CN105809610A - 一种基坑支撑拆除对周边地层影响的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基坑支撑拆除对周边地层影响的评估方法，包括以下步骤：1)获取待计算基坑和支撑施工情况的典型工程模型，并测量计算参数；2)分别计算待计算基坑支撑拆除后的围护结构位移增量和围护结构后地表沉降量最大值；3)根据计算得到的围护结构位移增量和围护结构后地表沉降量最大值判断基坑支撑拆除后对周围土体带来的影响。与现有技术相比，本发明具有计算准确、参数简单、计算效果好等优点。

Description

一种基坑支撑拆除对周边地层影响的评估方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，尤其是涉及一种基坑支撑拆除对周边地层影响的评估方法。

背景技术

随着城市现代化的进展，地下空间的开发越来越广泛，如地铁、地下车库、地下商场、地下配电站等等，这类建筑或构筑物往往需要大开挖，其围护施工、土方开挖、支撑拆除过程中，对基坑周边环境都会带来不同程度的影响。尽管目前计算机技术日益发展，信息化施工已越来越普遍，但在理论上，还很难对基坑周边地层的水平和竖向位移作出精确的定量预报，尤其是在支撑拆除这一环节，理论分析尚不多见。目前在工程上通常采用M法有限元程序进行计算，但有限元计算由于参数较难确定这一通病且计算较繁复，计算结果的可信度不一定很高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种计算准确、参数简单、计算效果好的基坑支撑拆除对周边地层影响的评估方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基坑支撑拆除对周边地层影响的评估方法，包括以下步骤：

1)获取待计算基坑和支撑施工情况的典型工程模型，并测量计算参数；

2)分别计算待计算基坑支撑拆除后的围护结构位移增量和围护结构后地表沉降量最大值；

3)根据计算得到的围护结构位移增量和围护结构后地表沉降量最大值判断基坑支撑拆除后对周围土体带来的影响。

所述的步骤1)中的典型工程模型为：

基坑周边围护结构设有一道支撑，且围护结构与结构大底板形成可靠的传力带，支撑与围护结构接触的支撑点A到结构大底板上表面距离为b，支撑与围护结构接触的支撑点到围护结构顶端B的距离为a。

所述的步骤2)中计算围护结构位移增量具体包括以下步骤：

21)设定围护结构位移增量的计算条件，包括：

在结构大底板顶面处，围护结构转角量和位移量均为零，将此处设定为固端支座；

22)计算围护结构位移增量，包括A点的围护结构位移增量δ_A和B点的围护结构位移增量δ_B，δ_A和δ_B的计算式为：

${\mathrm{\δ}}_A=\frac{{\mathrm{Pb}}^3}{3\mathrm{EI}}$

${\mathrm{\δ}}_B=\frac{{\mathrm{Pb}}^2(3a+2b)}{6\mathrm{EI}}$

其中，E为围护结构的弹性模量，I为围护结构的惯性矩，P为支撑每米轴力。

所述的步骤2)中计算围护结构后地表沉降量最大值具体包括以下步骤：

23)设定围护结构后地表沉降量的计算条件，包括：

1、拆除支撑后，围护结构变形增量曲线与地表沉降增量曲线相似；

2、地表沉陷增量完全因为拆除支撑而产生，墙体水平变位的体积与地表沉陷的体积相等。

24)计算地表沉陷的影响范围D，D的计算式为：

其中，为剪切破坏与竖直面的夹角；

25)获取围护结构变形增量曲线S₁和地表沉降增量曲线S₂，并令S₁＝S₂，得到地表沉降增量δ_v，计算地表沉降增量最大值δ_Vmax：

$S_1=\frac{1}{\mathrm{EI}}[{\∫}_0^b(\frac{1}{2}\mathrm{Pb}{x}^2-\frac{1}{6}{\mathrm{Px}}^3)\mathrm{dx}+{\∫}_b^{b+a}\frac{{\mathrm{Pb}}^2}{6}(3x-b)\mathrm{dx}]$

