CN106777974A - 一种基坑开挖对周围临近建筑物的沉降计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基坑开挖对周围临近建筑物的沉降计算方法，先对基坑开挖引起的地表沉降进行计算，计算出建筑物所在处以及其周围一定范围内各点的位移。然后将基坑开挖引起的地表沉降转化为沉降反力加在简化成弹性地基梁的建筑物上。用迈达斯软件计算得出沉降反力引起的建筑物沉降值，并绘制出考虑建筑物时的地表沉降曲线。计算所得的建筑物的沉降与实测的沉降值不可能完全符合，本文通过两者的差值比较与误差分析，确定该方法得出的结果能将与实际的误差控制在一定范围内，能较准确的预测基坑开挖引起邻近建筑物的沉降值。

Description

一种基坑开挖对周围临近建筑物的沉降计算方法

技术领域

本发明涉及属于地下工程技术领域，具体涉及一种基坑开挖对周围临近建筑物的沉降计算方法。

背景技术

随着城市建设的不断发展，土地利用率的不断提高以及不同建筑物使用功能的要求，在城市中建筑物较密集的区域开挖基坑已经是目前较为普遍的现象。

基坑开挖引起的土体损失会导致地表沉降，而在沉降槽范围内的建筑物都会受地表沉降的影响，加上其自身重力引起的沉降，最后建筑物所反映出来的是总沉降量。

本专利的方法，可以通过建筑物上部荷载、建筑物基础形式、基础埋深、土制条件、建筑物的墙体长度、基坑开挖深度、地下连续墙的高度，以及开挖基坑与建筑物的位置关系等条件，预测出建筑物在基坑开挖的影响下的沉降量，对建筑物的安全评估有着重要的意义。

由于建筑物基础刚度远大于周围土体，范凡等^[1]假设其沉降主要来源于下卧土层变形，即建筑沉降等同于基底埋深处的土体沉降，从而得到了根据土体沉降分布曲线来描述建筑物沉降的简化计算方法。算例分析表明，其计算值与实测值有较好的一致性，可为预测、分析紧邻基坑施工的建筑物沉降提供参考。该方法的不足之处有：

(1)要得到建筑物的沉降要通过复杂的计算，无法直接求得。

(2)参数β的取值还不够全面，文中只提出了对刚性基础和较强的地基加固的取值，对其他不同基础的取值，还有待研究。

通过对文献[1]以及其他检索文献调查发现，现有的技术中的主要问题除了以上的不足之处之外，仍存在有：

(1)对于建筑物在理论计算时所采用的参数取值未见详细的研究及明确的标准；

(2)一般在工程实践中均忽略了结构刚度对其变形的影响作用，使结构变形预测结果大大偏于保守。

发明内容

本发明针对以上不足之处，通过以下技术方案进行了改进。

本发明提供一种基坑开挖对周围临近建筑物的沉降计算方法，包括以下5个步骤：

步骤1：不考虑建筑物，先对基坑开挖引起的地表沉降进行计算，计算出建筑物所在处以及其周围一定范围内各点的位移。

本计算方法中一律采用刘小丽^[2]在将地表沉降曲线视为偏态分布的基础上，利用经验关系式对现有的计算方法进行改进的公式。基坑开挖引起的地表沉降的计算公式为：

式中:h为基坑开挖的深度，单位为mm；

y_max为支护结构水平位移最大值，单位为mm；

x为坐标，即所计算沉降点距离基坑的距离，单位为mm；

步骤2：通过温克尔弹性地基梁地基反力的计算公式：

F＝kU_z (2)

F——地基反力，单位符号为kN/m；

k——基床系数，单位符号为kN/m²；

U_Z——盾构施工引起的地表竖向位移，单位符号为mm；

本步骤的目的是将基坑开挖引起的地表沉降转化为沉降反力加在简化成弹性地基梁的建筑物上。

步骤3：用迈达斯软件(MIDAS-GTS)计算，计算时梁的材料选取C30的混凝土，梁的截面选取为实槽长方形截面，长宽比为3:1。基床系数k取为15000kN/m³。将所建梁的模型以一米为一个单位，分成相等长度的30段，建立沉降反力(恒荷载)。利用迈达斯软件(MIDAS-GTS)软件对沉降反力引起的建筑物沉降进行计算，得出沉降反力引起的建筑物沉降值，并绘制出考虑建筑物时的地表沉降曲线。

步骤4：将步骤1计算出的不考虑建筑物时的地表沉降与步骤3计算出的考虑建筑物时的地表沉降绘制在同一张图上，见图1，可知本文方法对于考虑建筑物的刚度对基坑开挖引起的建筑物沉降的影响反映在了步骤3计算出的地表沉降计算结果中。并根据实例，在图2中绘制出考虑建筑物时的沉降、不考虑建筑物时的沉降以及建筑物的实测沉降值。

