1、什么是水、土壓力

水壓力就是水在靜止時或流動時，在與水接觸的建、構筑物或圍護樁墻表面產生的法向作用，它的方向始終與作用面垂直并指向作用面，它的取值大小主要與壓力管水頭相關。

根據地下水流動狀態的不同，又可將其分為靜水壓力和動水壓力。對于實際工程，設計一般可簡化為靜止水壓力參與計算。但實際工程尤其是水利工程中，在滿足強透水地層、補給水源充足等條件下，水的流動性較強，此時動水壓力會改變土體承載模式，對于工程建設活動的影響會更大。但動水壓力的計算相對復雜，與土層滲透性，滲流路徑，補給水源等因素相關。我們這次主要是談靜水壓力的問題，以后有機會可再做專欄和大家聊聊動水壓力的問題。

圖1 動水對土顆粒的作用

土壓力就是土體作用在建、構筑物或圍護墻上的力，它的作用方向和墻背摩擦角、墻后的土性有關。目前常用的兩種計算理論是朗肯土壓力和庫倫土壓力理論，概括來說力的大小就是側壓力系數乘以土體的豎向應力（其實可以認為靜水壓力的側壓力系數就等于1.0，我可不管概念對不對）。聽起來原理很簡單，不過實際操作起來可就一點都不好玩了。所謂的巖土靠經驗，其實就是卡在這一環節上。

土壓力的大小受到墻體可能的移動方向可分為三種情況：主動土壓力（墻被土壓力push并往支護內側移動-圖a）、靜止土壓力（墻雖被土壓力push，但巋然不動-圖c）和被動土壓力（墻表示很躁，雖然被土壓力push，但還要迎頭趕上往土體方向一側推動-圖b），根據作用力與反作用力原理，這三者的側壓力系數是逐漸增大的，在豎向應力不變情況下，土壓力也是逐漸增大的。讀到這里，你可能會想“what f？！一個破力還會變，那還怎么算？”其實我也想吐槽？作為一門專門的學科，土壓力的計算耗死了無數專業人士的腦細胞，光是一堆本構就能讓無數博士抓狂，不過作為低端設計狗，我們直接套規范公式就算了，不必深究。

圖2 土壓力的三種作用模式

2、水土合算or水土分算

水、土壓力作為外力直接作用在地下室壁板或圍護墻上，水與土作為兩種材料，按常理來說應該分別計算。不過由于土的萬惡性，它總是會搞出新問題。這里可以舉個例子，漿糊和米湯大家應該都知道是啥玩意，兩者差不多都是由米和水混合的。但如果同時將他們倒在桌面上，米湯里面的水會立刻流走，*多剩下一些米粒。而漿糊就不同，它會粘成一團聳立在桌面上。作為水土混合物，針對不同性質的土，也會有上述的現象，原因何在呢？

這個就要從土的微觀構成來分析了，我這里簡要表述下。對于主要由黏粒構成的細顆粒土，可以認為由于電子作用（物理學得好，哈哈），它本身可以吸附水，形成一種類似于漿糊的“合成物”，這樣當它對外界產生作用力時，應當將它考慮為一種物質比較合理。而對于主要由散體顆粒形成的粗顆粒土，由于分子間沒啥相互作用，它們并不能有效吸附周邊的水，就形成了類似于米湯這種“米是米，水是水”的混合物，此時它們對外部的作用應當分別考慮。

圖3 水土分算與水土合算計算圖式

在工程應用中，對于粘性土（如粉質粘土、淤泥質土等），考慮到其對水的吸附作用，主要采用水土合算，此時采取土體的飽和重度指標下的豎向應力乘以土體的側壓力系數就是土壓力。而對于砂、礫石層，則采用水土分算，此時采取土體浮重度指標下的豎向應力乘以土體的側壓力系數得到土壓力，再按水頭疊加水壓力*終得到合力。不少同志會迷糊這兩者的區別，其實兩者的主要差別是在“水壓力有未考慮側壓力系數上”，鑒于側壓力系數小于1.0，因此，水土分算要比水土合算得到的水土壓力要大。

對于巖土工程中的土層，要根據具體土體的特性決定采取何種計算模式。有些地區雖然以黏粒土為主，但其中含有較高的粉粒，從安全保守計，也宜采用分算模式。另外，對于巖層的計算模式，業內還存在一定爭議。筆者認為具體要視巖層裂隙發育程度及裂隙水的補給情況等綜合確定，不能一概而論。

3、水、土壓力的組合工況

上述計算得到的都是水、土壓力的標準值，需根據不同行業規范采取不懂的分項系數進行組合。如混規和給排水結構規范對于分項系數定義完全不同，這對于結構的配筋影響很大。對于基坑等臨時結構，又應該按照基坑規范的分項系數進行組合，以避免過度浪費。

這里需要特別提到的就是地埋式構筑物的結構計算，內水壓力一般都按照活荷載進行考慮，而外水壓力則視規范的不同有按恒荷載考慮，也有按活荷載考慮的。對于地下水位穩定，常年變化較小的地區，外水壓力宜按恒載考慮并參與組合。對于靠近江河，年降雨量大、地下水位頻繁變動的地區，則外水壓力宜按荷載考慮。

圖4 水土荷載參與組合的典型情形

對于埋深較深的構筑物，若外水壓力按活荷載考慮，則壁板配筋一般為裂縫控制，此時，外水壓力準**值系數的取值對計算結果影響較大。工程設計中，一般會取為0.50~0.80之間，個人建議取為場區的年平均水位及壁板計算工況中的洪水位（高水位）間的比值，這樣能與參數的概念相契合。

設計團隊：圖鑒建筑規劃工程設計事務所

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