$S_2=\frac{K}{\mathrm{EI}}{\∫}_0^D{\mathrm{\δ}}_v\mathrm{dx}$

${\mathrm{\δ}}_v=\frac{K}{\mathrm{EI}}(\frac{1}{2}\mathrm{PD}{x}^2-\frac{1}{6}{\mathrm{Px}}^3)$

其中，K为形状相似系数，x为地表沉降增量所对应的水平位置，且x∈D。

所述的步骤3)中判断方法为：

通过判断围护结构位移增量中的B点围护结构位移增量，即围护结构顶端的最大偏移量，来判断是否超过围护结构刚性应变的阈值，如果没有超过阈值，则在围护结构弹性形变范围内，如果超过阈值，则围护结构发生不可恢复的形变，必要时进行重新设计；

通过桩后地表沉降量的最大值对基坑周边地表沉陷范围内的其他建筑和管道的安全进行判断，是否超过其安全范围，若没有超过安全范围，则可正常拆除支撑，若超过安全范围，则需进行修改或加固。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、计算准确，与通常采用的M法有限元程序进行计算比较，本计算方法中分别对典型工程模型、围护结构位移增量和围护结构后地表沉降量最大值的计算条件作出设定，使计算更加清楚准确，易于理解，且符合工程实际。

二、参数简单，与通常采用的M法有限元程序进行计算比较，本计算方法所用参数容易测量和确定，并且可信度较高；

三、计算效果好，与通常采用的M法有限元程序进行计算比较，本计算方法实用简便，可以很好的帮助设计人员判断支撑拆除带来的影响，结果贴合工程实际。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为围护结构位移增量计算示意图。

图3为围护结构后地表沉降量最大值计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种基坑支撑拆除对周边地层影响的评估方法，包括以下步骤：

1)获取待计算基坑和支撑施工情况的典型工程模型，典型工程模型为：

基坑周边围护结构设有一道支撑，且围护结构与结构大底板形成可靠的传力带，支撑与围护结构接触的支撑点A到结构大底板上表面距离为b，支撑与围护结构接触的支撑点到围护结构顶端B的距离为a。并测量计算参数；

2)分别计算待计算基坑支撑拆除后的围护结构位移增量和围护结构后地表沉降量最大值；

如图2所示，围护结构位移增量具体包括以下步骤：

21)设定围护结构位移增量的计算条件，包括：

在结构大底板顶面处，围护结构转角量和位移量均为零，将此处设定为固端支座；

22)计算围护结构位移增量，包括A点的围护结构位移增量δ_A和B点的围护结构位移增量δ_B，δ_A和δ_B的计算式为：

${\mathrm{\δ}}_A=\frac{{\mathrm{Pb}}^3}{3\mathrm{EI}}$

${\mathrm{\δ}}_B=\frac{{\mathrm{Pb}}^2(3a+2b){\mathrm{\δ}}_B}{6\mathrm{EI}}$

其中，E为围护结构的弹性模量，I为围护结构的惯性矩，P为支撑每米轴力。

从公式来看，减小围护结构悬臂高度与增大围护桩抗弯刚度，对于控制围护桩的变形是有利的，尤其应特别关注悬臂高度对其的影响(因为实质上P也是b的函数，即围护结构位移增量为围护结构悬臂高度的高次函数)。另外应引起注意的是在使用本公式时应确保底板与围护桩间形成可靠传力带，并对围护桩进行拆撑后工况下的内力进行验算以满足桩体强度要求，这样，本公式的二个假定就自然得到满足。

