CN109837909A - 深基坑开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种深基坑开挖方法，包括如下步骤：获取待挖土坡的标准安全系数，在待挖土坡上预设失稳滑动曲线；根据失稳滑动曲线计算最小安全系数；判断失稳滑动曲线的最小安全系数是否大于标准安全系数；若是，则按照失稳滑动曲线一侧进行挖掘；若否，重新预设失稳滑动曲线。解决了深基坑施工开挖需要作基坑围护结构成本高，直接开挖发生塌陷的问题。由于均值土坡失去稳定，滑动面成曲面，因此根据开挖土坡上的预设失稳滑动曲线计算最小安全系数，其最小安全系数大于标注安全系数，沿失稳滑动曲线的内侧进行挖掘，土坡不会发生坍塌的问题，保证安全快速进行深基坑施工开挖，工作效率高，经济成本低。

Description

深基坑开挖方法

技术领域

本发明涉及工程施工方法的技术领域，尤其是涉及一种深基坑开挖方法。

背景技术

在进行深基坑施工开挖时，主要包括以下两种方式：

第一种：需要在基坑开挖前作一次成型的基坑围护结构，围护结构达到设计强度后，再进行基坑开挖，没有对基坑四周土体进行预加固，不能根据开挖结构，有针对性的调整围护结构，经济性和可靠性不能兼顾；并且传统围护结构还存在以下问题：围护结构深度远大于基坑开挖深度；围护结构开孔、成槽护壁所需泥浆易造成环境污染；围护结构开孔、成槽机械施工产生大量噪音；施工风险大，且存在安全隐患，成本高昂。

第二种：直接对土坑进行基坑开挖，由于开挖未作安全准备工作，容易在开挖过程中，造成塌陷，工程危害大，影响工程进展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深基坑开挖方法，以解决现有技术中的深基坑施工开挖需要作基坑围护结构成本高，直接开挖发生塌陷的问题。

本发明提供的一种深基坑开挖方法，包括如下步骤：

获取待挖土坡的标准安全系数，在待挖土坡上预设失稳滑动曲线；

根据所述失稳滑动曲线计算最小安全系数；

判断所述失稳滑动曲线的最小安全系数是否大于所述标准安全系数；

若是，则按照失稳滑动曲线一侧进行挖掘；

若否，重新预设失稳滑动曲线。

进一步的，所述失稳滑动曲线为内凹圆弧形。

进一步的，根据条分法获取所述待挖土坡的土条，获取第i条土条的最低安全系数，在第i土条上预设失稳滑动曲线。

进一步的，在所述待挖土坡的最高点至中点位置上设置第一失稳滑动曲线，在所述待挖土坡上设置有第二失稳滑动曲线；

判断所述第一失稳滑动曲线的最小安全系数是否大于标准安全系数；

若所述第一失稳滑动曲线的最小安全系数大于标准安全系数，按照第一失稳滑动曲线一侧进行第一步挖掘；若所述第二失稳滑动曲线的最小安全系数大于最低安全系数，按照第二失稳滑动曲线一侧进行第二步挖掘；若述第二失稳滑动曲线的最小安全系数不大于最低安全系数，重新预设第二失稳滑动曲线；

若第一失稳滑动曲线的最小安全系数大于标准安全系数，重新预设第一失稳滑动曲线。

进一步的，根据计算公式： 获得所述失稳滑动曲线的最小安全系数；

其中，Ksj-第j个失稳滑动曲线的抗滑力矩与滑动力矩的比值；ci-土层的粘聚力；li-第i条土条的圆弧长度；ΔGi-第i土条的自重；θi-第i条土中线处法线与铅直线的夹角；-土层的内摩擦角；bi-第i条土的宽度；hi-第i条土的平均高度；q-第i条土条土上的均布荷载。

进一步的，采集待挖土坡的土质进行实验分析，计算土质的稳定性；

根据土质分析数据设计确定标准安全系数。

进一步的，采用分层开挖的方式对待挖土坡进行挖掘。

进一步的，还包括控制桩，所述控制桩设置在失稳滑动曲线外侧，用于作为开挖控制依据。

进一步的，还包括排水沟，所述排水沟设置在土石开挖至人工清槽标高时，所述排水沟用于雨水收集排放。

进一步的，对基坑边坡土堆的稳定性参数进行检测，作检测记录。

本发明提供的深基坑开挖方法，包括如下步骤：获取待挖土坡的标准安全系数，在待挖土坡上预设失稳滑动曲线；根据所述失稳滑动曲线计算最小安全系数；判断所述失稳滑动曲线的最小安全系数是否大于所述标准安全系数；若是，则按照失稳滑动曲线一侧进行挖掘；若否，重新预设失稳滑动曲线。由于均值土坡失去稳定，坍塌的滑动面成曲面，因此在开挖土坡上预设失稳滑动曲线，计算其最小安全系数，其最小安全系数大于待挖土坡的标准安全系数，沿失稳滑动曲线的内侧进行挖掘，土坡不会发生坍塌的问题，其最小安全系数小于或者等于待挖土坡的标准安全系数时，重新预设失稳滑动曲线，直至预设的失稳滑动曲线的最小安全系数大于标准安全系数，实现安全快速进行深基坑施工开挖，工作效率高，经济成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的失稳滑动曲线的示意图；

