CN103981855A - 带支腿地连续墙沉降计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带支腿地连续墙沉降计算方法。本发明首先带支腿地下连续墙变形组成分析。其次确定墙段底部土压力以及墙段底部地基土附加应力，按分层沉降总和法计算墙段底部地基土的最终沉降量。同时确定支腿底部土压力以及支腿底部地基土的附加应力，按分层沉降总和法计算支腿底部地基土的最终沉降量。其次计算支腿自身压缩量。最后判断墙段沉降和与支腿沉降的协调性；若不协调，则调整墙段底部土压力值。本发明无需进行特殊的岩土工程勘察，可适应工程的大范围应用。

Description

带支腿地连续墙沉降计算方法

技术领域

本发明属于土木工程专业中岩土工程、基坑工程领域，一般用于建(构)筑物地下室或地下结构。

背景技术

随城市规模扩大，汽车保有量增加，高层建筑地下室日益加深，各大城市纷纷进行道路向地下发展的探索，地下空间开发和建设如火如荼。在面积和深度不断加大的地下空间建设过程中，深、厚地下连续墙技术得到了广泛应用，但目前还存在以下问题：

1、主要用作地下室外围护墙，不考虑承受主体结构竖向荷载。

2、需以基岩为持力层时，地下连续墙入岩时的施工难度和工程造价增加。

带支腿地下连续墙是根据特定土质条件、特定使用功能而对地下连续墙的创新，是特殊的地下连续墙。地下连续墙底部设置支腿后，因支腿进入下部较好的持力层或基岩，可兼作工程桩，发挥其端承作用，最终使得带支腿地下连续墙可承受主体结构竖向荷载，同时减少地下连续墙入岩的施工难度，减少工程造价。

带支腿地下连续墙承担竖向荷载后，可减少工程桩，解决墙体入岩困难和造价高的问题。和普通地下连续墙相比，社会和经济效益显著。

目前国外没有带支腿地下连续墙相关研究和报道，国内仅广东省早在上个世纪末开展了类似带支腿地下连续墙的施工实践，项目规模小，没有对带支腿地下连续墙的受力和变形特性、适用范围等进行系统实践和理论研究。

带支腿地下连续墙为异形地下连续墙，其墙段和支腿底端所处的持力层不一致，不仅存在墙段底部与支腿底部持力层压缩变形协调问题，还存在支腿自身压缩和支腿底部持力层压缩变形问题。

现有桩基沉降计算方法仅适用于单一截面的圆桩或方桩，仅有单一持力层的情况。目前国家规范没有有关带支腿地下连续墙沉降的计算方法和规定。发明内容

为使工程设计人员依据现有的工程勘察资料和数据，计算带支腿地下连续墙的沉降值，本发明提供了带支腿地下连续墙沉降的计算方法。带支腿地下连续墙的沉降应包括墙段底部土体、支腿端底部土体以及带支腿地下连续墙自身的压缩变形。本发明提供了带支腿地下连续墙的沉降计算方法，其特征在于可以考虑墙段底部和支腿底部不同持力层的压缩变形协调的问题，包括以下步骤：

步骤1：带支腿地下连续墙变形组成分析。

步骤2：确定墙段底部土压力σ_w以及墙段底部地基土附加应力σ_wo。

步骤3：按分层沉降总和法计算墙段底部地基土的最终沉降量s_w。

步骤4：确定支腿底部土压力σ_l以及支腿底部地基土的附加应力σ_l0。

步骤5：按分层沉降总和法计算支腿底部地基土的最终沉降量s_l。

步骤6：计算支腿自身压缩量s_bl。

步骤7：判断墙段沉降s_w和支腿沉降s_l的协调性；若不协调，则调整墙段底部土压力值σ_w。

步骤8：根据调整后的墙段底部土压力，重新计算s_w；既而得到支腿底端地基土的附加应力，重新计算s_l。

步骤9：重复步骤6～步骤8，直至s_w＝s_bl+s_l；从而得到墙端和支腿端最终沉降量。

本发明的有益效果：

1、基于传统的分层沉降总和法，提供和桩基沉降计算类似的沉降计算公式，计算带支腿地下连续墙公式，方便设计人员应用，简便易行。

2、能够共同发挥带支腿地下连续墙墙段和支腿的端承作用，同时得到支腿底部土体沉降、墙端土体沉降、地下室底板沉降以及墙顶沉降。

3、带支腿地下连续墙虽为异形地下连续墙，但按本方法计算沉降，需要依据的地基土体数据和现行国家标准计算桩基沉降所需的数据条件一致，无需进行特殊的岩土工程勘察，可适应工程的大范围应用。

附图说明

图1为带支腿地下连续墙沉降计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

带支腿地下连续墙的沉降应包括墙段底部土体、支腿端底部土体以及带支腿地下连续墙自身的压缩变形。本发明提供了带支腿地下连续墙的沉降计算方法，其特征在于可以考虑墙段底部和支腿底部不同持力层的压缩变形协调的问题，包括以下步骤：