在结构大底板与支撑的有效支撑下，维护体系处于相对平衡状态，由于支撑的拆除，破坏了原来的平衡状态，围护结构发生向坑内的位移，这必然导致围护结构后土体的应力释放并取得新的平衡，引起围护结构后地表沉降，1996年Peck和1974年Bransby都曾指出软粘土中支撑基坑的地表沉降的纵剖面图与墙体的挠曲线非常相似。模拟实验和有限元分析也都表明，墙体变形曲线与强后土体沉陷曲线是密切相关的。

如图3所示，围护结构后地表沉降量最大值具体包括以下步骤：

23)设定围护结构后地表沉降量的计算条件，包括：

1、拆除支撑后，围护结构变形增量曲线与地表沉降增量曲线相似；

2、地表沉陷增量完全因为拆除支撑而产生，墙体水平变位的体积与地表沉陷的体积相等。

24)计算地表沉陷的影响范围D，D的计算式为：

其中，为剪切破坏与竖直面的夹角；

25)获取围护结构变形增量曲线S₁和地表沉降增量曲线S₂，并令S₁＝S₂，得到地表沉降增量δ_v，计算地表沉降增量最大值δ_Vmax：

$S_1=\frac{1}{\mathrm{EI}}[{\∫}_0^b(\frac{1}{2}\mathrm{Pb}{x}^2-\frac{1}{6}{\mathrm{Px}}^3)\mathrm{dx}+{\∫}_b^{b+a}\frac{{\mathrm{Pb}}^2}{6}(3x-b)\mathrm{dx}]$

$S_2=\frac{K}{\mathrm{EI}}{\∫}_0^D{\mathrm{\δ}}_v\mathrm{dx}$

${\mathrm{\δ}}_v=\frac{K}{\mathrm{EI}}(\frac{1}{2}\mathrm{PD}{x}^2-\frac{1}{6}{\mathrm{Px}}^3)$

其中，K为形状相似系数，x为地表沉降增量所对应的水平位置，且x∈D，公式表明基坑拆撑后对周围环境影响的范围和程度均与土体的内摩擦角和围护桩悬臂高度密切相关。从公式中可看出拆撑后地表最大沉降增量大于桩顶位移增量，这一点与现场的实测结果是一致的。

3)根据计算得到的围护结构位移增量和围护结构后地表沉降量最大值判断基坑支撑拆除后对周围土体带来的影响，判断方法为：

通过判断围护结构位移增量中的B点围护结构位移增量，即围护结构顶端的最大偏移量，来判断是否超过围护结构刚性应变的阈值，如果没有超过阈值，则在围护结构弹性形变范围内，如果超过阈值，则围护结构发生不可恢复的形变，必要时进行重新设计；

通过桩后地表沉降量的最大值对基坑周边地表沉陷范围内的其他建筑和管道的安全进行判断，是否超过其安全范围，若没有超过安全范围，则可正常拆除支撑，若超过安全范围，则需进行修改或加固。

现举一实例进行说明。某基坑位于市区，占地面积约为6000m2，采用直径900mm，C25钻孔灌注桩挡土，双排水泥土搅拌桩止水，以一道Φ609mm双拼钢管作支撑，其平面布置为井字形，设置于地面以下-1.5m处，从底板顶面算起，围护桩悬臂高度为5.4m，该基坑两侧约6m外有多种地下管线。用本文所述公式进行计算分析，结果表明坑外地表沉降增量影响范围为4.5m，且沉降增量曲线衰减较快，拆撑对坑外环境不会造成有害影响，以此计算结果指导拆撑施工获得了成功。在拆撑过程中进行了跟踪监测，具体数据见表1。

表1计算值与实测值比较

	计算值	实测值1	实测值2
				桩顶水平位移增量	10.2mm	9.5mm	11.0mm
坑边沉降增量	13.2mm	10.5mm	13mm
				沉降增量影响范围	4.5mm	4mm	5.0mm

从上表可以看出，用本文提供的基坑拆撑对环境影响的实用计算方法所得结果与实测值相比较，数据接近，可以满足一般设计与施工的需要。

Claims (5)

