一種雙排樁支護結構抗傾覆穩定性計算方法
【專利摘要】本發明涉及一種雙排樁支護結構抗傾覆穩定性計算方法，針對雙排樁基坑支護結構（包括前排樁1、后排樁2、樁頂連梁3、樁間土4），提出了一種可考慮前排樁抗壓、后排樁抗拔力偶和地下水浮力影響的雙排樁基坑支護結構抗傾覆穩定性計算方法，并推導出了相應的解析式。該方法克服了現行行業標準《建筑基坑支護技術規程》JGJ120?2012以及湖北省《基坑工程技術規程》DB42/T159?2012中雙排樁支護結構抗傾覆計算方法引起的樁長過長，造成工程浪費的缺點。工程案例驗算表明，同條件下，使用本發明所論述的方法計算雙排樁支護結構抗傾覆穩定性，相比于現行規范，安全系數可提高20%~55%。本發明提供的計算方法可靠性高、結果合理且簡單易行、計算成本低、設計方案經濟合理。
【專利說明】
-種雙排巧支護結構抗傾覆穩定性計算方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種雙排粧支護結構抗傾覆穩定性計算方法，適用于采用雙排粧支護的基 坑工程抗傾覆安全系數的計算。
【背景技術】
[0002] 與懸臂支護單粧相比，雙排粧支護體系具有整體剛度大，粧頂位移小，能自動調節 結構本身的內力使之在復雜多變的外荷載作用下保持穩定安全等優點。基坑開挖深度較大 或場地±層軟弱，懸臂支護單粧的抗彎剛度不能滿足變形控制要求時，多采用雙排粧支護 體系。采用現行行業標準《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012W及湖北省《基坑工程技術 規程》DB42/T159-2012中的計算方法，常常出現計算的雙排粧抗支護結構傾覆安全系數較 小，不滿足規范的要求，需增加雙排粧粧長，而實際工程中雙排粧發生傾覆破壞的情況非常 少。因此，采用現行行業標準《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012W及湖北省《基坑工程 技術規程》DB42/T159-2012中的雙排粧支護結構抗傾覆安全計算方法，為滿足規范要求，而 需增加雙排粧粧長，勢必造成浪費，有必要改進現有規范中雙排粧支護結構抗傾覆安全系 數計算方法。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的問題是提供一種雙排粧支護結構抗傾覆穩定性計算方法，該方 法計算簡便、成本低、結果合理、可靠性高、易于推廣應用。
[0004] 本發明的技術解決方案是:針對雙排粧支護結構抗傾覆安全系數的計算推導，需 作如下假定： (1) 假設雙排粧基坑支護結構傾覆失穩W前排粧靠基坑側粧底為轉動點，該假定與現 行行業標準《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012W及湖北省《基坑工程技術規程》DB42/ T159-2012的規定一致； (2) 忽略地下水滲流對雙排粧支護結構傾覆安全系數計算的影響，地下水浮力按靜水 壓力簡化計算。
[0005] 現行行業標準《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012與湖北省地方標準《基坑工 程技術規程》DB42/T159-2012中對雙排粧支護結構抗傾覆穩定性的計算方法一致，其計算 解析式為：
式中： 區一一抗傾覆穩定性安全系數； '遷由為一一基坑外側主動水上壓力、基坑內側被動水上壓力的標準值(kN); 蒂這、塞》--分別為基坑外側主動水±壓力、基坑內側被動水±壓力的合力作用點至 粧底端的距離(m); G一一雙排粧、粧頂連梁和粧間±的自重之和(kN); -雙排粧、粧頂連梁和粧間±的重屯、至前排粧邊緣的水平距離(m)。
