CN113642155A - 采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法 - Google Patents

采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法 Download PDF

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黄全强
胡浩
曾军
丁秋
李祖瑞
何苑
唐清
李俊玲
陈骏
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Abstract

本发明涉及工程建设技术领域，公开了一种采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，包括以下步骤：S1、分析基坑环境，获取基坑的主动压力侧和被动压力侧，以确定基坑变形方向；S2、获取挡土构件的高度和内支撑构件截面的高度；S3、获取土反力弹性支座的刚度；S4、获取挡土构件的水平荷载；S5、利用平面杆系结构弹性支点法建立结构分析模型，计算得到挡土构件和内支撑构件两者每延米的内力及分析模型整体变形；S6、根据土反力标准值和被动土压力标准值，校核挡土构件和内支撑构件是否满足要求；S7、根据步骤S5中计算得到的分析模型整体变形，校核基坑支护结构变形是否满足要求。本发明能校验基坑支护结构的整体安全性，以方便后续进行合理的分析设计。

Description

采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法
技术领域
本发明涉及工程建设技术领域，特别是涉及一种采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法。
背景技术
在基坑开挖过程中，当基坑两侧的地形、水位及超载等因素不一致时，会导致基坑两侧挡土构件的水平向荷载不相等，如果此时基坑支护结构采用内支撑进行水平力传递的话，则会出现偏压现象：主动土压力较大一侧的挡土构件背侧土体仍保持下滑趋势，相对的另一侧挡土构件背侧的土体位移趋势变为向上滑动，并且挡土构件背面的土压力变为被动土压力，使得整个支护结构整体向同一侧位移。因此，这种情况下的基坑整体支护结构的内力、变形与对称基坑存在较大差异。
目前，《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)推荐采用平面杆系结构弹性支点法进行分析，但其仅规定了单侧支护结构的平面杆系结构弹性支点法设计方法，未明确提出适合偏压基坑的设计方法。另外，主流的基坑设计软件也未提出适合偏压基坑的建模设计方法。因此，现有技术中缺乏对采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，特别是如何进行基坑支护结构的整体安全性的校验。
发明内容
本发明提供了一种采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，其能校验基坑支护结构的整体安全性，以方便后续进行合理的分析设计。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，包括以下步骤：
S1、分析基坑环境，获取基坑的主动压力侧和被动压力侧，以确定基坑变形方向；
S2、获取挡土构件的高度和内支撑构件截面的高度；
S3、获取土反力弹性支座的刚度；
S4、获取挡土构件的水平荷载；
S5、根据挡土构件的高度、内支撑构件截面的高度、土反力弹性支座的刚度以及挡土构件的水平荷载，并利用平面杆系结构弹性支点法建立结构分析模型，计算得到所述挡土构件和所述内支撑构件两者每延米的内力及分析模型整体变形；
S6、根据土反力标准值和被动土压力标准值，校核所述挡土构件和所述内支撑构件是否满足要求；
S7、根据步骤S5中计算得到的分析模型整体变形，校核基坑支护结构变形是否满足要求。
优选地，在所述S2步骤中，将挡土构件和内支撑构件简化为弹性杆件，并按照延米等刚度原则确定挡土构件的高度和内支撑构件截面的高度。
优选地，在所述S3步骤中，所述土反力弹性支座为仅受压力的水平向弹性支座，并设置在产生被动土压力的一侧。
优选地，在所述S3步骤中，所述土反力弹性支座刚度计算所需的黏聚力c、内摩擦角
Figure BDA0003164676280000022
值取自所述挡土构件的被动土压力一侧土体的土工试验参数。
优选地，在所述S4步骤中，所述挡土构件的水平荷载包括所述挡土构件背侧的水土载荷和超载。
优选地，在所述S5步骤中，所述挡土构件背侧呈上滑趋势土体的初始分布土反力ps0不计黏聚力产生的抗力
Figure BDA0003164676280000021
优选地，在所述S5步骤中，采用结构计算软件建立所述结构分析模型，并向所述结构计算软件输入所述挡土构件的高度、所述内支撑构件截面的高度、所述土反力弹性支座的刚度以及所述挡土构件的水平荷载，得到所述挡土构件和所述内支撑构件两者每延米的内力及分析模型整体变形。
优选地，在所述S6步骤中，当土反力标准值大于被动土压力标准值时，所述挡土构件和所述内支撑构件不符合满足要求。
优选地，在所述S6步骤中，所述土反力和所述被动土压力的值为所述挡土构件背侧从横向位移零点往上部分的土反力和被动土压力以及与所述挡土构件背侧相对的一侧从横向位移零点往下部分的土反力和被动土压力。
优选地，在所述S6和S7步骤中，若所述挡土构件、所述内支撑构件以及基坑支护结构整体变形不符合要求，则通过调整所述挡土构件和所述内支撑构件的水平刚度、所述挡土构件的嵌固深度以及对所述挡土构件背侧土体进行加固，以符合要求。
