1、10.基坑、 边坡工程的地面荷载 基坑施工 时， 在基 坑周围地 面通常可 能堆放建 筑材料， 运行施工 机械和过 往载重汽 车， 这些 施工荷载 对基坑的 稳定性也 有影响， 设计 时必须加 以考虑。 通常按 20kPa 施工荷载计算 ， 对于局 部的过大 超载 如无法避 免， 如场 地狭窄时 在坑边堆 放建筑材 料等， 则 应在设计 时加 以考虑， 按超载计 算， 或采 取局部加 强的措施 。 对于设 计时没有 计算 到的超载 必须严格 禁止出现 。 施工荷载 的面积一 般是有限 的， 但在 计算时往 往将 20kPa 施工荷 载作为大 面积均布 荷载考虑 ，这是偏 于安全的 。 施工荷载
2、 还包括塔 吊的荷载 以及其它 建筑机械 的荷载， 在设计时 都必须加 以考虑， 对塔吊地 基进行加 固处理； 如机械下 坑的栈桥 利用 支撑承载 ，在支撑 设计时必 须计入机 械的荷载 作用。 基坑设计 的永久性 荷载主要 是指基坑 周边的建 筑物基础 底面荷 载，这种 荷载对基 坑稳定性 有一定的 影响。 当 建 筑 物 离 基 坑 比 较 近 ， 由这些永 久性荷载 产生的土 压力就不 能忽视， 必须要加 以考虑。 10.1 如何计 算坑外 地面（包 括车辆荷 载）超载 ？ 1 15kPa/ , 2025kPa 2 2 : 15kPa/ 2 30kPa 2 120 kPa 2 120kP
3、a 1 2 15-20kPa/ 答复: 你们的计 算方法是 不对的。 建筑物的 影响与地 面施工荷 载的计算 方法是不 同的。 如果 在基坑的 附近有建 筑物，则 按照建 筑 物 的 基 底 压 力 的 大 小 ， 以及面积 的大小， 采用局部 荷载影响 的方法计 算， 所增 加的土压 力的 大小由基 底压力作 为 进行 计算， 所 分布的范 围由基础 底面的两 个端点作与破 裂面平行 的线与围 护结构墙 面的交点 范围来确 定。 对于 基坑外侧 的地面施 工荷载， 一般按照 大面积荷 载计算土 压力， 荷载值取 20kPa 。 按地基承 载力的大 小计算， 而且是大 面积的计 算， 确实是偏
4、大了 。 2 答复: 如果是筏 形基础的 基底压力 ， 按每平 方米每层 1 吨半考 虑， 但只 考虑基础 面积范围 的，不能 按无限大 的范围来 考虑。 10.2 车辆荷 载换算 成均布荷 载是否偏 于危险？ 1 0.5m1.0m 2 答复: 在桥台或 挡土墙设 计时， 公 路桥涵设 计通用规 范 （JTG D60-2004 ） 对车辆荷 载 （包括 汽车、 履 带车和挂 车） 引起 的土压力 计算方法 ， 作 出了具体 规定。 其 计算原理 是按照库 仑土压力 理论， 把 填土破坏 棱体 （即滑动 土楔） 范 围内的车 辆荷载， 用均布荷 载 （或换 算成等代 均布 土层） 来 代替， 然
5、 后用库仑 土压力公 式计算。 这个等代 土层厚度 换算 仅是为了 计算土压 力， 所以 没有考虑 重轮作用 下的局部 接触压力 的承 压强度验 算。 实际 上， 车辆 轮子只接 触路面而 不会接触 挡土墙的 顶部。 在多远 距离内考 虑车辆的 荷载？只 计算破坏 棱体范围 内的车辆。 对挡土墙 按内侧道 路横向的 破坏棱体 范围内布 置的车辆 计算； 对 桥台 按后方道 路纵向的 破坏棱体 范围内布 置的车辆 计算。 破 坏棱体的 长度 l 0 如 图 6.3.2-1 所示 ，由下式 计算： ( ) cot tan 0 + = H l（6.3.2-1 ） 式中：H 挡土墙 或桥台的 高度；
6、墙背与 铅垂线的 夹角； 滑动面 与水平线 的倾角。 在 破坏棱体 范围内布 置的车辆 荷载换算 等代均布 土层的厚 度 h e ： 0 Bl G h e =（6.3.2-2 ） 式中： 填土重 度； B 桥台的 计算宽度 或挡土墙 的计算长 度； l 0 桥台或 挡土墙的 破坏棱体 长度； G 布置在 Bl 0 面积内车辆的 轮轴的荷 载之和。 在长 度方向怎 么布置车 辆， 在规 范中也有 规定。 车 辆荷载不 分荷 载等级， 按图 6.3.2-2 所 示 的统一荷 载标准值 和平面的 布置，车 辆的 横向布置 见图 6.3.2-3 。 因为 仅是为计 算土压力 用， 所以 在伸缩缝 的位