[0006] 本發明改進后的雙排粧支護結構抗傾覆穩定性計算公式推導過程如下(計算簡圖 見圖2): (1)基坑主動側水±壓力傾覆力矩晏被動側水±壓力抗傾覆力矩^霉、雙排粧 支護體系自重抗傾覆力矩括馬;按現行行業標準《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012或者 湖北省《基坑工程技術規程》DB42/T159-2012中計算公式計算。
[0007] (2)根據勘察報告提供的地層物理力學參數，確定各±層的重度;r、粘聚力接和內 摩擦角斬-，根據上壓力理論計算主動上壓力超:； 則深度z處±體對后排粧的摩擦力：
； 后排粧抗拔義
由于±體對前排粧的摩擦力對雙排粧支護結構傾覆轉動點的力臂等于0,因此，前 排粧抗壓、后排粧抗拔力所提供的抗傾覆力矩為巧曰簽，其中
馬為雙排粧排距；t/ 為粧的直徑。
[000引（3)根據場地實際地下水位的監測，確定基坑內地下水水位hwi和基坑外地下水水 位hw2,當粧底位于透水性好的粉±、粉砂或卵石等±層，地下水對雙排粧支護結構的浮力 化^1+11^2)/2，水±壓力宜采用水±分算原則計算，±的抗剪強度指標采用有效應力強度 指標;當粧底位于透水性差的黏性±或老黏±等±層，地下水對雙排粧支護結構的浮力 0，水±壓力宜采用水±合算原則計算，±的抗剪強度指標采用總應力強度指標； 貝IJ地下水浮力傾覆力矩為撫,'.S -滿。
[0009] (4)改進后的雙排粧支護結構抗傾覆穩定性安全系數方法計算公式為：
式中
一一改進的抗傾覆穩定性安全系數； 渠8、瑪--基坑外側主動水上壓力、基坑內側被動水上壓力的標準值化N); 為、瑪一一分別為基坑外側主動水上壓力、基坑內側被動水上壓力的合力作用點至 粧底端的距離(m); G一一雙排粧、粧頂連梁和粧間±的自重之和(kN); 之&一一雙排粧、粧頂連梁和粧間±的重屯、至前排粧邊緣的水平距離(m); 公m--地下水浮力化N);粧底位于地下水位W上或隔水層中，/Zm=O;粧底位于含水層 中，An =化wl+hw2)/2; %----后排粧抗拔力(kN); 每一雙排粧排距(m); d一一粧的直徑(m)。
【附圖說明】
[0010]圖巧本發明雙排粧支護結構示意圖。
[0011] 圖2為本發明計算簡圖。
【具體實施方式】
[0012] 如圖1所示，雙排粧基坑支護結構包括前排粧1、后排粧2、粧頂連梁3、粧間±4。
[0013] 本發明的實施步驟是：首先按現行行業標準《建筑基坑支護技術規程》JGJ120- 2012或者湖北省《基坑工程技術規程》DB42/T159-2012中計算公式計算基坑主動側水±壓 力傾覆力矩、被動側水±壓力抗傾覆力矩、雙排粧支護體系自重抗傾覆力矩 GAs;其次計算前排粧抗壓、后排粧抗拔力偶抗傾覆力矩％-.遐，然后計算地下水浮力傾覆 力矩媒-^-23;最后計算改進的雙排粧支護結構抗傾覆安全系數^^;，得到的計算解析式 為： 技術效果評價
(1)工程案例驗算 采用中南勘察設計院(湖北)有限責任公司開發的中勘之星雙排粧計算軟件V2.0進行 抗傾覆安全系數計算。利用現行行業標準《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012或者湖北 省《基坑工程技術規程》DB42/T159-2012雙排粧支護結構抗傾覆穩定性規定和本發明所述 計算方法分別計算武漢地區雙排粧工程抗傾覆安全系數，按下式定義本發明所述計算方法 雙排粧支護結構抗傾覆安全系數變幅P:
式中一一改進的抗傾覆穩定性安全系數； 一一抗傾覆穩定性安全系數。
[0014] 表1雙排粧支護結構抗傾覆安全系數結果表 (2)技術效呆評價