实施本发明的一种采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明采用了平面杆系结构弹性支点法建立结构分析模型，对采用内支撑的偏压基坑进行技术分析，得到挡土构件和内支撑构件的结构变形和受力情况，并以此校验偏压基坑支护结构及构件的整体安全性，填补了现有技术在采用内支撑的偏压基坑支护校验方法这一方面的空白。
附图说明
图1为本发明的步骤流程图；
图2为本发明挡土构件和内支撑构件的安装示意图；
图3为本发明结构分析模型的示意图；
图4为被动土压力侧的土层存在边坡或者基坑开挖时的土反力弹性支座计算深度取值示意图；
图5为本发明水平向荷载的示意图。
图中，
1、挡土构件，2、内支撑构件，3、土反力弹性支座，4、挡土构件水平位移零点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”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。
本发明采用内支撑的偏压基坑支护结构包括挡土构件1、内支撑构件2和土反力弹性支座3。
结合图1，本发明实施例提供了一种采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，包括：
S1、分析基坑环境，获取基坑的主动压力侧和被动压力侧，以确定基坑变形方向；
S2、获取挡土构件1的高度和内支撑构件2截面的高度；
S3、获取土反力弹性支座3的刚度；
S4、获取挡土构件1的水平荷载；
S5、根据挡土构件1的高度、内支撑构件2截面的高度、土反力弹性支座3的刚度以及挡土构件1的水平荷载，并利用平面杆系结构弹性支点法建立结构分析模型，计算得到挡土构件1和内支撑构件2两者每延米的内力及分析模型整体变形；
S6、根据土反力标准值和被动土压力标准值，校核挡土构件1和内支撑构件2是否满足要求；
S7、根据步骤S5中计算得到的分析模型整体变形，校核基坑支护结构变形是否满足要求。
基于以上技术方案，本发明采用了平面杆系结构弹性支点法建立结构分析模型，对采用内支撑的偏压基坑进行技术分析，得到挡土构件1和内支撑构件2的结构变形和受力情况，并以此验证偏压基坑支护结构及构件的整体安全性，填补了现有技术在采用内支撑的偏压基坑支护校验方法这一方面的空白。
结合图2－5，优选地，在S2步骤中，将挡土构件1和内支撑构件2简化为弹性杆件，并按照延米等刚度原则确定挡土构件1的高度和内支撑构件2截面的高度。
优选地，在S3步骤中，土反力弹性支座3为仅受压力的水平向弹性支座，并设置在产生被动土压力的一侧。
优选地，在S3步骤中，土反力弹性支座3刚度计算所需的黏聚力c、内摩擦角
Figure BDA0003164676280000052
值应取自挡土构件1的被动土压力一侧土体的土工试验参数。具体地，本发明结构分析模型所采用的土反力弹性支座3的刚度计算公式参照《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120－2012)的4.1.4－4.1.7，土反力弹性支座3刚度的计算深度应考虑地形影响，如图4所示，计算所需的土体黏聚力c、内摩擦角
Figure BDA0003164676280000053
值应取挡土构件1的被动土压力一侧土体的土工试验参数。
优选地，在S4步骤中，挡土构件1的水平荷载包括挡土构件背侧的水土载荷和超载。具体地，本发明挡土构件1的水平荷载按《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120－2012)执行，短期覆土按超载计算；对于支护结构背侧存在放坡或已开挖基坑的情况，也可参考广东省《建筑基坑工程技术规程》(DB/T 15－20－2016)等地方标准执行；同时，挡土构件1背侧呈上滑趋势土体的初始分布土反力ps0(详见《建筑基坑支护技术规程》中的式4.1.4－1)不计黏聚力产生的抗力
Figure BDA0003164676280000051
计算简图如图5所示。
优选地，在S5步骤中，采用结构计算软件建立结构分析模型，并向结构计算软件输入挡土构件1的高度、内支撑构件2截面的高度、土反力弹性支座3的刚度以及挡土构件1的水平荷载，得到挡土构件1和内支撑构件2两者每延米的内力及分析模型整体变形。
优选地，在S6步骤中，当土反力标准值大于被动土压力标准值时，挡土构件1和内支撑构件2不符合满足要求。具体地，应按相关规范的要求复核计算结果，《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120－2012)4.1.4要求比较嵌固段土反力标准值与嵌固段被动土压力标准值，此时可取挡土构件1背侧从横向位移零点往上部分的力进行比较，土反力标准值取图5中的Pak1与土反力弹性支座3弹性力之和、被动土压力标准值的计算可参照附图4。
优选地，在S6和S7步骤中，若挡土构件1、内支撑构件2以及基坑支护结构整体变形不符合要求，则通过调整挡土构件1和内支撑构件2的水平刚度、挡土构件1的嵌固深度以及对挡土构件1背侧土体进行加固，以符合要求。具体地，若不满足规范要求则应调整设计方案，如增加挡土构件1嵌固深度，调整挡土构件1的水平刚度，被动土压力侧的挡土构件1背侧增加地面超载、背侧土体进行加固，主动土压力侧的挡土构件1背侧局部削坡减载等措施。支偏压基坑支护结构变形控制标准应根据规范及周边环境条件等具体制定。
需要注意的是，挡土构件1一般为钢筋混凝土结构，且简化为截面高度与其每延米等刚度厚度一致。当挡土构件1为地连墙等厚度均匀构件时，其截面高度为挡土构件1的厚度；当挡土构件1为排桩等非等厚构件时，则应按延基坑侧每延米水平刚度相等的方法进行代换。
