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​基坑变形计算之经验估算方法介绍

516 2021-03-15 17:48:41


基坑变形有支挡结构水平位移、坑内土体的隆起、坑外地面沉降和水平变形,以及周边环境(包括周边建筑物、地下管线沟等)的变形等等。


目前,基坑变形计算主要有经验估算和数值分析两种方法,经验估算是在理论假设的基础上,通过对实际观测数据和数值分析结果进行拟合得到半经验性结果,或者直接由大量实测结果进行统计提出经验估算指标;数值分析主要是指上节介绍的杆系有限元法和连续介质有限元法。本文简单介绍经验估算方法。


  • 支挡结构水平位移

支挡结构的水平变形形态主要有三种,分别是悬臂式位移、抛物线型位移以及这两形态的组合位移,见图 4.9;当墙趾进入硬土层或风化岩层时,支挡结构底部基本没有位移,墙趾处于软土中且嵌固深度较小时,墙趾将出现较大变形。


悬臂式结构的最大水平位移发生在结构顶部,有支撑(锚杆或内支撑)支挡结构的最大水平位移位置一般都位于开挖面附近,随着开挖深度的增大有所上移,同时与支撑设置道数、位置、嵌固段土体的软硬程度以及嵌固深度等因素有关。


支挡结构最大水平位移估算的经验方法有两种,其一是通过大量实测统计,建立支挡结构水平位移和坑外地面沉降实测值与基坑开挖深度的关系,以此粗略的估算拟开挖基坑的水平位移和坑外地面沉降。其二,工程实践表明,支挡结构最大水平位移8.m与坑底抗隆起稳定系数存在一定的关系,同时,坑外地面最大沉降δ与δm也有一定的关系,通过实测和有限元分析建立此类关系并考虑相关影响因素,只要计算出抗隆起稳定系数,就可以按经验估算坑外地面最大沉降与支挡结构最太水平位移。

  • 坑外地表沉降

由于坑内土体的开挖破坏了原来的平衡状态,支挡结构向坑内位移,必然导致坑外土体中的应力释放并取得新的平衡,引起坑外土体产生水平和竖向位移,土体竖向位移的总和就是地表沉降。典型的地表沉降曲线有指数曲线、抛物线以及三角形曲线,见图4.10。


其二是将支挡结构变形和坑外土体的沉降联系起来,如图 4.10 所示,假定支挡结构的侧移面积与坑外地表沉降面积存在一定的关系,以比率预估地表沉降,具体计算方法如下∶

(1)采用杆系有限元法计算支挡结构的变形曲线,并计算出变形曲线和初始轴线之间的面积,这就是支挡结构的侧移面积S1;


式中c根据具体开挖深度、支护结构形式、地质条件、是否采用降水以及施工条件的好坏按经验取值,一般取 c= 1.0~2.5。


以上是按三角形沉降曲线为例进行的计算,可称为三角形法,相应就有指数法和抛物线法。


以上述方法得到的地表沉降经验值δ.并没有考虑周围建(构)筑物存在的影响,但可以用来间接评估基坑开挖引起周围环境(如周边建筑以及地下管线沟)的附加变形。


  • 坑底隆起变形

由于土体的开挖,原开挖深度上的土体自重应力被卸除,导致坑底可能产生回弹隆起;另外,支挡结构的变形对坑内土体有挤推作用,也可能造成坑底隆起。


基坑底部隆起主要发生在软土地区,从十余个实际工程的监测数据看,当支挡结构埋深范围内的土为可塑至硬塑甚至坚硬状态时,基本没有隆起现象。


软土地区基坑隆起量的估算方法可根据土体的回弹模量,模拟卸荷过程,参照地基沉降计算公式进行估算。