7、置也 不需要考 虑局 部承压问 题。 不清楚这个方 法是否适 用于桩顶 荷载的计 算。 图 6.3.2-1 挡 土墙内侧或桥台后方的破坏棱体长度 图 6.3.2-2 车 辆荷载的纵向布置 图 6.3.2-3 车 辆荷载的横向布置 11.基坑、边坡工程的支护结构的内力 计 算围护结 构内力主 要是为了 确定结构 截面尺寸 和配筋， 在方案 设计阶段 根据围护 结构内力 的分布情 况， 可以 有助于分 析、 比较 、 判 断方案的 合理性， 作为调整 方案的依 据。 围护结构 内力的计 算是一个 比较复杂 的问题， 墙体的内 力与支锚 条件密切 相关， 也 是与土体 相互作用 的结果， 现行的计
8、算方法都 作了 各种简化 ， 是近似 的解答； 内支撑体 系更是高 度超静定 的结构， 其内 力还与墙 体的制约 条件、 围 檩 的刚度 等因素有 关； 从理 论上说， 上述 问题都可 以通过有 限元计算 加以解决 ， 但在有 限元技术 尚未得到 广泛 应用之前 ， 工程技 术人员主 要依据结 构力学的 概念， 采 用结构力 学的方法处理 问题， 虽 然不太严 格， 但由 于具备基 本的合理 性和运算 方便 的特点现 在仍被广 泛使用。 11.1 支护 桩的最大 弯矩出现 在哪里？ 答复: 支护桩在 外侧主动 土压力和 内侧弹性 抗力作用 下可以求 得桩身 的最大弯 矩， 按这 个最大弯 矩对
9、桩身 通长配筋 。 我不知 道你是用 什么 方法的数 值模拟， 怎么能得 出沿基坑 长度方向 的内力变 化。 一般 的基坑计 算都不是 真正三维 的数值计 算， 计算 土压力是 按平 面应变问 题， 即假 定沿基坑 长度方向 是无穷长 的， 取任 意一个截 面计 算都是一 样的，计 算的结果 并没有反 映计算 截 面 在 长 度 方 向 的 位 置 ， 即没有反 映在这个 截面是在 基坑长度 的中间还 是端部。 土压 力计算只 能得到沿 基坑深度 方向的变 化， 支护 桩的计算 实际 是计算桩 的长度方 向内力的 变化，然 后按最大 的内力作 截面设计 。 11.2 桩的 配筋如何 计算？ 1
10、4.5m 2000kN.m 28003300kN.m 答复: 在行 业标准 建筑基坑 支护技术 规程 JGJ 120-2012 的第 4.3 节 和附录 B 提供了“ 混凝土支 护结构圆 形截面承 载力设计” 的简化方法， 可供参考 。 第 4.3.2 条第 1 款规 定：“ 沿周边均 匀配置纵 向钢筋的 圆形截面 支 护桩，其 正截面承 截力宜按 本规程 B.0.1 条的规定进行 计算 。 第 4.3.2 条第 2 款规 定：“ 沿受拉区 和受压区 周边局部 均匀配置 纵 向钢筋的 圆形截面 支护桩， 其正截面 受弯承截 力宜按本 规程 B.0.2 条 B.0.4 的 规定进行 计算 。 附
11、录 B.0.1 的内容为圆形截 面混凝土 支护桩的 正截面受 弯承载力 计算。 t s s y c r A f r A f M sin sin sin 3 2 3 + + ( ) 0 2 2 sin 1 = + s y t c A f A f 2 25 . 1 = t式中：M 桩的弯 矩设计值 （kNm ）, 按建筑桩基 技术规范 第 3.7.1 的规定计算 ； f c 混凝土 轴心抗压 强度设计 值 （kN/m 2 ） ； 当混 凝土强度 等级 超过C50 时， f c 应以 c f 1 代替， 当 混凝土强 度等级为C50时 ，取 1 =1.0 ， 当混凝土 强度等级 为 C80 时， 取