步骤1：带支腿地下连续墙变形组成分析；

带支腿地下连续墙受到荷载作用后，其沉降量由下述三个部分组成：带支腿地下连续墙自身的压缩、墙段低端和支腿底端土体压缩而产生的沉降。

步骤2：确定墙段底部土压力σ_w以及墙段底部地基土附加应力σ_wo；

σ_w＝(P+G_w-Q_sw/K)/bt  (1a)

σ_wo＝σ_w-σ_wz  (1b)

式中σ_wz——为墙底处土的自重应力；

Q_sw——为墙段侧阻力；

G_w——墙段自重；

P——墙段所受上部结构竖向荷载；

K——承载力安全系数，其值取2；

b、t——墙段的宽度和厚度。

步骤3：按照国家标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)第5.5.6条用分层沉降总和法计算墙段底部地基土的最终沉降量s_w，见图1。

$s_w=\mathrm{\ψ}\·{\mathrm{\ψ}}_e\·\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{wo}}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{z_{\mathrm{ij}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{\mathrm{ij}}-z_{(i-1)j}}{E_{\mathrm{si}}}---\left(2\right)$

式中ψ、ψ_e——分别为沉降计算经验系数和等效沉降系数，可按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)第5.5.11条和第5.5.9条确定。

m——墙段底部扣除支腿面积后(见图1中的阴影面积)，按分层沉降总和法中角点法计算点对应的矩形荷载分块数。

n——沉降计算深度范围内所划分的土层数。

E_si——墙段底面以下第i层土的压缩模量。

z_ij、z_(i-1)j——墙段底面第j块荷载作用面至第i层土、第i-1层土地面的距离。

——墙段底面第j块荷载计算点至第i层土、第i-1层土底面深度范围内平均附加应力系数，可按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)附录D选用。

步骤4：确定支腿底部土压力σ_l以及支腿底部地基土的附加应力σ_l0；

${\mathrm{\σ}}_l=\frac{P+G_w+G_l-(Q_{\mathrm{sw}}+Q_{\mathrm{sl}})/K-{\mathrm{\σ}}_w(A_w-A_l)}{A_l}---\left(3a\right)$

σ_lo＝σ_l-σ_lz  (3b)

其中：A_w＝b·t；A_l＝b_l ²。

式中σ_lz为支腿底端处土的自重应力。

Q_sl——为支腿侧阻力；

G_l——支腿自重；

A_w、A_l——带支腿地下连续墙投影面积以及支腿面积；

b_l——支腿边长。

步骤5：按照国家标准《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)第5.5.6条用分层沉降总和法计算支腿底部任一点的沉降量s_l，即：

$s_l=\mathrm{\ψ}\·{\mathrm{\ψ}}_e\·\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{lo}}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{z_{\mathrm{ij}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{\mathrm{ij}}-z_{(i-1)j}}{E_{\mathrm{si}}}---\left(4\right)$

式中ψ、ψ_e——分别为沉降计算经验系数和等效沉降系数，同式(4)。

m——支腿底部按分层沉降总和法中角点法计算点对应的矩形荷载分块数。

n——沉降计算深度范围内所划分的土层数。

E_si——支腿底面以下第i层土的压缩模量。

z_ij、z_(i-1)j——支腿底面第j块荷载作用面至第i层土、第i-1层土地面的距离。

——支腿底面第j块荷载计算点至第i层土、第i-1层土底面深度范围内平均附加应力系数，可按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)附录D选用。

步骤6：计算支腿自身压缩量s_bl。支腿顶部所受荷载N为：

$N=\frac{P+G_w-(Q_{\mathrm{sw}}+Q_{\mathrm{pw}})/K}{n_l}---\left(5\right)$

式中n_l——墙幅下支腿数量。

Q_pw——为墙段端阻力。

支腿自身压缩量s_bl为：

$s_{\mathrm{bl}}=\frac{N}{E\·A_l}{h}_l---\left(6\right)$

式中E——支腿压缩模量；

h_l——支腿高度。

步骤7：判断s_w是否等于s_bl+s_l？若前者小于后者，则加大墙端土压力值σ_w1＝σ_w+Δσ_w。若前者大于后者，则加大墙段长度，增加幅度为1m，相应的支腿长度减小1m，重新按式(1)计算σ_w；

步骤8：根据调整后的墙端土压力σ_w1，重新计算s_w；按式(3)得到支腿底端地基土的附加应力，按式(4)计算s_l。

步骤9：重复步骤6～步骤8，直至s_w＝s_bl+s_l；从而得到墙端和支腿端最终沉降量。

步骤10：墙端最终沉降量，加上底板以下墙段的自身压缩量，可得到地下室底板面沉降；墙端最终沉降量，加上墙段的自身压缩量，可得到墙顶面沉降。

Claims (8)