步骤5：计算所得的建筑物的沉降与实测的沉降值不可能完全符合，本文通过两者的差值比较与误差分析，确定该方法得出的结果能将与实际的误差控制在一定范围内，能较准确的预测基坑开挖引起邻近建筑物的沉降值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本专利计算方法简单，需要知道的参数较少，在考虑建筑物自身刚度的同时还考虑了土质条件对基坑开挖引起建筑物沉降的影响，应用范围广泛，适用于预估与计算基坑开挖引起邻近建筑物的沉降。

附图说明

图1为本发明中算例对应的地表沉降；

图2为本发明实施例中实例对应地表沉降。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

从图1的算例中可以看出，考虑建筑物刚度之后绘出的建筑物计算沉降曲线明显与实际建筑物的沉降情况较为符合。由于该专利的计算公式中，基坑开挖深度主要决定了基坑墙后地表的最大沉降量的偏移距离，所以计算离开挖基坑相同距离的建筑物的沉降时，开挖越深的基坑，运用本专利的方法考虑建筑物刚度时效果更加明显。

从图2可以看出，在考虑建筑刚度时，沉降曲线与实际沉降曲线较为符合，在对基坑开挖引起建筑物沉降的预测中，能给出较为接近实际沉降的预测数据。

杭州某大酒家附近有基坑开挖，该基坑开挖深度为8.2m，主体采用箱型混凝土结构。基坑开挖过程中，围护结构的最大位移量为14mm，在开挖基坑前，对建筑进行测点的布置，记录基坑开挖过程中建筑物的沉降，具体实测值见图2。该酒家宽28m(平行基坑方向)，长20m(垂直基坑方向)。

从图2可知，本专利方法考虑建筑物后计算出的地表沉降与实测值比较吻合，本专利的方法计算出的曲线基本呈线性，因为刚度的影响，建筑物实际的沉降曲线也应该是近似线性。用本专利方法计算所得的数值与建筑物相比，最小误差仅为4.7％，最大误差为17.1％，但由于最大误差出现在离基坑最远的点，其沉降量很小，虽然误差相对较大，但由于误差引起的差值很小，仅为0.45mm，所以本方法的预测效果与实际沉降接近。总体来说说相比于不考虑建筑物的情况，本专利方法计算出的曲线体现了建筑物的刚度特性。

[1]范凡,陈锦剑,章红兵,王建华.基坑开挖引起紧邻建筑物沉降的简化计算方法[J].岩土工程学报,2015，37(增刊2),61-64.

[2]刘小丽,周贺,张占民.软土深基坑开挖地表沉降估算方法的分析[J].岩土力学,2011,32(增刊1)：90-94。

Claims (1)

1.一种基坑开挖对周围临近建筑物的沉降计算方法，其特征在于；包括以下5个步骤：

步骤1：先对基坑开挖引起的地表沉降进行计算，计算出建筑物所在处以及其周围内各点的位移；基坑开挖引起的地表沉降的计算公式为：

$\mathrm{\δ}\left(x\right)=\frac{1.7765{\mathrm{hy}}_{max}}{\sqrt{2\mathrm{\π}}x}\exp \[-\frac{{\left(ln\frac{x}{1.4h}\right)}^2}{1.3778}\]---\left(1\right)$

式中：h为基坑开挖的深度，单位为m；

y_max为支护结构水平位移最大值，单位为mm；

x为坐标，即所计算沉降点距离基坑的距离，单位为m；

步骤2：通过温克尔弹性地基梁地基反力的计算公式：

F＝kU_z (2)

F——地基反力，单位符号为kN/m；

k——基床系数，单位符号为kN/m²；

U_Z——盾构施工引起的地表竖向位移，单位符号为m；

步骤3：用迈达斯软件计算，计算时梁的材料选取C30的混凝土，梁的截面选取为实槽长方形截面，长宽比为3:1；基床系数k取为15000kN/m³；将所建梁的模型以一米为一个单位，分成相等长度的30段，建立沉降反力；利用迈达斯软件对沉降反力引起的建筑物沉降进行计算，得出沉降反力引起的建筑物沉降值，并绘制出考虑建筑物时的地表沉降曲线；

步骤4：将步骤1计算出的不考虑建筑物时的地表沉降与步骤3计算出的考虑建筑物时的地表沉降绘制在同一张图上，可知本文方法对于考虑建筑物的刚度对基坑开挖引起的建筑物沉降的影响反映在了步骤3计算出的地表沉降计算结果中；

步骤5：计算所得的建筑物的沉降与实测的沉降值不可能完全符合，本文通过两者的差值比较与误差分析，确定该方法得出的结果能将与实际的误差控制在一定范围内，能较准确的预测基坑开挖引起邻近建筑物的沉降值。