图2为本发明实施例提供的第一失稳滑动曲线的示意图；

图3为本发明实施例提供的第二失稳滑动曲线的示意图。

图标：11-失稳滑动曲线；12-第一失稳滑动曲线11；13-第二失稳滑动曲线11。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供的深基坑开挖方法，包括如下步骤：获取待挖土坡的标准安全系数，在待挖土坡上预设失稳滑动曲线11；根据所述失稳滑动曲线11计算最小安全系数；判断所述失稳滑动曲线11的最小安全系数是否大于所述标准安全系数；若是，则按照失稳滑动曲线11一侧进行挖掘；若否，重新预设失稳滑动曲线11。

由于均值土坡失去稳定，坍塌的滑动面成曲面，因此在开挖土坡上预设失稳滑动曲线11，计算其最小安全系数，其最小安全系数大于待挖土坡的标准安全系数，沿失稳滑动曲线11的内侧进行挖掘，土坡不会发生坍塌的问题，其最小安全系数小于或者等于待挖土坡的标准安全系数时，重新预设失稳滑动曲线11，直至预设的失稳滑动曲线11的最小安全系数大于标准安全系数，实现安全快速进行深基坑施工开挖，工作效率高，经济成本低。

进一步的，所述失稳滑动曲线11为内凹圆弧形。

失稳滑动曲线11是根据自然界均质土坡失去稳定时，塌陷滑动面成先曲面，接近圆弧形，将滑裂面近似成圆弧计算，即能保证失稳滑动曲线11较为符合实际的坍塌滑动面，又能提高运算便捷性，有利于快速判断待挖土坡是否能够按照预设的失稳滑动曲线11进行挖设，工作效率高。

进一步的，根据条分法获取所述待挖土坡的土条，获取第i条土条的最低安全系数，在第i土条上预设失稳滑动曲线11。

通过条分法获取待挖土坡的土条，并且获取其中的第i条土条的最低安全系数，在第i条土条的最低安全系数上预设失稳滑动曲线11，有利于实现对待挖土坡进行抽样验证，提高挖掘安全系数。

进一步的，根据计算公式：

获得所述失稳滑动曲线11的最小安全系数；其中，Ksj-第j个失稳滑动曲线11的抗滑力矩与滑动力矩的比值；ci-土层的粘聚力；li-第i条土条的圆弧长度；ΔGi-第i土条的自重；θi-第i条土中线处法线与铅直线的夹角；-土层的内摩擦角；bi-第i条土的宽度；hi-第i条土的平均高度；q-第i条土条土上的均布荷载。

举例如下：

工程地质的场区岩、土层自上而下由素填土、淤泥、粘性土、角砾岩构成，分析如下：

素填土(Qml)：褐黄色，主要由粘性土夹杂少量碎石等硬杂质堆填而成，局部地段硬杂质粒径一般3～10cm，稍湿，松散状态，为新近填土，欠压实，场地局部地段分布，厚度0.50m～5.00m,平均厚度1.62m。详细见剖面图及钻孔柱状图。

粘性土(Qel+dl)：分布于场地表层，灰黑，黄色，湿，可塑状，主要有粘粒和粉粒组成，局部地段粉质性较高，夹有少量风化角砾，粘性好，近底部混少量原岩碎屑颗粒，全场地大部分地段分布，厚度0.60m～19.00m,平均厚度3.01m。详细见剖面图及钻孔柱状图。

中风化角砾岩(T2g1)：灰白色，砾状结构，角砾以白云岩，灰岩为主，磨圆度差，呈尖棱角状，杂乱堆积，分选性较差，碎屑大小为2mm～50mm，含量60％，其余为胶结物，成分为泥质和硅质胶结。岩芯块状，短柱状为主。层顶标高为1347.37～1369.91m。岩体完整程度为较破碎，属较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

土坡稳定性数据

一、参数信息:

基本参数：

放坡参数：

注：L＝L1+L2

荷载参数：

序号	类型	面载荷q(kpa)	基坑边线距离a(m)	载荷宽度b(m)
					1	布局	0	1	1

二、计算原理:

根据土坡极限平衡稳定进行计算，自然界匀质土坡失去稳定，滑动面呈曲面，通常滑动面接近圆弧，可将滑裂面近似成圆弧计算；将土坡的土体沿竖直方向分成若干个土条，从土条中任意取出第i条，不考虑其侧面上的作用力时，在该土条上预设失稳滑动曲线11，该土条上存在着：

土条自重；作用于土条弧面上的法向反力；作用于预设失稳滑动曲线11面上的切向阻力。

将抗剪强度引起的极限抗滑力矩和滑动力矩的比值作为安全系数，考虑安全储备的大小，按照《规范》要求，安全系数要满足≥1.35的要求。

式子中：

Ksj--第j个圆弧滑动体的抗滑力矩与滑动力矩的比值；

ci--土层的粘聚力；

li--第i条土条的圆弧长度；

ΔGi-第i土条的自重；

θi--第i条土中线处法线与铅直线的夹角；

--土层的内摩擦角；

bi--第i条土的宽度；

hi--第i条土的平均高度；

q--第i条土条土上的均布荷载；

将数据各参数代入上面的公式，通过计算，求得最小的安全系数Ksjmin：

上述的失稳滑动曲线11大于标准安全系数时，即可对待挖土坑进行开挖。

进一步的，采用分层开挖的方式对待挖土坡进行挖掘。

分层开挖，配置四台挖掘机和六辆自卸汽车。开挖本工程粘性土自卸汽车无法进入基坑内拉运土方，需先采用挖掘机挖运翻转三次到基坑边，再采用挖掘机挖装，余土外运(运距2KM以内)。开挖过程中如碰到中风化角砾岩(T2g1)层需会同监理单位一同测定启始标高及开挖范围尺寸再进行液压锤破碎。

施工要点：

场地平整，平整前将表层及表面碎石、土石方平整完成。

土石方开挖，根据挖土深度，超深处需进行分层开挖，在开挖过程中需液压锤破碎施工的，尽量减少基坑相对开挖深度。

基坑清槽采用人工清理，基坑底部及清槽的碎石运出施工现场。

进一步的，还包括控制桩，所述控制桩设置在失稳滑动曲线11外侧，用于作为开挖控制依据。

通过在失稳滑动曲线11外侧设置控制狂，实现对开挖标准的失稳滑动曲线11的保护和控制，做好开挖控制的依据。

进一步的，还包括排水沟，所述排水沟设置在土石开挖至人工清槽标高时，所述排水沟用于雨水收集排放。

在土石方开挖至人工清槽标高时应挖出基坑排水沟，并按长方向每端设置一个集水坑，便于雨水收集排放。

进一步的，对基坑边坡土堆进行检测，作检测记录。

为确保基坑开挖过程中的安全，必须对基坑边坡堆土进行监测，每日作好监测记录，设专人对边坡进行全日巡查。

实施例二

如图2-3所示，本实施例中，深基坑开挖方法与实施例一区别在于，在所述待挖土坡的最高点至中点位置上设置第一失稳滑动曲线12，在所述待挖土坡上设置有第二失稳滑动曲线13；判断所述第一失稳滑动曲线12的最小安全系数是否大于标准安全系数；若所述第一失稳滑动曲线12的最小安全系数大于标准安全系数，按照第一失稳滑动曲线12一侧进行第一步挖掘；若所述第二失稳滑动曲线13的最小安全系数大于最低安全系数，按照第二失稳滑动曲线13一侧进行第二步挖掘；若述第二失稳滑动曲线13的最小安全系数不大于最低安全系数，重新预设第二失稳滑动曲线13；若第一失稳滑动曲线12的最小安全系数大于标准安全系数，重新预设第一失稳滑动曲线12。

在待挖土坡的中上部预设第一失稳滑动曲线12，在待挖土坡上设置第二失稳滑动曲线13；先验证第一失稳滑动曲线12的最小安全系数是否大于标准安全系数，若是第一失稳滑动曲线12的最小安全系数大于标准安全系数，先按照第一失稳滑动曲线12的内侧进行第一步挖掘；再对在待挖土坡整体高度上预设的第二失稳滑动曲线13进行计算验证，若是第二失稳滑动曲线13的最小安全系数大于标准安全系数，再根据第二失稳滑动曲线13的内侧进行第二步挖掘；通过先对待挖土坡的中上部设置预设的第一失稳滑动曲线12，在对整体预设第二失稳滑动曲线13，实现在第一失稳滑动曲线12和第二失稳滑动曲线13均满足标准安全系数时，可以分别按照第一失稳滑动曲线12和第二失稳滑动曲线13进行第一步和第二步挖掘工作，挖掘操作安全系数更高，工作效率更好。