1.带支腿地连续墙沉降计算方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

步骤1：带支腿地下连续墙变形组成分析；

步骤2：确定墙段底部土压力σ_w以及墙段底部地基土附加应力σ_wo；

步骤3：按分层沉降总和法计算墙段底部地基土的最终沉降量s_w；

步骤4：确定支腿底部土压力σ_l以及支腿底部地基土的附加应力σ_l0；

步骤5：按分层沉降总和法计算支腿底部地基土的最终沉降量s_l；

步骤6：计算支腿自身压缩量s_bl；

步骤7：判断墙段沉降s_w和支腿沉降s_l的协调性；若不协调，则调整墙段底部土压力值σ_w；

步骤8：根据调整后的墙段底部土压力，重新计算s_w；既而得到支腿底端地基土的附加应力，重新计算s_l；

步骤9：重复步骤6～步骤8，直至s_w＝s_bl+s_l；从而得到墙端和支腿端最终沉降量。

2.根据权利要求1所述的带支腿地连续墙沉降计算方法，其特征在于：带支腿地下连续墙受到荷载作用后，其沉降量由下述三个部分组成：带支腿地下连续墙自身的压缩、墙段低端和支腿底端土体压缩而产生的沉降。

3.根据权利要求1所述的带支腿地连续墙沉降计算方法，其特征在于：墙段底部土压力σ_w以及墙段底部地基土附加应力σ_wo具体计算方法为：

σ_w＝(P+G_w-Q_sw/K)/bt

σ_wo＝σ_w-σ_wz

式中σ_wz为墙底处土的自重应力；Q_sw为墙段侧阻力；G_w为墙段自重；P为墙段所受上部结构竖向荷载；K为承载力安全系数；b为墙段的宽度；t为墙段的厚度。

4.根据权利要求1所述的带支腿地连续墙沉降计算方法，其特征在于：分层沉降总和法计算墙段底部地基土的最终沉降量s_w具体计算方法为：

$s_w=\mathrm{\ψ}\·{\mathrm{\ψ}}_e\·\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{wo}}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{z_{\mathrm{ij}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{\mathrm{ij}}-z_{(i-1)j}}{E_{\mathrm{si}}}$

式中ψ为沉降计算经验系数；ψ_e为等效沉降系数；m为墙段底部扣除支腿面积后，按分层沉降总和法中角点法计算点对应的矩形荷载分块数；n为沉降计算深度范围内所划分的土层数；E_si为墙段底面以下第i层土的压缩模量；z_ij、z_(i-1)j分别为墙段底面第j块荷载作用面至第i层土、第i-1层土地面的距离；分别为墙段底面第j块荷载计算点至第i层土、第i-1层土底面深度范围内平均附加应力系数。

5.根据权利要求1所述的带支腿地连续墙沉降计算方法，其特征在于：支腿底部土压力σ_l以及支腿底部地基土的附加应力σ_l0具体计算方法为：

${\mathrm{\σ}}_l=\frac{P+G_w+G_l-(Q_{\mathrm{sw}}+Q_{\mathrm{sl}})/K-{\mathrm{\σ}}_w(A_w-A_l)}{A_l}$

σ_lo＝σ_l-σ_lz

A_w＝b·t

A_l＝b_l ²

式中σ_lz为支腿底端处土的自重应力；Q_sl为支腿侧阻力；G_l为支腿自重；A_w、A_l分别为带支腿地下连续墙投影面积以及支腿面积；b_l为支腿边长。

6.根据权利要求1所述的带支腿地连续墙沉降计算方法，其特征在于：分层沉降总和法计算支腿底部地基土的最终沉降量s_l具体计算方法为：

$s_l=\mathrm{\ψ}\·{\mathrm{\ψ}}_e\·\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{lo}}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{z_{\mathrm{ij}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_{\mathrm{ij}}-z_{(i-1)j}}{E_{\mathrm{si}}}.$

7.根据权利要求1所述的带支腿地连续墙沉降计算方法，其特征在于：根据支腿顶部荷载，按线弹性材料计算支腿自身压缩量s_bl，支腿顶部所受荷载N为：

$N=\frac{P+G_w-(Q_{\mathrm{sw}}+Q_{\mathrm{pw}})/K}{n_l}$

式中n_l为墙幅下支腿数量；Q_pw为墙段端阻力。

8.根据权利要求1所述的带支腿地连续墙沉降计算方法，其特征在于：步骤7具体是：判断s_w是否等于(s_bl+s_l)若前者小于后者，则加大墙端土压力值σ_w1＝σ_w+Δσ_w；若前者大于后者，则加大墙段长度，增加幅度为1m，相应的支腿长度减小1m，重新计算σ_w。