CN104179203B - 深基坑土钉加固的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深基坑土钉加固的监测方法，其利用基坑动态变形监测，确定基坑开挖过程中实时动力增载位移响应比参数，进而根据该响应比参数的临界判据来对基坑动态稳定性进行分析与评价，判别是否需要对基坑进行土钉支护，进而达到对基坑开挖过程中的加固支护效果进行实时动态监测与评价。该方法改变了传统方法中土钉的作用机理的模糊性以及破坏模式不确定性的缺点，将基坑每开挖一层所产生的动力荷载与基坑位移动力响应进行同步监测与评价，为基坑稳定性评价与监测预警及其防治提供了一种有效的动态优化设计方法。

Description

深基坑土钉加固的监测方法

技术领域

本发明涉及一种基坑监测与治理技术，尤其是一种综合运用土钉支护基坑的受力与位移响应特点与规律，建立一种土钉支护基坑的监测方法。

背景技术

目前，基坑失稳是一种危害性极大的地质灾害和常见的环境地质现象。随着我国经济建设的飞速发展与土地资源的相对紧缺，高层建筑和地下空间的开发与利用越来越多，基坑向着开挖面积大，开挖深度深，周围环境更复杂的趋势发展。由此对基坑支护工程的稳定性要求也越来越高。因此，基坑工程的信息化施工已成为基坑优化支护方法的重要课题。

在基坑支护中，目前常采用的支护形式之一是土钉支护。土钉是用于基坑支护或提高边坡稳定性的一种具有新颖性、先进性的岩土工程加固支护新技术。由于其造价较低、施工简便、便于在施工过程中调整设计等显著优点，被世界各国的工程师们广泛应用于基坑支护、边坡加固、河岸堤坝等建筑、铁道、水利等领域的岩土工程中。然而，土钉支护技术虽然能够基本满足支护要求。但是由于在实际工程中对该技术的认识不足，目前的研究中，大都是对土钉支护的土体变形、墙体变形等外部表现进行定性分析，几乎没有对内部复杂受力过程进行机理分析及定量研究，导致对其支护变形、抗滑移强度的预估不准确，出现了大量的基坑坍塌事故。此外，在对土钉支护研究中，对基坑开挖卸荷条件下如何通过土体介质传递荷载实现协同作用及其破坏模式还不够明确，且假定土与土钉完全发挥作用，符合圆弧滑动破坏等，这些假设往往与实际工程中的情况有很大的差异。综上所述，目前对土钉支护形式的研究不明确，现行规范对其设计往往是静态的，而基坑开挖和土钉支护的过程是动态的。因此，按照目前的设计规范往往不能动态的对基坑的稳定性做出合理的评估，在基坑在开挖过程中存在一定的风险或造成不必要的浪费。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种深基坑土钉加固的监测方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种深基坑土钉加固的监测方法，包括：

步骤一：监测基坑开挖引起土钉墙的变形，

在基坑坡顶上按间隔布设若干变形监测点，对能反映基坑工程变形的基坑坡顶部位布设变形监测点(见附图2)；基坑变形监测基准点选在监测基坑开挖面以外3倍开挖深度的稳定无变形区域，变形监测基准点和变形监测点共同形成开挖面的变形监测控制网；在变形监测基准点和变形监测点分别对应设置无线监测设备，根据变形监测点分布情况，在基坑坡体上选取至少三个变形监测点作为分析目标，基坑开挖前测试基坑开挖水平位移的初始值，以后每开挖一层进行一次有效的测量，并将无线监测设备收集到的监测位移变形量记录下来，进行初步的统计和分析；

步骤二：确定开挖引起基坑侧向滑移动力增载量，包括：

1)对于的砂土和粉土，单位开挖深度所引起的侧向滑移动力增载量为：

ΔP＝0.55K_aγH_i-0.55K_aγH_i-1 (1)

2)对于的粘性土，单位开挖深度所引起的侧向滑移动力增载量为：

$\mathrm{\Δ}P=K_a(1-\frac{2c_i}{{\mathrm{\γH}}_i}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_i-K_a(1-\frac{2c_{i-1}}{{\mathrm{\γH}}_{i-1}}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_{i-1}---\left(2\right)$

