12.4.1 土水壓力的計算
(一) 計算方法
在一般地基基礎(chǔ)工程計算中，建筑物的自重以及作用于建筑物上的各種荷載通過基礎(chǔ)傳給地基。無論是建筑物的自重或是其他豎向活荷載都具有由其自重導(dǎo)出的特點，荷載大小明確，計算與實測結(jié)果基本接近。而支護(hù)結(jié)構(gòu)的主要荷載是地層中水土的水平壓力，水土壓力是由定值的豎向水土壓力按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)化為水平壓力作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上。支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載與上部結(jié)構(gòu)荷載的根本區(qū)別在于它不是僅與土的重量有關(guān)，還與土的強(qiáng)度、變形特性和滲透性有關(guān)，具有很大的不確定性。由于作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載主要是水平荷載，而這種水平荷載具有間接得出的特點，因此，由水土豎向壓力轉(zhuǎn)化為水平壓力的計算方法的合理與否直接影響到水平荷載的確定，水平荷載的精確度又直接影響到支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形的計算結(jié)果。
目前，工程上常采用的土壓力計算方法有朗肯土壓力、庫侖土壓力和各種經(jīng)驗土壓力確定方法。在水土分算時，水壓力的計算方法有：按靜水壓力計算的方法、按滲流計算確定水壓力分布的方法等。而水土合算時不需單獨(dú)考慮水壓力作用。
關(guān)于土壓力的各種基本理論、主動土壓力和被動土壓力形成的條件、各種土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)試驗方法和分類，可參考有關(guān)土力學(xué)教科書，本處不在詳述。
1 水土分算和水土合算方法的適用條件
基坑支護(hù)工程的土壓力、水壓力計算，常采用以朗肯土壓力理論為基礎(chǔ)的計算方法，根據(jù)不同的土性和施工條件，分為水土合算和水土分算兩種方法。由于水土分算和水土合算的計算結(jié)果相差較大，對基坑擋土結(jié)構(gòu)工程造價影響很大，故需要非常慎重的舍取，要根據(jù)具體情況合理選擇。
地下水位以下的水壓力和土壓力，按有效應(yīng)力原理分析時，水壓力與土壓力應(yīng)分開計算。水土分算方法概念比較明確。但是在實際使用中有時還存在一些困難，特別是對黏性土，水壓力取值的難度大，土壓力計算還應(yīng)采用有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，在實際工程中往往難以解決。因此，在很多情況下黏性土往往采用總應(yīng)力法計算土壓力，即將水壓力和土壓力混合計算，也有了一定的工程實驗經(jīng)驗。然而，這種方法亦存在一些問題，可能低估了水壓力的作用。
(1) 水土分算
水土分算是分別計算土壓力和水壓力，以兩者之和為總的側(cè)壓力。水土分算適用于土孔隙中存在自由的重力水的情況或土的滲透性較好的情況，一般適用于碎石土和砂土，這些土無黏聚性或弱黏聚性，地下水在土顆粒間容易流動，重力水對土顆粒中產(chǎn)生孔隙水壓力。對于砂土、粉性土和粉質(zhì)黏土等滲透性較好的土層，應(yīng)該采用水土分算的原則來確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向壓力。側(cè)向土壓力通常可按朗肯主動壓力和被動壓力公式計算。地下水無滲流時，作用于擋土結(jié)構(gòu)上的水壓力按靜水壓力三角形分布計算。地下水有穩(wěn)定滲流時，作用于擋土結(jié)構(gòu)上的水壓力可通過滲流分析計算各點的水壓力，或近似地按靜水壓力計算，水位以下的土的重度以下的土的重度應(yīng)采用浮重度，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)宜取有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。
(2)水土合算
地下水位以下的水壓力和土壓力，按有效應(yīng)力原理分析時，水壓力與土壓力應(yīng)分開計 算。水土分算方法概念比較明確，但是在實際使用中有時還存在一些困難，特別是對黏性土，水壓力取值的難度大，土壓力計算還應(yīng)采用有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，在實際工程中往往難以解決。因此，在很多情況下黏性土往往采用總應(yīng)力法計算土壓力，也有了一定的工程實踐經(jīng)驗。