1.一种基坑支撑拆除对周边地层影响的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取待计算基坑和支撑施工情况的典型工程模型，并测量计算参数；

2)分别计算待计算基坑支撑拆除后的围护结构位移增量和围护结构后地表沉降量最大值；

3)根据计算得到的围护结构位移增量和围护结构后地表沉降量最大值判断基坑支撑拆除后对周围土体带来的影响。

2.根据权利要求1所述的一种基坑支撑拆除对周边地层影响的评估方法，其特征在于，所述的步骤1)中的典型工程模型为：

基坑周边围护结构设有一道支撑，且围护结构与结构大底板形成可靠的传力带，支撑与围护结构接触的支撑点A到结构大底板上表面距离为b，支撑与围护结构接触的支撑点到围护结构顶端B的距离为a。

3.根据权利要求1所述的一种基坑支撑拆除对周边地层影响的评估方法，其特征在于，所述的步骤2)中计算围护结构位移增量具体包括以下步骤：

21)设定围护结构位移增量的计算条件，包括：

在结构大底板顶面处，围护结构转角量和位移量均为零，将此处设定为固端支座；

22)计算围护结构位移增量，包括A点的围护结构位移增量δ_A和B点的围护结构位移增量δ_B，δ_A和δ_B的计算式为：

${\mathrm{\δ}}_A=\frac{{\mathrm{Pb}}^3}{3\mathrm{EI}}$

${\mathrm{\δ}}_B=\frac{{\mathrm{Pb}}^2(3a+2b)}{6\mathrm{EI}}$

其中，E为围护结构的弹性模量，I为围护结构的惯性矩，P为支撑每米轴力。

4.根据权利要求1所述的一种基坑支撑拆除对周边地层影响的评估方法，其特征在于，所述的步骤2)中计算围护结构后地表沉降量最大值具体包括以下步骤：

23)设定围护结构后地表沉降量的计算条件，包括：

1、拆除支撑后，围护结构变形增量曲线与地表沉降增量曲线相似；

2、地表沉陷增量完全因为拆除支撑而产生，墙体水平变位的体积与地表沉陷的体积相等。

24)计算地表沉陷的影响范围D，D的计算式为：

其中，为剪切破坏与竖直面的夹角；

25)获取围护结构变形增量曲线s₁和地表沉降增量曲线s₂，并令S₁＝S₂，得到地表沉降增量δ_v，计算地表沉降增量最大值

$S_1=\frac{1}{\mathrm{EI}}[{\∫}_0^b(\frac{1}{2}{\mathrm{Pbx}}^2-\frac{1}{6}{\mathrm{Px}}^3)\mathrm{dx}+{\∫}_b^{b+a}\frac{{\mathrm{Pb}}^2}{6}(3x-b)\mathrm{dx}]$

$S_2=\frac{K}{\mathrm{EI}}{\∫}_0^D{\mathrm{\δ}}_v\mathrm{dx}$

${\mathrm{\δ}}_v=\frac{K}{\mathrm{EI}}(\frac{1}{2}\mathrm{PD}{x}^2-\frac{1}{6}{\mathrm{Px}}^3)$

其中，K为形状相似系数，x为地表沉降增量所对应的水平位置，且x∈D。

5.根据权利要求1所述的一种基坑支撑拆除对周边地层影响的评估方法，其特征在于，所述的步骤3)中判断方法为：

通过判断围护结构位移增量中的B点围护结构位移增量，即围护结构顶端的最大偏移量，来判断是否超过围护结构刚性应变的阈值，如果没有超过阈值，则在围护结构弹性形变范围内，如果超过阈值，则围护结构发生不可恢复的形变，必要时进行重新设计；

通过桩后地表沉降量的最大值对基坑周边地表沉陷范围内的其他建筑和管道的安全进行判断，是否超过其安全范围，若没有超过安全范围，则可正常拆除支撑，若超过安全范围，则需进行修改或加固。