式中：c_i＝c_i-1+Δc，Δc为似粘聚力(见原理1)；ΔP为侧向滑移动力增载量；K_a为主动土压力系数(主动土压力系数是求解土压力时的相关参数，是现有技术)；γ为每开挖一层土体的重度；c为土体粘聚力；H_i为开挖i层时基坑总深度；i为开挖层数且i≥1，C_i为基坑开挖第i层的土体粘聚力；C_i-1为基坑开挖第i-1层的土体粘聚力；

步骤三：确定基坑开挖动力增载位移响应比参数，包括：

将基坑开挖动力增载位移响应率λ定义为基坑开挖所形成的位移量或位移速率变化值与相应的由开挖所形成的侧向滑移动力增载量之比，即：

$\mathrm{\λ}=\frac{\mathrm{\Δ}S}{\mathrm{\Δ}P}---\left(3\right)$

其中，ΔS为位移量或位移速率变化值；ΔP为侧向滑移动力增载量；

将基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t定义为基坑开挖任意时刻的动力增载位移响应率λ_t与初始弹性变形阶段边坡动力增载位移响应率λ₀之比，即：

${\mathrm{\η}}_t=\frac{{\mathrm{\λ}}_t}{{\mathrm{\λ}}_0}---\left(4\right)$

其中：

λ₀为初始弹性变形阶段边坡动力增载位移响应率；λ_t为基坑开挖任意时刻的动力增载位移响应率；ΔS₀表示0～t初始时间段内坡体在滑移动力增载条件下产生的位移响应值，ΔS_t表示t～t+1时间段内坡体在滑移动力增载条件下产生的位移响应值，ΔP₀表示0～t初始时间段内外在滑移动力增载变化值，ΔP_t表示t～t+1时间段内外在滑移动力增载变化值，其中，t＞0；

根据式(4)基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t的计算公式，确定基坑分层开挖引起的动力增载位移响应比参数为：

1)当时，

${\mathrm{\η}}_t=\frac{{\mathrm{\λ}}_t}{{\mathrm{\λ}}_0}=\frac{{\mathrm{\ΔS}}_t}{{\mathrm{\ΔP}}_t}/\frac{{\mathrm{\ΔS}}_0}{{\mathrm{\ΔP}}_0}=\frac{{\mathrm{\ΔS}}_t(0.55K_a{\mathrm{\γH}}_1-0.55K_a{\mathrm{\γH}}_0)}{(0.55K_a{\mathrm{\γH}}_i-0.55K_a{\mathrm{\γH}}_{i-1}){\mathrm{\ΔS}}_0}---\left(5\right)$

2)当时，

${\mathrm{\η}}_t=\frac{{\mathrm{\λ}}_t}{{\mathrm{\λ}}_0}=\frac{{\mathrm{\ΔS}}_t}{{\mathrm{\ΔP}}_t}/\frac{{\mathrm{\ΔS}}_0}{{\mathrm{\ΔP}}_0}=\frac{\[K_a(1-\frac{2c_1}{{\mathrm{\γH}}_1}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_0-K_a(1-\frac{2c_0}{{\mathrm{\γH}}_0}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_0\]{\mathrm{\ΔS}}_t}{\[K_a(1-\frac{2c_i}{{\mathrm{\γH}}_i}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_i-K_a(1-\frac{2c_{i-1}}{{\mathrm{\γH}}_{i-1}}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_{i-1}\]{\mathrm{\ΔS}}_0}---\left(6\right)$

其中，H₀为初始基坑深度，c₀为初始土体粘聚力，c₁为基坑开挖第1层的土体粘聚力，c_i为基坑开挖第i层的土体粘聚力，c_i-1为基坑开挖第i-1层的土体粘聚力；式5)和式6)中其他符合意义同上；

步骤四：确定基坑开挖动力增载位移响应比参数稳定性判据，

根据损伤变量与基坑开挖动力增载位移响应比参数的关系和损伤变量与基坑支护稳定性系数的关系(见原理2)，确定基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t与基坑支护稳定性系数F_t的定量关系如下：