其中，根据实际的深基坑的高度，可以设置多个第二失稳滑动曲线13，对待挖土坡进行多步挖掘。

举例如下：

计算结论如下：

第一步开挖最小安全系数Ksjmin＝2.070>1.350满足要求。[标高-H1(以4.5为例)m]

第2步开挖最小安全系数Ksjmin＝1.355>1.350满足要求。[标高-H2(以9m为例)m]

综上所述，本发明提供的深基坑开挖方法，包括如下步骤：获取待挖土坡的标准安全系数，在待挖土坡上预设失稳滑动曲线11；根据所述失稳滑动曲线11计算最小安全系数；判断所述失稳滑动曲线11的最小安全系数是否大于所述标准安全系数；若是，则按照失稳滑动曲线11一侧进行挖掘；若否，重新预设失稳滑动曲线11。由于均值土坡失去稳定，坍塌的滑动面成曲面，因此在开挖土坡上预设失稳滑动曲线11，计算其最小安全系数，其最小安全系数大于待挖土坡的标准安全系数，沿失稳滑动曲线11的内侧进行挖掘，土坡不会发生坍塌的问题，其最小安全系数小于或者等于待挖土坡的标准安全系数时，重新预设失稳滑动曲线11，直至预设的失稳滑动曲线11的最小安全系数大于标准安全系数，实现安全快速进行深基坑施工开挖，工作效率高，经济成本低。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种深基坑开挖方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取待挖土坡的标准安全系数，在待挖土坡上预设失稳滑动曲线；

根据所述失稳滑动曲线计算最小安全系数；

判断所述失稳滑动曲线的最小安全系数是否大于所述标准安全系数；

若是，则按照失稳滑动曲线一侧进行挖掘；

若否，重新预设失稳滑动曲线。

2.根据权利要求1所述的深基坑开挖方法，其特征在于，所述失稳滑动曲线为内凹圆弧形。

3.根据权利要求1所述的深基坑开挖方法，其特征在于，所述获取待挖土坡的标准安全系数，在待挖土坡上预设失稳滑动曲线包括：

根据条分法获取所述待挖土坡的土条，获取第i条土条的最低安全系数，在第i土条上预设失稳滑动曲线。

4.根据权利要求1所述的深基坑开挖方法，其特征在于，在所述待挖土坡的最高点至中点位置上设置第一失稳滑动曲线，在所述待挖土坡上设置有第二失稳滑动曲线；

判断所述第一失稳滑动曲线的最小安全系数是否大于标准安全系数；

若所述第一失稳滑动曲线的最小安全系数大于标准安全系数，按照第一失稳滑动曲线一侧进行第一步挖掘；若所述第二失稳滑动曲线的最小安全系数大于最低安全系数，按照第二失稳滑动曲线一侧进行第二步挖掘；若述第二失稳滑动曲线的最小安全系数不大于最低安全系数，重新预设第二失稳滑动曲线；

若第一失稳滑动曲线的最小安全系数大于标准安全系数，重新预设第一失稳滑动曲线。

5.根据权利要求1所述的深基坑开挖方法，其特征在于，根据计算公式：

获得所述失稳滑动曲线的最小安全系数；

其中，Ksj-第j个失稳滑动曲线的抗滑力矩与滑动力矩的比值；ci-土层的粘聚力；li-第i条土条的圆弧长度；ΔGi-第i土条的自重；θi-第i条土中线处法线与铅直线的夹角；-土层的内摩擦角；bi-第i条土的宽度；hi-第i条土的平均高度；q-第i条土条土上的均布荷载。

6.根据权利要求1所述的深基坑开挖方法，其特征在于，采集待挖土坡的土质进行实验分析，计算土质的稳定性；

根据土质分析数据设计确定标准安全系数。

7.根据权利要求1所述的深基坑开挖方法，其特征在于，采用分层开挖的方式对待挖土坡进行挖掘。

8.根据权利要求1所述的深基坑开挖方法，其特征在于，还包括控制桩，所述控制桩设置在失稳滑动曲线外侧，用于作为开挖控制依据。

9.根据权利要求1所述的深基坑开挖方法，其特征在于，还包括排水沟，所述排水沟设置在土石开挖至人工清槽标高时，所述排水沟用于雨水收集排放。

10.根据权利要求1所述的深基坑开挖方法，其特征在于，对基坑边坡土堆的稳定性参数进行检测，作检测记录。