水土合算是將土和土孔隙中的水看做同一分析對象，適用于不透水和弱透水的黏土、粉質(zhì)黏土和粉土。通過現(xiàn)場測試資料的分析，黏性土中實測的水壓力往往達(dá)不到靜水壓力值，可認(rèn)為土孔隙中的水主要是結(jié)合水，不是自由的重力水，因此它不易自由流動而不單獨(dú)考慮靜水壓力。因為將土粒與孔隙水看作一個整體，直接用土的飽和重度和總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計算側(cè)壓力。然而，黏性土并不是完全理想的不透水層，因此在黏性土層尤其是粉土中，采用水土合算方法只是一種近似方法。這種方法亦存在一些問題，可能低估了水壓力的作用。
(二) 有關(guān)規(guī)范規(guī)程關(guān)于土壓力計算的規(guī)定
1) 根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJl20—99)規(guī)定，對于作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按當(dāng)?shù)乜煽拷?jīng)驗確定，當(dāng)缺少經(jīng)驗時，可按下列規(guī)定計算：
(1)對碎石土、砂土等無黏性土按水土分算原則進(jìn)行計算。在地下水位以下，作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力，等于土壓力與靜水壓力之和。土壓力計算采用浮重度γ/，和有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c/和φ/計算。
(2)對于黏性土和粉土按水土和算原則進(jìn)行計算。作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的側(cè)壓力，僅考慮土壓力，水土合算時，地下水位以下的土壓力采用飽和重度γsat和總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和φ計算。
【例題21】根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJl20—99)規(guī)定，在進(jìn)行土壓力計算時，應(yīng)按水土分算的原則進(jìn)行計算的是( )。
A、碎石土；
B、粉土；
C、砂土；
D、粘性土；
答案：A、C
(一) 計算方法
在一般地基基礎(chǔ)工程計算中，建筑物的自重以及作用于建筑物上的各種荷載通過基礎(chǔ)傳給地基。無論是建筑物的自重或是其他豎向活荷載都具有由其自重導(dǎo)出的特點，荷載大小明確，計算與實測結(jié)果基本接近。而支護(hù)結(jié)構(gòu)的主要荷載是地層中水土的水平壓力，水土壓力是由定值的豎向水土壓力按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)化為水平壓力作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上。支護(hù)結(jié)構(gòu)荷載與上部結(jié)構(gòu)荷載的根本區(qū)別在于它不是僅與土的重量有關(guān)，還與土的強(qiáng)度、變形特性和滲透性有關(guān)，具有很大的不確定性。由于作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載主要是水平荷載，而這種水平荷載具有間接得出的特點，因此，由水土豎向壓力轉(zhuǎn)化為水平壓力的計算方法的合理與否直接影響到水平荷載的確定，水平荷載的精確度又直接影響到支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形的計算結(jié)果。
目前，工程上常采用的土壓力計算方法有朗肯土壓力、庫侖土壓力和各種經(jīng)驗土壓力確定方法。在水土分算時，水壓力的計算方法有：按靜水壓力計算的方法、按滲流計算確定水壓力分布的方法等。而水土合算時不需單獨(dú)考慮水壓力作用。
關(guān)于土壓力的各種基本理論、主動土壓力和被動土壓力形成的條件、各種土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)試驗方法和分類，可參考有關(guān)土力學(xué)教科書，本處不在詳述。
1 水土分算和水土合算方法的適用條件
基坑支護(hù)工程的土壓力、水壓力計算，常采用以朗肯土壓力理論為基礎(chǔ)的計算方法，根據(jù)不同的土性和施工條件，分為水土合算和水土分算兩種方法。由于水土分算和水土合算的計算結(jié)果相差較大，對基坑擋土結(jié)構(gòu)工程造價影響很大，故需要非常慎重的舍取，要根據(jù)具體情況合理選擇。