${\mathrm{\η}}_t=\frac{F_t}{F_t-1}---\left(7\right)$

根据《复合土钉墙基坑支护技术规范GB 50739-2011》，基坑支护安全系数K根据基坑的安全等级一、二、三级分别取1.4、1.3、1.2；开挖过程中最不利工况下将安全系数K乘以0.9；由式(7)确定基坑开挖动力增载位移响应比参数失稳判据为：

${\mathrm{\η}}_{cr}=\frac{K}{K-1}---\left(8\right)$

η_cr即为运用基坑支护安全系数所确定的基坑开挖动力增载位移响应比参数稳定性判据；

步骤五：基坑支护结构边坡的动态稳定性评价与支护优化措施，

1)当基坑支护稳定性系数F_t大于等于安全系数K时，基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t≤η_cr，表明基坑处于稳定未损伤弹性变形阶段，无需采取支护加固基坑措施，及时完成下一个设计深度的基坑开挖；

2)当基坑支护稳定性系数F_t小于安全系数K时，基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t＞η_cr，表明基坑支护进入不稳定弹塑性损伤变形阶段，且随着坡体损伤不断扩展，基坑稳定性降低，基坑开挖动力增载位移响应比参数偏离η_cr的程度也会越大，此时应采取打入土钉加固基坑措施；

3)根据《复合土钉墙基坑支护技术规范GB 50739-2011》中相关的基坑土层条件及基坑开挖参数，及时对开挖基坑进行土钉加固设计与施工；在完成土钉加固后及时完成下一个设计深度的基坑开挖，并同时对基坑开挖位移进行监测；如继续开挖引起基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t＞η_cr，则应在土钉加固设计基础上逐级加密土钉，直至基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t≤η_cr为止；

4)当基坑开挖动力增载位移响应比参数出现突变或趋于无穷大时，表明基坑进入全面塑性损伤阶段，预示着基坑支护即将出现整体失稳，此时应及时发出边坡失稳预警，撤离施工设备与人员，或采取应急支护加固措施。

本发明的技术与方法原理如下：

1)土钉支护结构加固作用原理

通过土钉的抗拉与抗剪作用来提高复合土体的强度参数以达到稳定支护的目的。根据梁仕华等土钉支护结构似粘聚力分析的研究结果可知：由于土钉的弹性模量远大于土体的弹性模量，在土体发生变形的情况下，土钉与土体二者之间的相对位移将在接触界面上产生摩阻力，从而造成土钉与土体的应力重分布,这一摩阻力使土钉产生拉应力及剪应力，在土体中产生一个附加的侧向应力Δσ₃，在一定程度上弥补了由于土体开挖卸载引起的侧向应力σ₃的减小，即相当于在土体原有的应力基础上增加了一个Δσ₃，只有当土体的侧向应力进一步减少Δσ₃时，复合土体才能达到新的极限平衡状态。这表明复合土体的抗剪强度比未加土钉的天然土体的抗剪强度大。土体抗剪强度的增载为两条抗剪强度曲线在纵坐标轴上的截距差Δσ₃,Δσ₃即为加入土钉后土体所产生的粘聚力增载ΔC——似粘聚力。

似粘聚力的表达式与土钉参数之间的关系：

式中：

其中为土体的内摩擦角，β为滑动面与水平向的夹角即α为土钉的倾角，l_s滑裂面两侧最大弯矩之间的距离其中，l₀为土钉的传递长度，它表示土钉与土钉的相对刚度(E为土钉的杨氏模量，是固体材料抵抗形变能力的物理量，是弹性模量的一种即单轴应力和单轴应变之比，是公认的量。)I为土钉的横截面的面积二阶矩：I＝πD⁴/64，K_S为土体的地基反应系数，D为土钉的直径)，n为土钉的排数，S_h为土钉的水平间距，K_a为主动土压力系数。

2)动力增载位移响应比参数稳定性判据的确定原理

损伤力学的角度看，滑坡的孕育过程就是坡体材料的损伤演化过程。在损伤力学中，损伤过程与损伤程度可以运用损伤变量来描述与刻画，其定义为边坡的变形模量E_t的变化与初始弹性模量E₀的比值，其实质为应力变化后其坡体变形模量的降低值，即其应变(变形)的性质与大小的变化值。损伤变量的定义：