12、 1 =0.94，其间按线性内 插法确定 ； A 支护桩截 面面积（m 2 ）； r 支护桩 的半径（m ）； 对应于 受压区混 凝土截面 面积的圆 心角（rad ）与 2 的比 值； f y 纵向钢 筋的抗 压强度设 计值（kN/m 2 ）; A s 全 部 纵向钢筋 的截面积 （m）； r s 纵向 钢筋重心 所在圆周 的半径（m）； t 纵向受 拉钢筋截 面面积与 全部纵向 钢筋截面 积的比值 ， 当 0.625 时，取 t =0 。 附录 B.0.2 的内 容为沿受 拉区和受 压区周边 局部均匀 配置纵向 钢 筋的圆形 截面支护 桩，其正 截面受弯 承截力 计 算。 + + s s s
13、 sr y s s s s y c r A f r A f r A f M sin sin sin 3 2 3( ) 0 2 2 sin 1 = + sr sr y c A A f A f b s s r r + cos 1 1 cos 5 . 3 1 式中: 对应于受 压区混凝 土截面面 积的圆心 角（rad ）与 2 的 比值； s 对应于受拉钢筋的圆心角（rad ）与 2 的比值； s 宜取 1/61/3，通 常可取 0.25 。 s 对应于受压钢筋的圆 s 心角（rad ）与 2 的比值，宜取 5 . 0 s ； 、 sr sr A A 分别为沿周边均匀配置在圆心角 s 2 s 2 内
14、的纵向 受拉、受 压钢筋的 截面面积 （m 2 ）; b 矩形截面的相对界限受压区高度，应按现行国家标准混 凝土结构 设计规范 GB50010 的规定取值。 12. 水对 基坑、边坡工程的力学作用 特别需要 注意扬压 力的问题 ， 扬压力 uplift pressure 是 在水利 学科中通 用的术语 ， 指建筑 物及其地 基内的渗 水， 对某 一水平计 算截 面的浮托 力与渗透 压力之和 。 在建 筑学科中 ， 过去对 水的问题 注意 得不够的 ， 但近年 来， 在深 基坑工程 中这个问 题比较突 出， 引起 了工 程师们的 注意。 由于扬压 力是一个 铅直向上 的力， 它 减小了重 力坝作
15、用 在地基上 的有效压 力， 从而 降低了坝 底的抗滑 力。 同时， 坝体内也 产生扬压 力， 从而影响 了坝体内 的应力分 布。 减小扬压 力的措施 ： 为了减 小坝底扬 压力， 提 高坝的稳 定性， 通 常采用坝 基防渗帷 幕以减少 渗透途径 ， 消耗坝 底的渗透 水头， 并 在防 渗帷幕后 设排水孔 幕，以释 放剩余水 头。为 了 减 小 坝 体 内 的 扬 压 力 ， 通常将坝 体上游坝 面 3 5m 范围内的 材料的防 渗性能提 高，以形 成 防渗层， 在防渗层 后 面再设 置排水管 。 扬压 力包括上 浮力以及 渗流 压力。 上 浮力是有 坝体下游 水深产生 的， 渗流 压力是由
16、上下游水 头产生的。 在 水头的作 用下， 水 流通过裂 隙、 软弱 破碎带而 产生的向 上的 静水压力 。 12.1 这两本 规范关 于重度的 规定为什 么不同？ GB5007-2011 W 180 ) JGJ120-2012 C 118 ) 答复: 你看得还是很 仔细的， 这两本规 范对同一 个问题的 说法确实 存在 着一定的 差别。 我 们先来分 析差别在 什么地方 ， 为什么 会有这样 的差 别，以及 究竟哪一 本规范的 说法更恰 当一些。 4承压含水层；5隔水层 图 6.5.1-1 基 坑规范的计算图式 图 6.5.1-2 地 基规范的计算图式 建 筑 基坑 技 术 规程 将 这种
17、验 算 模式称为“突涌稳定性验算” ， 而地基 基础设计 规范则 称为“渗 流稳定性 验算” 。 究竟用哪 一个 术语比较 合适？ 建筑基 坑技术规 程的验 算公式如 下： h w w K h D （6.5.1-1 ） 式中：K h 突涌稳 定安全系 数；K h 不 应小于 1.1 ； D 承压水 含水层顶 面至坑底 的土层厚 度（m）； 承压水 含水层顶 面至坑底 的土层重 度 （kN/m 3 ） ;对多层 土， 取按土层 厚度加权 的平均重 度； h w 承压水含水层 顶面的压 力水头高 度（m）； w 水的重 度（kN/m 3 ）。 而地基 基础设计 规范的 验算公式 如下： ( ) 3