图3中，挡土构件水平位移零点4为挡土构件1的“反弯点”。
另外，土反力弹性支座3为仅受压力的弹性支座，自地面往下间隔0.5m或1m设置一道土反力弹性支座3，土反力弹性支座3方向与挡土构件1水平向位移方向一致，土反力弹性支座3刚度数值同《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120－2012)4.1.5－4.1.7中的水平反力系数ks，弹性支座计算深度如图4中的Za(对应a点)、Zb(对应b点)，计算“m”值取用的黏聚力c、内摩擦角
Figure BDA0003164676280000071
应采用挡土构件1被动土压力一侧土体的土工实验数值；
内支撑构件2一般为钢筋混凝土结构或者钢结构，用于传递两侧挡土构件1之间的水平力。
本发明实施例提供的一种采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，该方法参照了《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)，计算采用平面杆系结构弹性支点法，适用于采用内支撑的偏压基坑支护的内力和变形计算，其计算结果可用于校验偏压受力状态下的支护结构安全性及对支护结构方案进行优化。
综上，本发明实施例具有以下有益效果：
1、采用仅受轴向力的简化杆件模拟轴向受力的内支撑构件2，并通过内支撑构件2传递水平向力。
2、通过设置一定刚度的土反力弹性支座3，模拟土体位移趋势呈上滑一侧的土体反力分布情况。
3、根据整体支护结构的变形和挡土构件1的受力情况，验证基坑支护结构整体安全性，优化基坑支护结构设计方案。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、分析基坑环境，获取基坑的主动压力侧和被动压力侧，以确定基坑变形方向；
S2、获取挡土构件的高度和内支撑构件截面的高度；
S3、获取土反力弹性支座的刚度；
S4、获取挡土构件的水平荷载；
S5、根据挡土构件的高度、内支撑构件截面的高度、土反力弹性支座的刚度以及挡土构件的水平荷载，并利用平面杆系结构弹性支点法建立结构分析模型，计算得到所述挡土构件和所述内支撑构件两者每延米的内力及分析模型整体变形；
S6、根据土反力标准值和被动土压力标准值，校核所述挡土构件和所述内支撑构件是否满足要求；
S7、根据步骤S5中计算得到的分析模型整体变形，校核基坑支护结构变形是否满足要求。
2.根据权利要求1所述的采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，其特征在于，在所述S2步骤中，将挡土构件和内支撑构件简化为弹性杆件，并按照延米等刚度原则确定挡土构件的高度和内支撑构件截面的高度。
3.根据权利要求1所述的采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，其特征在于，在所述S3步骤中，所述土反力弹性支座为仅受压力的水平向弹性支座，并设置在产生被动土压力的一侧。
4.根据权利要求3所述的采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，其特征在于，在所述S3步骤中，所述土反力弹性支座刚度计算所需的黏聚力c、内摩擦角
Figure FDA0003164676270000011
值取自所述挡土构件的被动土压力一侧土体的土工试验参数。
5.根据权利要求1所述的采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，其特征在于，在所述S4步骤中，所述挡土构件的水平荷载包括所述挡土构件背侧的水土载荷和超载。
6.根据权利要求1所述的采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，其特征在于，在所述S5步骤中，所述挡土构件背侧呈上滑趋势土体的初始分布土反力ps0不计黏聚力产生的抗力
Figure FDA0003164676270000021
7.根据权利要求6所述的采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，其特征在于，在所述S5步骤中，采用结构计算软件建立所述结构分析模型，并向所述结构计算软件输入所述挡土构件的高度、所述内支撑构件截面的高度、所述土反力弹性支座的刚度以及所述挡土构件的水平荷载，得到所述挡土构件和所述内支撑构件两者每延米的内力及分析模型整体变形。
8.根据权利要求1所述的采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，其特征在于，在所述S6步骤中，当土反力标准值大于被动土压力标准值时，所述挡土构件和所述内支撑构件不符合满足要求。
9.根据权利要求8所述的采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，其特征在于，在所述S6步骤中，所述土反力和所述被动土压力的值为所述挡土构件背侧从横向位移零点往上部分的土反力和被动土压力以及与所述挡土构件背侧相对的一侧从横向位移零点往下部分的土反力和被动土压力。
10.根据权利要求8所述的采用内支撑的偏压基坑支护的校验方法，其特征在于，在所述S6和S7步骤中，若所述挡土构件、内支撑构件以及基坑支护结构整体变形不符合要求，则通过调整所述挡土构件和所述内支撑构件的水平刚度、所述挡土构件的嵌固深度以及对所述挡土构件背侧土体进行加固，以符合要求。
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