$D_t=\frac{E_0-E_t}{E_0}=1-\frac{E_t}{E_0}---\left(10\right)$

动力增载位移响应比参数是任意阶段坡体的应变和应力之比与初始弹性变形阶段坡体的应变和应力之比的比值。即

${\mathrm{\η}}_t=\frac{{\mathrm{\Δ\ϵ}}_t}{{\mathrm{\Δ\σ}}_t}/\frac{{\mathrm{\Δ\ϵ}}_0}{{\mathrm{\Δ\σ}}_0}=\frac{1}{E_t}/\frac{1}{E_0}=\frac{E_0}{E_t}---\left(11\right)$

Δε_t坡体任意阶段的应变值，Δσ_t坡体任意阶段的应力值，Δε₀坡体初始弹性变形阶段的应变值，Δσ₀坡体初始弹性变形阶段的应力值；根据式(10)，(11)，可确定动力增载位移响应比参数与损伤变量存在以下关系：

${\mathrm{\η}}_t=\frac{1}{1-D_t}---\left(12\right)$

从式(12)可以看出，当D_t＝0时，η_i＝1；此时岩体未受损伤，基坑边坡处于稳定状态；当D_t＝1时，η_i→∞；此时岩体完全损伤破坏，基坑边坡处于失稳状态。

在边坡工程中，目前公认的是把边坡的稳定性系数作为边坡稳定性的评判标准，用边坡实际稳定系数来判别边坡是否稳定和稳定程度。安全系数定义为极限损伤与容许最大损伤之比，即：式中D_cr为容许最大损伤，极限损伤D_lim取1。而在整个损伤直至破坏的过程中，损伤变量D_t逐渐趋近于D_cr，因此安全系数可写为：

$K=\frac{1}{D_{cr}}---\left(13\right)$

根据式(12)和式(13)，可以确定边坡动力增载位移响应比参数与边坡安全系数的定量关系：

${\mathrm{\η}}_{cr}=\frac{K}{K-1}---\left(14\right)$

本发明中相同参数的含义均相同，在一处记载后，其它地方不再重复记载。

总之，本发明为一种土钉支护基坑监测方法，利用基坑动态变形监测，确定基坑开挖过程中实时基坑开挖动力增载位移响应比参数，进而根据该响应比参数的临界判据来实现对基坑支护工程稳定性的分析与评价，判别是否需要对基坑进行土钉支护，进而达到对基坑开挖过程中的加固支护效果进行实时动态监测与评价。

该方法改变了传统位移时序预测法仅仅选取滑坡位移或位移速率作为监测和评价参数的思路，该方法采用土钉进行基坑支护，引入了能够反映基坑变形破坏机理的非线性动力参数—开挖动力增载位移响应比参数来实现对基坑开挖过程动态稳定性评价和优化支护，将开挖基坑加卸载所产生的侧向滑移动力增载量与基坑位移或位移速率进行同步计算与监测。将打入土钉后的土层等效成改变了土体强度参数c的另一种土体。同时又可克服传统方法中土钉的作用机理的模糊性以及破坏模式形式不确定性的缺点等问题，将基坑每开挖一层所产生的动力荷载与基坑位移动力响应进行同步监测与评价，因此，该方法是土钉支护基坑的一种全新的动态监测优化设计方法。根据具体工程情况灵活运用土钉支护原理，创造性地运用基坑开挖动力增载位移响应比参数对基坑进行支护方案的动态优化评价与设计，通过合理的打入土钉来控制基坑开挖过程中的变形，提高基坑的稳定性，以达到安全、经济、实用的目的。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是开挖基坑及监测设备布置示意图；