地下水位以下的水壓力和土壓力，按有效應(yīng)力原理分析時，水壓力與土壓力應(yīng)分開計算。水土分算方法概念比較明確。但是在實際使用中有時還存在一些困難，特別是對黏性土，水壓力取值的難度大，土壓力計算還應(yīng)采用有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，在實際工程中往往難以解決。因此，在很多情況下黏性土往往采用總應(yīng)力法計算土壓力，即將水壓力和土壓力混合計算，也有了一定的工程實驗經(jīng)驗。然而，這種方法亦存在一些問題，可能低估了水壓力的作用。
(1) 水土分算
水土分算是分別計算土壓力和水壓力，以兩者之和為總的側(cè)壓力。水土分算適用于土孔隙中存在自由的重力水的情況或土的滲透性較好的情況，一般適用于碎石土和砂土，這些土無黏聚性或弱黏聚性，地下水在土顆粒間容易流動，重力水對土顆粒中產(chǎn)生孔隙水壓力。對于砂土、粉性土和粉質(zhì)黏土等滲透性較好的土層，應(yīng)該采用水土分算的原則來確定支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向壓力。側(cè)向土壓力通常可按朗肯主動壓力和被動壓力公式計算。地下水無滲流時，作用于擋土結(jié)構(gòu)上的水壓力按靜水壓力三角形分布計算。地下水有穩(wěn)定滲流時，作用于擋土結(jié)構(gòu)上的水壓力可通過滲流分析計算各點的水壓力，或近似地按靜水壓力計算，水位以下的土的重度以下的土的重度應(yīng)采用浮重度，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)宜取有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。
(2)水土合算
地下水位以下的水壓力和土壓力，按有效應(yīng)力原理分析時，水壓力與土壓力應(yīng)分開計 算。水土分算方法概念比較明確，但是在實際使用中有時還存在一些困難，特別是對黏性土，水壓力取值的難度大，土壓力計算還應(yīng)采用有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，在實際工程中往往難以解決。因此，在很多情況下黏性土往往采用總應(yīng)力法計算土壓力，也有了一定的工程實踐經(jīng)驗。
水土合算是將土和土孔隙中的水看做同一分析對象，適用于不透水和弱透水的黏土、粉質(zhì)黏土和粉土。通過現(xiàn)場測試資料的分析，黏性土中實測的水壓力往往達(dá)不到靜水壓力值，可認(rèn)為土孔隙中的水主要是結(jié)合水，不是自由的重力水，因此它不易自由流動而不單獨(dú)考慮靜水壓力。因為將土粒與孔隙水看作一個整體，直接用土的飽和重度和總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計算側(cè)壓力。然而，黏性土并不是完全理想的不透水層，因此在黏性土層尤其是粉土中，采用水土合算方法只是一種近似方法。這種方法亦存在一些問題，可能低估了水壓力的作用。
(二) 有關(guān)規(guī)范規(guī)程關(guān)于土壓力計算的規(guī)定
1) 根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJl20—99)規(guī)定，對于作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按當(dāng)?shù)乜煽拷?jīng)驗確定，當(dāng)缺少經(jīng)驗時，可按下列規(guī)定計算：
(1)對碎石土、砂土等無黏性土按水土分算原則進(jìn)行計算。在地下水位以下，作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力，等于土壓力與靜水壓力之和。土壓力計算采用浮重度γ/，和有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c/和φ/計算。
(2)對于黏性土和粉土按水土和算原則進(jìn)行計算。作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的側(cè)壓力，僅考慮土壓力，水土合算時，地下水位以下的土壓力采用飽和重度γsat和總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和φ計算。
【例題21】根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJl20—99)規(guī)定，在進(jìn)行土壓力計算時，應(yīng)按水土分算的原則進(jìn)行計算的是( )。
A、碎石土；
B、粉土；
C、砂土；
D、粘性土；
答案：A、C