CN104652448B - 一种不平衡基坑支护设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种不平衡基坑支护设计方法，包括：确定基坑设计模型参数；确定支护结构位移模式；确定内支撑（3）位置；按照传统单支点桩静力平衡法确定基坑较深一侧的支护结构的参数；按照与传统方式相反的土压力计算方法确定基坑较浅侧支护结构的参数；在深浅基坑交界面上采用传统的悬臂支护结构进行支护；根据各部分支护结构的最大弯矩及最大剪力确定支护结构材料及配筋；最后进行整体稳定性验算、抗倾覆验算、抗隆起稳定性验算。采用本发明提供的不平衡基坑支护设计方法，充分利用了不平衡基坑的两侧侧压力不平衡的特性，发挥土体的抗压性能，在确保安全的前提下，节省材料，缩短工期，具有很高的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种不平衡基坑支护设计方法，属土木建筑工程施工技术领域。
背景技术
随着城市化的发展，用地紧张问题日益突出，地下空间的开发愈来愈占据着重要地位。地下空间开发规模越来越大，相应的基坑支护技术也就被要求不断提高以解决各种工程难题。
目前针对各种复杂环境的基坑支护技术不断完善，但由于这些深大基坑通常都位于密集城市中心，常常紧邻建筑物、交通干道、地铁隧道及各种地下管线等，施工条件复杂，重大恶性基坑事故仍时有发生。而且当前的基坑支护技术涉及的都是对称基坑(基坑相对两侧的侧压力相同)的支护，支护的目地主要是防止基坑外围的土体向坑中坍塌，但在工程实际中，由于工程环境的限制和施工的需要，电梯井、集水坑等坑中坑的存在，使得基坑往往是不平衡的(基坑相对两侧的侧压力不相同)，可能出现基坑开挖较深一侧的支护结构通过内撑压迫开挖较浅一侧的支护结构向坑外倾斜，造成基坑围护结构失稳，甚至破坏周围的建筑物。而且对称基坑的设计，都是按照支护结构向坑中发生位移的模式来进行设计，不能充分利用土体的抗压能力，造成了极大的浪费。
因此，对于不平衡基坑，依据基坑可能发生的位移形式，进行合理的分析设计，找到一种经济有效的支护方法，是一个很现实的技术问题。
发明内容
本发明的目的是，针对上述基坑支护技术存在的问题，为了实现合理设计支护结构，达到安全经济有效的支护，本发明提供一种不平衡基坑支护设计方法。
实现本发明目的的技术方案是，本发明所提供的一种不平衡基坑的支护方法包括以下步骤：
(1)根据工程的工程地质报告、建筑结构施工图、明确各开挖面标高，简化基坑设计模型，确定不对称基坑的剖面参数，主要包括基坑较深侧的基坑深度与基坑较前侧的基坑深度，以及3倍深基坑深度范围内的地层土体的内摩擦角、粘聚力及有效重度。
(2)不对称基坑的两侧通过刚度足够大的支撑连接起来，考虑到基坑较深一侧的侧压力大于基坑较浅一侧的侧压力，则位移模式可以按照深基坑一侧向着浅基坑一侧发生位移的方式进行确定。
(3)在基坑较深的一侧，根据一般工程经验，在充分发挥内撑作用的同时，为避免内撑的位置太低，造成基坑整体侧移，可设内撑位于距地面0.3倍基坑深度的位置；采用传统单支点桩静力平衡法对基坑较深一侧的支护结构进行支护设计和计算：
在支护结构外侧按照朗肯主动土压力进行计算，距离地面z处的土压力值为其中称为主动土压力系数；c是计算点所在土体的粘聚力，单位为kPa；是计算点所在土体的内摩擦角，单位为度；γi是计算点上覆第i层土体的容重(水位以下的要按有效容重参与计算)，单位为KN/m3；zi是计算点上覆第i层土体的厚度，单位为m。在支护结构的内侧按照朗肯被动土压力进行计算，距离坑底h处的土压力值为其中称为被动土压力系数；c是计算点所在土体的粘聚力，单位为kPa；是计算点所在土体的内摩擦角，单位为度；γi是计算点上覆基坑底以下的第i层土体的容重(水位以下的要按有效容重参与计算)，单位为KN/m3；hi是计算点上覆基坑底以下的第i层土体的厚度，单位为m。计算支护结构外侧各层土压力的合力Eai与支护结构内侧基坑底以下各层土压力的合力Epi，对内支撑点取矩，依据ΣMai＝ΣMPi，其中Mai为Eai对内支撑点产生的弯矩，MPi为EPi对内支撑点产生的弯矩；确定基坑较深一侧支护结构的深度L1，并可得内支撑的反力R＝ΣEai-ΣEPi，计算最大弯矩Mmax，最大剪力FSmax。
(4)对于基坑较浅的一侧，与传统模式不同，支护结构外侧的土压力，按照步骤(3)中的朗肯被动土压力计算方法进行计算，在支护结构内侧基坑底部以下的部分，按照步骤(3)中朗肯主动土压力计算方法进行计算。求得支护结构外侧各层土压力的合力Epi与支护结构内侧基坑底以下各层土压力的合力Eai，根据静力平衡条件中的弯矩平衡ΣMai＝ΣMPi确定桩长L2，再根据静力平衡条件中的水平方向力平衡R＝ΣEpi-ΣEai确定桩L2′，取L2与L2′中较大的值作为基坑较浅一侧的支护结构深度。根据土压力分布及内支撑反力确定最大弯矩Mmax，最大剪力FSmax。