图3是基坑开挖动力增载位移响应比参数演化阶段示意图；

其中，1-坡体，2-监测设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

为了更好地阐述本发明土钉支护加固基坑监测优化设计方法，下面以某基坑开挖为实施例进一步详细说明。该基坑于2010年5月20日以90°等倾角垂直开挖，到2010年9月5日完成开挖，开挖深度为17.1米，采用土钉支护。于2010年5月20日开始对基坑位移进行监测，并运用加固基坑监测优化设计方法对该基坑支护进行了动态优化设计，直到基坑开挖结束。其具体实施方案步骤操作与过程如下：

步骤一：基坑开挖引起土钉墙的变形监测

根据《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009，结合基坑的开挖施工工艺和施工方法，确定基坑位移监测点的布设方式。在基坑坡顶上按一定间距布设若干位移监测点，对能反映基坑工程变形的关键性部位同时布设监测点(见附图2)。基坑变形监测基准点选在监测开挖面以外3倍开挖深度的稳定无变形区域，变形监测基准点和变形监测点共同形成开挖面的变形监测控制网。在变形监测基准点和变形监测点分别对应设置无线监测设备2，根据监测点分布情况，在坡体1上选取至少三个点作为分析目标，基坑开挖前测试基坑开挖水平位移的初始值，以后每开挖一层进行一次有效的测量，并将收集到的监测位移变形量记录下来，进行初步的统计和分析。

基坑开挖首层同时进行实时监测在动力增载条件下产生的位移响应值。

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔS}}_0=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔS}}_{0i}\\ =\frac{1}{4}(82+75+85+74)=79mm\end{array}$

式中：ΔS_0i表示0～t时间段内坡体在不同监测点滑移动力加载增载条件下产生的位移响应值，即a1、a2、a3、a4位移量分别为82mm、75mm、85mm、74mm；n为监测仪器数且为大于3的整数，即为4。

基坑开挖第二层的同时进行实时监测在动力增载条件下产生的位移响应值。

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔS}}_t=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔS}}_{ti}\\ =\frac{1}{4}(181+179+174+178)=178mm\end{array}$

式中：ΔS_ti表示t～t+1时间段内坡体在不同监测点动力加载增载条件下产生的位移响应值，即a1、a2、a3、a4、位移量分别为181mm、179mm、174mm、178mm；n为监测仪器数且为大于3的整数，即为4。

步骤二：开挖引起基坑侧向滑移动力增载量的确定

根据《基坑土钉技术规范》CECS96和《土钉支护技术规范》GJB5055相关规定，一是土体自重的土压力P分布，一是地表均布荷载q引起的侧压力。

根据本基坑的基本条件，土体的粘聚力c₁＝10.0，土体的内摩擦角土体的重度γ＝21.0，其中c_i＝c_i-1+Δc。

基坑首层开挖的深度为3m.则

此时侧向滑移动力增载量为：

${\mathrm{\ΔP}}_0=K_a(1-\frac{2c_1}{{\mathrm{\γH}}_1}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γ}}_1{H}_1-K_a(1-\frac{2c_1}{{\mathrm{\γH}}_1}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_0;$

即开挖第二层时总深度为4m。

此时侧向滑移动力增载量为：

${\mathrm{\ΔP}}_t=K_a(1-\frac{2c_2}{{\mathrm{\γH}}_2}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_2-K_a(1-\frac{2c_1}{{\mathrm{\γH}}_1}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_1;$

其中：H₁＝3m，H₂＝4m

即步骤三：基坑开挖动力增载位移响应比参数的确定

因为

所以基坑开挖引起的基坑开挖动力增载位移响应比参数为：

${\mathrm{\η}}_t=\frac{{\mathrm{\λ}}_t}{{\mathrm{\λ}}_0}=\frac{{\mathrm{\ΔS}}_t}{{\mathrm{\ΔP}}_t}/\frac{{\mathrm{\ΔS}}_0}{{\mathrm{\ΔP}}_0}=\frac{\[K_a(1-\frac{2c_1}{{\mathrm{\γH}}_1}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_0-K_a(1-\frac{2c_0}{{\mathrm{\γH}}_0}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_0\]{\mathrm{\ΔS}}_t}{\[K_a(1-\frac{2c_i}{{\mathrm{\γH}}_i}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_i-K_a(1-\frac{2c_{i-1}}{{\mathrm{\γH}}_{i-1}}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_{i-1}\]{\mathrm{\ΔS}}_0}$

