙的位移状况和墙后土体所处的应力状态，可将土压力分为以下三种。，可以将土压力分为以下三种状况。 1 静止土压力（ E0 ）。如图6-3a 所示，挡土墙在墙后填土的推力作用下，不发生任何方向的移动或转动时，墙后土体没有破坏，而处于弹性平衡状态，作用于墙背的水平压力称为静止土压力E0 。例如，地下室外墙在楼面和内隔墙的支撑作用下几乎无位移发生，作用在外墙面上的土压力即为静止土压力。 2 主动土压力（ E a ）。如图6-3b 所示，挡土墙在填土压力作用下，向着背离土体方向发生移动或转动时，墙后土体由于侧面所受限制的放松而有下滑的趋势，土体内潜在滑动面上的剪应力增加，使作用在墙背上的土压力渐渐减小。当挡土墙的移动或转动达到肯定数值时，墙后土体达到主动极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力，称为主动土压力Ea （土体主动推墙）。 图6-3 土压力的类型 3）被动土压力（ Ep）。如图6-3c 所示，当挡土墙在较大的外力作用下，向着土体的方向移动或转动时，墙后土体由于受到挤压，有向上滑动的趋势，土体内潜在滑动面上的剪应力反向增加，使作用在墙背上的土压力渐渐增大。当挡土墙的移动或转动达到肯定数值时，墙后土体达到被动极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力，称为被动土压力Ep（土体被动地被墙推移）。 静止土压力的计算主要应用弹性理论的方法；主动土压力和被动土压力的计算主要应用朗肯土压力理论和库仑土压力理论以及由此发展起来的一些近似方法及图解法。试验探讨表明，在相同条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力， 即 Ea Eo Ep。 二、影响土压力的因素 1、挡土墙的位移。挡土墙的位移（或转动）方向和位移量的大小，是影响土压力大小的最主要因素。墙体位移的方向不同，土压力的性质就不同；墙体方向和位移量大小确定着所产生的土压力的大小。其它条件完全相同，仅仅挡土墙的移动方向相反，土压力的数值相差可达20 倍左右。 2、挡土墙类型。挡土墙的剖面形态，包括墙背为数值还是倾斜、光滑还是粗糙，都关系采纳何种土压力计算理论公式和计算结果。假如挡土墙的材料采纳素混凝土或钢筋混凝土，可认为墙背表面光滑，不计摩擦力；若是砌石挡土墙，则必需计入摩擦力，因而土压力的大小和方向都不相同。 3、填土的性质。挡土墙后填土的性质，包括填土松密程度即重度、干湿程度（即含水率）、土的强度指标（内摩擦角和粘聚力）的大小，以及填土表面的形态（水平、上斜或下斜）等，都将会影响土压力的大小。 任务二 土方边坡与稳定 在工程建设中常会遇到土坡稳定性问题，如道路路堤，基坑的放坡开挖和山体边坡等。边坡由于丢失稳定性而滑动，称为“滑坡”。 假如施工中处理不当，一旦发生滑坡将会造成严峻的工程事故，不仅影响工程进度，甚至威及生命平安和工程存亡，应当引起重视。因此应正确相识土方边坡与稳定方面的相关学问，主动实行必要时的工程措施。 一、土方边坡 土坡就是具有倾斜表面的土体。由于地质作用自然形成的土坡，如山坡、江河的岸坡等称为自然土坡。经过人工开挖，填土工程建立物如基坑、渠道、土坡、路堤等的边坡，通常称为人工土坡。土坡的外形和各部分名称，如图6-35 所示。在土体自重和外力作用下，坡体内将产生切应力，当切应力大于土的抗 图6-35 土坡的各部分名称 剪强度时，即产生剪切破坏，如靠坡面处剪切破坏面积很大，则将产生一部分土体相对另一部分土体滑动的现象，称为滑坡或塌方。 为保证施工时土体的稳定，防止塌方，保证施工平安，当挖土超过肯定的深度时，应留置肯定的坡度。 土方边坡的坡度依其高度H与底宽度B之比来表示（图13），边坡可以做成直线形边坡、阶梯形边坡及折线形边坡。 1直线形；2折线形；3阶梯形 图13土方放坡 土方边坡坡度 式中 m 称为坡度系数 （14） 依据建筑地基基础工程施工质量验收规范的规定，当地质条件良好，土质匀称且地下水位低于基坑（槽）或管沟底标高时，挖方边坡可作成直立土壁而不加支撑，但深度不宜超过下列规定 密实、中密的砂土和碎石类土1.0m； 硬塑、可塑的粉土及粉质粘土1.25m； 硬塑、可塑的粘土和碎石类土（填充物为粘性土）1.5m； 坚硬的粘土2.0m。 当地质条件良好，土质匀称且地下水位低于基坑（槽）或管沟底标高时，挖土深度在5m以内不加支撑的边坡最陡坡度应符合表1-3规定，即使按规定放坡，施工中也要随时检查边坡的稳定状况。 深度在5m内的基坑（槽）、管够边坡的最陡坡度（不加支撑） 表13 土 的 类 别 边坡坡度（高∶宽） 坡顶无荷载 坡顶有静荷载 坡顶有动荷载 中密的砂土 中密的碎石类土（充填物为砂土） 应塑的粉土 中密的碎石类土（充填物为粘性土）