(5)在深浅基坑交界面上可采用传统的悬臂排桩支护方法进行支护，计算其最大弯矩及剪力。
(6)根据各部分支护结构的最大弯矩及最大剪力确定各部分支护结构材料及配筋。
(7)进行整体稳定性验算、抗倾覆验算、抗隆起稳定性验算。
本发明的有益效果是，本发明充分利用了不平衡基坑的两侧侧压力不平衡的特性，因地制宜，根据不平衡基坑的受力分布，分析变形形式，根据变形特性，合理设计支护结构，发挥土体的抗压性能，在确保安全的前提下，节省材料，缩短工期，实现安全经济有效的支护，具有很高的推广应用价值。
附图说明
图1是简化基坑剖面模型图；
图2是基坑较深侧的受力图；
图3是基坑较浅侧的受力图；
图4是支护结构剖面图；
图中，1是地面；2是基坑底面；3是内支撑；4是基坑较深侧支护结构；5是基坑较浅侧支护结构；6是坑中坑交界处支护结构；7是位移趋势线。
具体实施方式
现结合附图和具体实施例对本发明提出的不平衡基坑支护设计方法作进一步详细说明。在湖北省武汉市青山区某长江南岸某改造工程中，根据工程的相关资料查得地面1标高为0.0m，浅侧基坑底面2标高-5.0m，深侧基坑底面2标高-10.0m，，地下水位一般为-6.0m左右。
各层土体的参数如表1：
表1各土层参数设计值一览表
设置内支撑3位于-3.0m处，对基坑较深侧的支护结构进行计算，在支护结构外侧按照朗肯主动土压力进行计算，支护结构的内侧按照朗肯被动土压力进行计算，得到计算支护结构外侧各层土压力的合力Eai与支护结构内侧基坑底以下各层土压力的合力Epi，对内支撑点取矩，依据ΣMai＝ΣMPi确定基坑较深一侧支护结构4的深度为20m。
对于基坑较浅的一侧，在支护结构外侧按照朗肯被动土压力进行计算，支护结构的内侧按照朗肯主动土压力进行计算，根据静力平衡条件中的弯矩平衡ΣMai＝ΣMPi确定支护结构深度为9m，再根据静力平衡条件中的水平方向力平衡R＝ΣEpi-ΣEai确定支护结构深度为13m，故取基坑较浅一侧的支护结构5深度为13m。
跟一般对称基坑设计方法相比，本发明提供的方法对于基坑较浅侧的支护，每延米节省支护结构长7m，经济效益显著。
Claims (5)
1.一种不平衡基坑支护设计方法，其特征在于，包括：
确定不对称基坑的剖面参数；
确定支护结构位移模式；
设置内支撑距离地面的距离为0.3倍的较深侧基坑的深度；
确定基坑较深一侧的支护结构的深度、最大弯矩、最大剪力及内支撑内力；
计算基坑较浅侧支护结构的内外侧土压力，并分别根据静力平衡法中的水平力平衡和弯矩平衡确定基坑较浅侧支护结构的深度，取较大值作为设计值；
在深浅基坑交界面上采用传统的悬臂支护结构进行支护，计算支护结构深度、最大弯矩及剪力；
根据各部分支护结构的最大弯矩及最大剪力确定支护结构材料及配筋；
进行整体稳定性验算、抗倾覆验算、抗隆起稳定性验算。
2.根据权利要求1所述的一种不平衡基坑支护设计方法，其特征在于，所述不对称基坑的剖面参数主要是基坑较深侧的基坑深度与基坑较前侧的基坑深度，以及3倍深基坑深度范围内的地层土体的内摩擦角、粘聚力及有效重度。
3.根据权利要求1所述的一种不平衡基坑支护设计方法，其特征在于，所述位移模式按照深基坑一侧向着浅基坑一侧发生位移的方式进行确定。
4.根据权利要求1所述的一种不平衡基坑支护设计方法，其特征在于，所述确定基坑较深一侧的支护结构的支护设计和计算：
计算支护结构外侧各层土压力的合力Eai与支护结构内侧基坑底以下各层土压力的合力Epi，对内支撑点取矩，依据ΣMai＝ΣMPi确定基坑较深一侧支护结构的深度L1，并可得内支撑的反力R＝ΣEai-ΣEPi，计算最大弯矩Mmax，最大剪力FSmax。
5.根据权利要求1所述的一种不平衡基坑支护设计方法，其特征在于，所述确定基坑较浅一侧的支护结构的支护设计和计算：
支护结构外侧的土压力，按照朗肯被动土压力计算方法进行计算，在支护结构内侧基坑底部以下的部分，按照朗肯主动土压力计算方法进行计算；求得支护结构外侧各层土压力的合力Epi与支护结构内侧基坑底以下各层土压力的合力Eai，根据静力平衡条件中的弯矩平衡ΣMai＝ΣMPi确定桩长L2，再根据静力平衡条件中的水平方向力平衡R＝ΣEpi-ΣEai确定桩L2′，取L2与L2′中较大的值作为基坑较浅一侧的支护结构深度；根据土压力分布及内支撑反力确定最大弯矩Mmax，最大剪力FSmax。
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