其中

${\mathrm{\λ}}_t=\frac{{\mathrm{\ΔS}}_t}{{\mathrm{\ΔP}}_t}=\frac{{\mathrm{\ΔS}}_t}{K_a(1-\frac{2c_2}{{\mathrm{\γH}}_2}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_2-K_a(1-\frac{2c_1}{{\mathrm{\γH}}_1}\frac{1}{\sqrt{K_a}}){\mathrm{\γH}}_1}=\frac{178}{10.42}=17.08;$

所以

步骤四：基坑开挖动力增载位移响应比参数稳定性判据的确定

根据《复合土钉墙基坑支护技术规范》GB 50739-2011，基坑支护安全系数K可以根据基坑支护的安全等级一、二、三级分别取1.4、1.3、1.2，开挖过程中最不利工况下可乘以0.9的系数。由式(8)可以确定基坑开挖动力增载位移响应比参数失稳判据为：

${\mathrm{\η}}_{cr}=\frac{K}{K-1}$

在此取K为1.4，则

步骤五：基坑支护结构边坡的动态稳定性评价与支护优化设计

由步骤三步骤四计算可知，

基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t＞η_cr，表明边坡进入不稳定弹塑性损伤变形阶段，且随着坡体损伤不断扩展，基坑支护稳定性降低，基坑开挖动力增载位移响应比参数偏离η_cr的程度也会越大，此时应采取打入土钉加固基坑措施。根据复合土钉墙基坑支护技术规范，土钉长度间距经验值打入土钉。共打入2排土钉，水平间距为1m，竖直间距为1m，土钉长度为10m，土钉倾角为15。，土钉的直径为20mm。将数据带入公式：

式中：

其中n为土钉的排数，β为滑动面与水平向的夹角α为土钉的倾角α＝15。，l_s滑裂面两侧最大弯矩之间的距离其中，l₀为土钉的传递长度l₀＝10m，D为土钉的直径D＝20mm，n为土钉的排数n＝2，S_h为土钉的水平间距S_h＝1.0m。

将a，b，c，d带入公式(9)得：

根据公式c_i＝c_i-1+Δc可知c₃＝c₂+Δc＝10.0+12.44＝22.44即打入土钉后土体的粘聚力。继续开挖第三层，将位移监测数据及c₃,H₂,H₃，重复步骤2、3、4中公式进行计算，可得基坑第三层开挖所引起的动力荷载变化值为ΔP_t＝7.02，基坑的位移监测变化值为ΔS_t＝101mm，动力增载位移响应率基坑开挖动力增载位移响应比参数根据步骤五所确定的动力增载响应比的判据可知，此时η_t≤η_cr，基坑处于稳定状态，继续开挖下一层即可。若计算的基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t仍大于η_cr，则应在土钉加固设计基础上逐级加密土钉，然后继续开挖下一层，直至根据监测所计算的边坡基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t≤η_cr为止。

通过以上分析即可明确解释本发明的主要步骤，为一种土钉支护基坑的监测设计方法，指导实际基坑支护工程治理工作。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种深基坑土钉加固的监测方法，其特征是，包括：

步骤一：监测基坑开挖引起土钉墙的变形，

步骤二：确定开挖引起基坑侧向滑移动力增载量；

所述开挖引起基坑侧向滑移动力增载量的具体确定方法，包括：

1)对于的砂土和粉土，单位开挖深度所引起的侧向滑移动力增载量为：

ΔP＝0.55K_aγH_i-0.55K_aγH_i-1 (1)

2)对于的粘性土，单位开挖深度所引起的侧向滑移动力增载量为：

式中：c_i＝c_i-1+Δc，Δc为似粘聚力；ΔP为侧向滑移动力增载量；K_a为主动土压力系数；γ为每开挖一层土体的重度；c为土体粘聚力；H_i为开挖i层时基坑总深度；i为开挖层数且i≥1，c_i为基坑开挖第i层的土体粘聚力；c_i-1为基坑开挖第i-1层的土体粘聚力；