18、 . 1 + w w p t t （6.5.1-2 ） 式中： m 透水层 以上土的 饱和重度 （kN/m 3 ）； t + t 透水层 顶面距 基坑底面 的深度（m）； p w 含水层 水压力（kPa）。 在坑底存 在隔水层 的地质条 件，可能 发生的破 坏机理是 水头将隔 水层冲溃 ，是为突 涌。 这两个公 式所表达 的是相同 的水力平 衡的概念 ， 仅是表 现方式和 所用的符 号不同而 已， 但所 用的安全 系数却相 差比较大 。 按照一 般的 经验，突 涌的安全 系数取 1.1 。则建筑地基 基础设计 规范所 取用 的安全系 数偏大了 ，不知理 由是什么 ？此外， 在图 6.5.1-2
19、 的计算图 式中，含 水层水压 力的画法 是不标准 的。 当然 ， 建筑 基坑技术 规程 也 不是无懈 可击的， 在 图 6.5.1-1 的 计算图式 中， 没有 把承压水 的测压管 画出来， 而是将水 头的符号 画到 潜水层里 去了。 这 个标号 3 的符号是 潜水位的 符号， 明 显不是标 准的 画法，容 易引起读 者的误解 。 12.2 瑞典条 分法中 如何表示 有效应力 ？ p155 7-16 “ - ” “ - ” p307 7-10 答复: 你提出了 一个很有 意思的问 题， 说明 你的学习 是认真的 ， 阅读是 动了脑筋 的。 你所看到 的所谓 “ 主流土力 学教材” 里的这个
20、公式出现 的频率是 非常高的 ， 包括国 外的土力 学教材 （ 例如 T.H Wu 的 Soil Mechanics ） 都是这样 写的。 51在钱家欢先生的土工原理与计算一书中的公式（7-6 ）也是 这样写的 ： 8 ( ) + = i i i i i i i i i s W l u W l c F sin tan cos但在后面 讨论了这 个问题， 并写出了 公式（7-10）。 ( ) + = i i i i i i i i i s W b u W l c F sin tan cos这是根据 魏汝龙先 生在 1987 年写的 软黏土 的强度与 变形 48 一书中指 出的这个 问题写的 。而
21、魏汝 龙先生则 是根据 1948 年第 2 届 国际土力 学会议的 一篇论文 的内容提 出来的。 对这个公 式所讨论 的问题确 实是存在 的， 但没 有查到最 初的源头 。所谓在孔 隙水压力 比较高的 时候， 出 现的误差 比较大， 是个值得 研究 的问题， 即研究误 差与孔隙 水压力的 关系。 你问考试 的时候， 以那个为 主？其实 ， 采用有 效应力的 计算还没 有进入普 遍的实用 阶段，只 有港口地 基规范的 6.3.3.2 条 是采用有 效 应力方法 ， 但这本 规范已经 给出了公 式， 你照 这个公式 计算就可 以了。 12.3 圆砾层 中地下 水流入基 坑中所需 时间是多 少？ 答
22、复: 正如前面 有网友说 的， 对地 层的地下 水情况需 要全面地 分析， 有 没有潜水 或上层滞 水？也就 是说， 你 这个图中 的黏土层 中的地下 水条 件对抗浮 问题是至 关重要的 。 如果只对 承压水而 言， 你提 的这些问 题是对的 ， 但要得 到数值上 的解答有 些难度， 不是难在 渗流理论 上， 而是 难在计算 参数与边 界条 件的确定 如果不准 确，计算 的结果可 能与实际 相差比较 大。 如果在建 筑物使用 年限内， 能使基础 底面的水 头达到威 胁抗浮稳 定性的地 步， 那么 在漫长的 地质年代 里， 怎么 还能保持 那么高的 承压 水头呢？ 这虽然是 一种判断 ， 但可以
23、 通过监测 来验证。 例如， 在 基础 底面埋设 传感器， 观测水 头 随时间的 变化，就 可以验证 了。 在工程上 ， 如果对 抗浮水位 既没有把 握， 但又 没有在设 计时考虑 抗浮稳定 性， 那可 以做减压 的设施， 有水就抽 ， 没有水 上来， 那 就是 安全的， 既保险而 又节省投 资。 图 6.5.3-1 在计算重 力式围护 结构稳定 性的时候 ，如何考 虑由地下 水的浮力产生的作 用， 在网 络上曾经 进行过一 场讨论， 讨论是针 对 建筑 基坑 支护技术 规范JGJ 120-99 的 公式（5.2.1-1 ）开 始的。当 时，规范 这 个公式是 计算墙体 厚度的， 但讨论的 实
