相邻建筑物、构筑物基底附加应力对土侧压力的影响

摘要：在水厂改扩建项目中，由于场地限制，构筑物、建筑物之间距离较近，基

底附加应力会对土侧压力造成影响。为研究解决工程项目中遇到的此类问题，通

过对构筑物、建筑物的不同布置情况下基底附加应力对土侧压力影响的分析计算

和具体工程算例，初步总结出上述问题的计算方法和解决办法.

关键词：基底附加应力，土侧压力，兰肯土压力理论，土体破裂角

中图分类号：TS958 文献标识码： A

前言：

在水厂改扩建项目中，可能由于受到场地的限制，造成构筑物、建筑物之间

距离较近。构筑物和建筑物的基底附加应力会使相邻构筑物承受的土侧压力增大，

特别是不同基础底标高的构筑物、建筑物影响更为明显。为研究解决工程项目中

遇到的此类问题，通过对构筑物、建筑物的不同布置情况下基底附加应力对土侧

压力影响的分析和具体工程算例，初步总结出上述问题的计算方法和解决办法.

1. 无基底附加应力影响的土侧压力的计算：

根据《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）第4.2.4 条规定

及条文说明，构筑物承受的土侧压力按主动土压力计算，同时考虑到像水厂等设

计场地因使用要求通常需要场地平整，地面无明显起伏，可认为构筑物周边地面

平整；同时通常构筑物侧壁与土接触一侧垂直，侧壁采用水泥砂浆抹面和混凝土

表面平整处理等手段，可以保证构筑物侧壁趋近光滑，符合兰肯土压力理论的要

求，以无粘性土为例，根据兰肯土压力理论，构筑物侧壁在埋深z 处的主动土侧

压力Pa 的计算公式[1，2]为：

Pa=γzKa 1

式中z 为地面到计算点埋深，单位m；γ为土重度，单位KN/m3；Ka 为兰肯

主动土压力系数，Ka=tan2（450-φ/2），φ为土内摩擦角。

2. 基底附加应力影响下土侧压力的计算

按照兰肯土压力理论计算，通过对基底附加应力的合理假设和模型简化，就

可以根据文献[2，3]提供的作图法来计算不同情况下基底附加应力产生的土侧压

力。

2.1 第一种情况：相邻构筑物，建筑物基底标高相同。

当两个相邻构筑物埋深相同，或构筑物埋深较浅，与相邻建筑物基础埋深相

同时，基地附加应力作用于地基土层，不会对相邻构筑物基底以上土层产生影响，

即不会对相邻构筑物侧壁产生额外的土侧压力。

2.2 第二种情况：地下式构筑物与大型半地下式构筑物相邻

半地下式构筑物如果露出地面高度较高，则满水时对基底会产生较大的附加

应力，挤压地基土，由于与地下式构筑物距离太近，应力无法扩散，迫使土体挤

压地下式构筑物池壁，这样地下式构筑物池壁所受土侧压力就增大了。为了计算

增大后的土侧压力，需对两构筑物的计算模型进行简化，构筑物满水时基底附加

应力较为均布，当大型半地下式构筑物底面积较大，且构筑物相邻一侧大型半地

下式构筑物长度大于地下式构筑物时，可假设将半地下式构筑物的基底附加应力

作为外加均布荷载作用在地面。如图所示：

图1 距离池壁一段距离填土面作用有均部荷载

q 为半地下式构筑物基底附加应力，距离地下式构筑物池壁有一段距离，土

侧压力可按以下作图法计算：自均布荷载起点O 作两条辅助线OD 和OE，分别与

水平面的夹角为φ和θ，φ为土内摩擦角，θ为土体破裂角，对于垂直光滑的墙

背θ=450+φ/2，可认为D 点以上的土压力不受基底附加应力的影响，E 点以下完

全受基底附加应力影响。D 点和E 点之间土压力用直线连接，池壁土侧压力为图

中阴影部分，土侧压力增量为qKa。当q 距离地下式构筑物池壁的距离满足OD

与侧壁AB 没有交点，即AO>H/tanφ时，池壁土侧压力将不受q 的影响。

当两构筑物相互紧贴或相距很小，可将半地下式构筑物基底附加应力按附加

土层法计算，无需按破裂角扩散。如图所示：

图2 池壁填土面作用有均部荷载

这时将半地下式构筑物基地附加应力除以土重度折合成埋深h 的填土计算

土侧压力。