步骤三：确定基坑开挖动力增载位移响应比参数，包括：

将基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t定义为基坑开挖任意时刻的动力增载位移响应率λ_t与初始弹性变形阶段边坡动力增载位移响应率λ₀之比，即：

其中：

λ₀为初始弹性变形阶段边坡动力增载位移响应率；λ_t为基坑开挖任意时刻的动力增载位移响应率；ΔS₀表示0～t初始时间段内坡体在滑移动力增载条件下 产生的位移响应值，ΔS_t表示t～t+1时间段内坡体在滑移动力增载条件下产生的位移响应值，ΔP₀表示0～t初始时间段内外在滑移动力增载变化值，ΔP_t表示t～t+1时间段内外在滑移动力增载变化值，其中，t＞0；

根据式(4)基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t的计算公式，确定基坑分层开挖引起的动力增载位移响应比参数为：

1)当时，

2)当时，

其中，H₀为初始基坑深度，c₀为初始土体粘聚力，c₁为基坑开挖第1层的土体粘聚力，c_i为基坑开挖第i层的土体粘聚力，c_i-1为基坑开挖第i-1层的土体粘聚力；式（5）和式（6）中其他符号意义同上；

步骤四：确定基坑开挖动力增载位移响应比参数稳定性判据，

根据损伤变量与基坑开挖动力增载位移响应比参数的关系和损伤变量与基坑支护稳定性系数的关系，确定基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t与基坑支护稳定性系数F_t的定量关系如下：

根据《复合土钉墙基坑支护技术规范GB 50739-2011》，基坑支护安全系数K根据基坑的安全等级一、二、三级分别取1.4、1.3、1.2；开挖过程中最不利工况下将安全系数K乘以0.9；由式(7)确定基坑开挖动力增载位移响应比参 数失稳判据为：

η_cr即为运用基坑支护安全系数所确定的基坑开挖动力增载位移响应比参数稳定性判据；

步骤五：基坑支护结构边坡的动态稳定性评价与支护优化措施，

1)当基坑支护稳定性系数F_t大于等于安全系数K时，基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t≤η_cr，表明基坑处于稳定未损伤弹性变形阶段，无需采取支护加固基坑措施，及时完成下一个设计深度的基坑开挖；

2)当基坑支护稳定性系数F_t小于安全系数K时，基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t＞η_cr，表明基坑支护进入不稳定弹塑性损伤变形阶段，且随着坡体损伤不断扩展，基坑稳定性降低，基坑开挖动力增载位移响应比参数偏离η_cr的程度也会越大，此时应采取打入土钉加固基坑措施；

3)根据《复合土钉墙基坑支护技术规范GB 50739-2011》中相关的基坑土层条件及基坑开挖参数，及时对开挖基坑进行土钉加固设计与施工；在完成土钉加固后及时完成下一个设计深度的基坑开挖，并同时对基坑开挖位移进行监测；如继续开挖引起基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t＞η_cr，则应在土钉加固设计基础上逐级加密土钉，直至基坑开挖动力增载位移响应比参数η_t≤η_cr为止；

4)当基坑开挖动力增载位移响应比参数出现突变或趋于无穷大时，表明基坑进入全面塑性损伤阶段，预示着基坑支护即将出现整体失稳，此时应及时发出边坡失稳预警，撤离施工设备与人员，或采取应急支护加固措施。

2.如权利要求1所述的深基坑土钉加固的监测方法，其特征是，步骤一具体监测方法为：在基坑坡顶上按间隔布设若干变形监测点，对能反映基坑工程变形的基坑坡顶部位布设变形监测点；基坑变形监测基准点选在监测基坑开挖面以外3倍开挖深度的稳定无变形区域，变形监测基准点和变形监测点共同形成开挖面的变形监测控制网；在变形监测基准点和变形监测点分别对应设置无线监测设备，根据变形监测点分布情况，在基坑坡体上选取至少三个变形监测点作为分析目标，基坑开挖前测试基坑开挖水平位移的初始值，以后每开挖一层进行一次 有效的测量，并将无线监测设备收集到的监测位移变形量记录下来，进行初步的统计和分析。