24、质是稳 定性验算 时应如何 考虑 浮力的作 用， 即稳 定安全系 数的表达 式中， 浮 力项应该 在分子项 里减 去，还是 加在分母 项里。 现在， 新 版的 建 筑基坑支 护技术规 范 JGJ 120-2012 已 经颁布， 重力式围 护结构稳 定性验算 的方法已 经从验算 墙的厚度 改为验算 安 全系数。 但这个问 题的讨论 仍然有意 义， 对于 正确理解 浮力的作 用是 有帮助的 。 下面给出 这本规程 前后两个 版本的验 算公式， 以便于分 析与比较 。 建筑基 坑支护技 术规范JGJ 120-99 的规定： 当水泥土 墙底部位 于碎石土 或砂土时 ，墙体厚 度设计值 宜按下式 确定：
25、 ( ) ( ) ( ) wa wp d w d cs pi p ai a h h h h h h E h E h b 2 3 2 2 5 2 . 1 10 0 0 + + 式中 ai E 水泥土墙 底以上基 坑外侧水 平荷载标 准值合力 之和； h a 合力 ai E 作用点 至水泥土 墙底的距 离； pi E 水泥土墙 底以上基 坑内侧水 平荷载标 准值合力 之和； h p 合力 pi E 作用点 至水泥土 墙底的距 离； cs 水泥 土墙体 平均重度 ； w 水的 重度； h wa 基 坑外侧水 位深度； h wp 基坑内侧水 位深度。 建筑基 坑支护技 术规范JGJ 120-2012
26、第 6.1.2 的规定 ： 重力式水 泥土墙的 倾覆稳定 性应符合 下式规定 ： ov a ak G m p pk K a E a B u G a E + ) (式中 K ov 抗倾覆 安全系数 ，其值不 应小于 1.3 ； a a 水泥土墙 外侧主动 土压力合 力作用点 至墙 趾 的 竖向距离 ； a p 水泥土墙 内侧被动 土压力合 力作用点 至墙 趾 的 竖向距离 ； a G 水泥土墙自重 与墙底水 压力合力 作用点至 墙 趾 的水 平距离； u m 水泥 土墙底面 上的水压 力 （kPa ） , 水泥土 墙底位于 含水层时 ， 可取 ( ) 2 wp wa w m h h u + =
27、工程地质 手册第四 版关于水 泥土墙抗 倾覆稳定 的安全系 数： + + = w Ea w EP M M Ul B G M 2 式中 Ep M 、 Ea M 被动 土压力、 主动土压 力绕墙前 趾 0 点的力 矩； W M 墙前与 墙后的水 压力对 0 点的力矩 之和； G 墙身 的重力； B 墙的 宽度； l u U 的 合力作用 点距 0 点的 距离 U 作用 于墙底的 浮力； ( ) 2 B h h U wp wa w + = wa h 、 wp h 主动 侧、被动 侧的水压 力至墙底 的距离。 12.4 这 些 问题是基 坑工程特 有的吗？ 09 6 2009-6 2009-6 09-
28、1 1. 2. K 1 =M /M M K 2 = M -M / M -M K 1 1 K 1 K 2 K1K 2 答复： 关于在计 算中如何 考虑浮力 的影响， 由于浮力 是体积力 ， 其作用 是使重力 减小，因 此采用相 减以后再 计算稳定 力矩的方 法。 对于 被动土压 力的作用 ， 考虑它 所形成的 力矩的性 质， 应该 作为 抗倾覆力 矩来计算 安全系数 。 上面 这两个考 虑的概念 应该是比 较清楚的 ， 但上面 网友的分 析也 值得重视 ， 说明了 用安全系 数方法的 固有缺点 。 有些时 候， 某一 项从 概念上说 可以放分 子上作为 抗力是加 ， 但也可 以放在分 母上作为 减小 倾覆力矩 则是减， 原理上都 是可以的 ， 都符合 稳定性分 析的概念 ， 可 是计算的 结果却是 不同的。 重要 的是， 应 该清楚的 是对于采 用不同的 安全系数 的公式验 算稳 定性，其 允许安全 系数的取 值应该是 不同的。 所以 在使用规 范时， 要 注意配套 ， 计算公 式必须和 允许安全 系数 配套使用 。 12.5 抗倾 覆计算时 浮力出现 在分子