2.3 地下式构筑物与建筑物相邻且基底高差较大

建筑物的基础产生基底附加应力，由于与相邻构筑物很近，应力无法扩散，

也会增大相邻构筑物池壁土侧压力，但基础与构筑物底板相比，面积较小，基底

附加应力较大，如仍按半地下式构筑物的无限均布荷载假定计算会造成土侧压力

计算过大，造成浪费，故应按局部均布荷载作用地基土层计算土侧压力，在此，

仅对条形基础作出分析，如图所示：

图3 池壁填土面作用有局部均部荷载

q 为基底附加应力，土侧压力可按作图法计算：从荷载q 两端点O 和O’做两

条辅助线，都与水平面成θ角度（土体破裂角），认为D 点以上和E 点以下的土压

力都不受基底附加应力的影响。D，E 之间增加的土侧压力按均部荷载计算，池壁

土侧压力为图中阴影部分，土侧压力增量为qKa。建筑物基础基底以上土层土侧

压力不受基底附加应力影响。当q 距离地下式构筑物池壁距离保证OD， O’E 与池

壁AB 无交点时，即AO>H/tanθ时，池壁土侧压力将不受q 的影响。

3. 工程算例分析：

本部分以某扩建水厂深度处理车间为例，具体表述一下以上计算方法的实际

应用。

某扩建水厂新建一座深度处理车间，车间上部主体房屋采用钢筋混凝土框架

结构，基础采用条形基础，基础埋深1m，基础宽度b=1m，基础基底平均压力

P=110KN/m2，车间内新建两座深度水处理池，水池埋深5m，顶边与地面齐平，敞

口水池，基础外边缘到池壁边缘间距a=1m，车间及周边场地地面平整，水池池壁

表面光滑，水池基底以上土层为粉土，内摩擦角300，土重度γ=18KN/m3 房屋基

底以上土和基础混合重度γh=20KN/m3，基底附加应力引起的土侧压力增量为P’，

车间房屋基础与构筑物相对关系及附加应力影响范围如图：

图4 房屋基础与构筑物相对关系

因车间及周边场地地面平整，水池池壁表面光滑，符合兰肯土压力理论，按

公式1 计算。

不考虑房屋基底附加应力的土侧压力计算：

Pa=γzKa Ka=tan2（450-φ/2）

水池顶端：

与地面齐平，土侧压力Pa=0KN/m2

水池底端：

Ka=tan2（450-φ/2）=tan2（450-300/2）=tan2（300）=1/3

Pa=γzKa=18*5*（1/3）=30KN/m2

池壁弯矩：

按单向板计算，跨度l=5m，敞口水池，按悬臂板计算：

池壁底部弯矩M= 125kN・m

考虑房屋基底附加应力的土侧压力计算：

房屋基础基底附加应力：

Pf=110-1*20=90KN/m2

土体破裂角θ=450+φ/2=600，按作图法计算附加应力造成的土侧压力增量均布荷

载P’=PfKa=90/3=30KN/m2，作用宽度s=（b+a）tanθ-atanθ=2tan600-tan600=1.73m；荷载

的作用位置为距离池壁底端0.54m。

池壁弯矩：

P’产生的池壁底部弯矩增量M’=72.9kN・m

池壁底部总弯矩M=125+72.9=197.9kN・m

由于房屋基础附加应力的影响造成池壁弯矩加大，如果基础边缘距离深度水

处理池池壁边缘大于2.3m，即房屋基底以下池壁高度的1/tanθ的距离，则房屋基

础附加应力将影响不到池壁，不会加大池壁承受的土侧压力。

4. 结论：

通过以上方法可以计算相邻构筑物、建筑物基底附加应力对土侧压力的影响

大小和避免受影响的最小间距。这样可以为工艺在总图规划时提供参考依据，使

其能在保证建筑物，构筑物互不影响的前提下，尽量减小占地面积，合理利用场

地，同时改善构筑物受力条件，减小钢筋混凝土用量。对于建筑物矩形独立基础

基底附加应力对构筑物土侧压力的影响还需进一步研究。

参考文献：

[1]给水排水工程构筑物结构设计规范. GB50069-2002

[2]东南大学等. 土力学（第二版）. 北京：建筑工业出版社，2005

[3]白国良. 荷载与结构设计方法. 北京：高等教育出版社，2003.8（2007 重印）