從W上=個工程實例驗算結果來看，相比現行行業標準《建筑基坑支護技術規程》 JGJ120-2012W及湖北省《基坑工程技術規程》DB42/T159-2012中的計算方法，本發明所提 出的計算解析式所得到的雙排粧支護結構抗傾覆安全系數數值可提高20%~55%，克服了實 際工程中所設置的粧長過長，造成工程浪費的缺點。本發明具有W下優點： (1)計算簡便、成本低:本發明忽略地下水滲流對支護結構傾覆安全系數計算的影響， 地下水浮力按凈水壓力簡化計算，使得考慮地下水的影響較為簡便，計算成本低。
[0015] (2)結果合理、可靠性強：雙排粧支護結構抗傾覆穩定性計算方法的基本假設清 晰，推導過程嚴格，對影響雙排粧支護結構抗傾覆穩定性的主要因素均予W考慮，并且通過 多個工程實例進行驗證，表明本發明提出的雙排粧支護結構抗傾覆穩定性計算公式完全可 W滿足工程精度要求，可靠性強。
[0016] (3)節約資源、方案經濟合理:本發明所述計算方法計算的雙排粧支護結構抗傾覆 安全系數克服了粧長過長，造成工程浪費的情況，相比于采用現行行業標準《建筑基坑支護 技術規程》JGJ120-2012或者湖北省《基坑工程技術規程》DB42/T159-2012中的計算方法，所 設計的雙排粧支護方案更為經濟合理。
[0017] (4)易于推廣應用、具有較大的實際應用價值:正是由于本發明計算簡便、結果合 理、可靠性強、計算成本低、設計方案經濟合理，使得該雙排粧支護結構抗傾覆穩定性計算 方法容易被工程技術人員推廣使用，實際應用價值巨大。
【主權項】
1. 一種雙排粧支護結構抗傾覆穩定性計算方法，所述雙排粧基坑支護結構包括前排 粧、后排粧、粧頂連梁和粧間土，基于現行規范中雙排粧支護結構抗傾覆安全系數計算方法 的基礎上，考慮前排粧抗壓、后排粧抗拔力偶和地下水浮力對雙排粧支護結構抗傾覆安全 系數影響的進行計算； 所述方法包括以下步驟： (1)基坑主動側水土壓力傾覆力矩#、被動側水土壓力抗傾覆力矩1??、雙排粧支 護體系自重抗傾覆力矩GZ5J按現行行業標準《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012或者湖 北省《基坑工程技術規程》DB42/T159-2012中計算公式計算； 其中忌為基坑外側主動水土壓力的標準值為基坑內側被動水土壓力的標準值 (kN)、忑為基坑外側主動水土壓力的合力、焉基坑內側被動水土壓力的合力、?；為雙排粧、 粧頂連梁和粧間土的自重之和、:2?為雙排粧、粧頂連梁和粧間土的重心至前排粧邊緣的水 平距離； (2 )計算前排粧抗壓、后排粧抗拔力偶抗傾覆力矩 根據勘察報告提供的地層物理力學參數，確定各土層的重度F、粘聚力:?和內摩擦角 ..1?.:，根據土壓力理論計算主動土壓力:?.:; 則深度z處土體對后排粧的摩擦力+?，其中離:=_〗《; 后排粧抗拔力由于土體對前排粧的摩擦力對雙排粧支護結構傾覆轉動點的力臂等于〇,因此，前排 粧抗壓、后排粧抗拔力所提供的抗傾覆力矩）％為雙排粧排距；c/ 為粧的直徑； (3) 計算地下水浮力傾覆力矩 根據場地實際地下水位的監測，確定基坑內地下水水位hwi和基坑外地下水水位hW2，當 粧底位于透水性好的粉土、粉砂或卵石等土層，地下水對雙排粧支護結構的浮力A= (hwl+ hw2)/2,水土壓力宜采用水土分算原則計算，土的抗剪強度指標采用有效應力強度指標；當 粧底位于透水性差的黏性土或老黏土等土層，地下水對雙排粧支護結構的浮力A=O，水土 壓力宜采用水土合算原則計算，土的抗剪強度指標采用總應力強度指標;則地下水浮力傾 覆力矩為A s 1...?; (4) 計算雙排粧支護結構抗傾覆安全系數I二
【文檔編號】G06F17/50GK106021753SQ201610359320
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】李松, 馬鄖, 張德樂, 劉佑祥, 張曉玉, 王奎, 龍曉東, 程莉, 朱佳, 范曉峰, 郭運, 張楊, 羅春雨, 易麗麗, 孫盼, 倪欣, 余舜
【申請人】中南勘察設計院（湖北）有限責任公司