一种双排桩支护结构抗倾覆稳定性计算方法
【专利摘要】本发明涉及一种双排桩支护结构抗倾覆稳定性计算方法，针对双排桩基坑支护结构（包括前排桩1、后排桩2、桩顶连梁3、桩间土4），提出了一种可考虑前排桩抗压、后排桩抗拔力偶和地下水浮力影响的双排桩基坑支护结构抗倾覆稳定性计算方法，并推导出了相应的解析式。该方法克服了现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120?2012以及湖北省《基坑工程技术规程》DB42/T159?2012中双排桩支护结构抗倾覆计算方法引起的桩长过长，造成工程浪费的缺点。工程案例验算表明，同条件下，使用本发明所论述的方法计算双排桩支护结构抗倾覆稳定性，相比于现行规范，安全系数可提高20%~55%。本发明提供的计算方法可靠性高、结果合理且简单易行、计算成本低、设计方案经济合理。
【专利说明】
-种双排巧支护结构抗倾覆稳定性计算方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种双排粧支护结构抗倾覆稳定性计算方法，适用于采用双排粧支护的基 坑工程抗倾覆安全系数的计算。
【背景技术】
[0002] 与悬臂支护单粧相比，双排粧支护体系具有整体刚度大，粧顶位移小，能自动调节 结构本身的内力使之在复杂多变的外荷载作用下保持稳定安全等优点。基坑开挖深度较大 或场地±层软弱，悬臂支护单粧的抗弯刚度不能满足变形控制要求时，多采用双排粧支护 体系。采用现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012W及湖北省《基坑工程技术 规程》DB42/T159-2012中的计算方法，常常出现计算的双排粧抗支护结构倾覆安全系数较 小，不满足规范的要求，需增加双排粧粧长，而实际工程中双排粧发生倾覆破坏的情况非常 少。因此，采用现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012W及湖北省《基坑工程 技术规程》DB42/T159-2012中的双排粧支护结构抗倾覆安全计算方法，为满足规范要求，而 需增加双排粧粧长，势必造成浪费，有必要改进现有规范中双排粧支护结构抗倾覆安全系 数计算方法。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的问题是提供一种双排粧支护结构抗倾覆稳定性计算方法，该方 法计算简便、成本低、结果合理、可靠性高、易于推广应用。
[0004] 本发明的技术解决方案是:针对双排粧支护结构抗倾覆安全系数的计算推导，需 作如下假定： (1) 假设双排粧基坑支护结构倾覆失稳W前排粧靠基坑侧粧底为转动点，该假定与现 行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012W及湖北省《基坑工程技术规程》DB42/ T159-2012的规定一致； (2) 忽略地下水渗流对双排粧支护结构倾覆安全系数计算的影响，地下水浮力按静水 压力简化计算。
[0005] 现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012与湖北省地方标准《基坑工 程技术规程》DB42/T159-2012中对双排粧支护结构抗倾覆稳定性的计算方法一致，其计算 解析式为：
式中： 区一一抗倾覆稳定性安全系数； '遷由為一一基坑外侧主动水上压力、基坑内侧被动水上压力的标准值(kN); 蒂这、塞》--分别为基坑外侧主动水±压力、基坑内侧被动水±压力的合力作用点至 粧底端的距离(m); G一一双排粧、粧顶连梁和粧间±的自重之和(kN); -双排粧、粧顶连梁和粧间±的重屯、至前排粧边缘的水平距离(m)。
[0006] 本发明改进后的双排粧支护结构抗倾覆稳定性计算公式推导过程如下(计算简图 见图2): (1)基坑主动侧水±压力倾覆力矩晏被动侧水±压力抗倾覆力矩^霉、双排粧 支护体系自重抗倾覆力矩括馬;按现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012或者 湖北省《基坑工程技术规程》DB42/T159-2012中计算公式计算。
[0007] (2)根据勘察报告提供的地层物理力学参数，确定各±层的重度;r、粘聚力接和内 摩擦角斬-，根据上压力理论计算主动上压力超:； 则深度z处±体对后排粧的摩擦力：
； 后排粧抗拔义
由于±体对前排粧的摩擦力对双排粧支护结构倾覆转动点的力臂等于0,因此，前 排粧抗压、后排粧抗拔力所提供的抗倾覆力矩为巧曰签，其中
馬为双排粧排距；t/ 为粧的直径。
[000引（3)根据场地实际地下水位的监测，确定基坑内地下水水位hwi和基坑外地下水水 位hw2,当粧底位于透水性好的粉±、粉砂或卵石等±层，地下水对双排粧支护结构的浮力 化^1+11^2)/2，水±压力宜采用水±分算原则计算，±的抗剪强度指标采用有效应力强度 指标;当粧底位于透水性差的黏性±或老黏±等±层，地下水对双排粧支护结构的浮力 0，水±压力宜采用水±合算原则计算，±的抗剪强度指标采用总应力强度指标； 贝IJ地下水浮力倾覆力矩为撫,'.S -满。
[0009] (4)改进后的双排粧支护结构抗倾覆稳定性安全系数方法计算公式为：
式中
一一改进的抗倾覆稳定性安全系数； 渠8、瑪--基坑外侧主动水上压力、基坑内侧被动水上压力的标准值化N); 為、瑪一一分别为基坑外侧主动水上压力、基坑内侧被动水上压力的合力作用点至 粧底端的距离(m); G一一双排粧、粧顶连梁和粧间±的自重之和(kN); 之&一一双排粧、粧顶连梁和粧间±的重屯、至前排粧边缘的水平距离(m); 公m--地下水浮力化N);粧底位于地下水位W上或隔水层中，/Zm=O;粧底位于含水层 中，An =化wl+hw2)/2; %----后排粧抗拔力(kN); 每一双排粧排距(m); d一一粧的直径(m)。
【附图说明】
[0010]图巧本发明双排粧支护结构示意图。
[0011] 图2为本发明计算简图。
【具体实施方式】
[0012] 如图1所示，双排粧基坑支护结构包括前排粧1、后排粧2、粧顶连梁3、粧间±4。
[0013] 本发明的实施步骤是：首先按现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120- 2012或者湖北省《基坑工程技术规程》DB42/T159-2012中计算公式计算基坑主动侧水±压 力倾覆力矩、被动侧水±压力抗倾覆力矩、双排粧支护体系自重抗倾覆力矩 GAs;其次计算前排粧抗压、后排粧抗拔力偶抗倾覆力矩％-.遐，然后计算地下水浮力倾覆 力矩媒-^-23;最后计算改进的双排粧支护结构抗倾覆安全系数^^;，得到的计算解析式 为： 技术效果评价
(1)工程案例验算 采用中南勘察设计院(湖北)有限责任公司开发的中勘之星双排粧计算软件V2.0进行 抗倾覆安全系数计算。利用现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012或者湖北 省《基坑工程技术规程》DB42/T159-2012双排粧支护结构抗倾覆稳定性规定和本发明所述 计算方法分别计算武汉地区双排粧工程抗倾覆安全系数，按下式定义本发明所述计算方法 双排粧支护结构抗倾覆安全系数变幅P:
式中一一改进的抗倾覆稳定性安全系数； 一一抗倾覆稳定性安全系数。
[0014] 表1双排粧支护结构抗倾覆安全系数结果表 (2)技术效呆评价
从W上=个工程实例验算结果来看，相比现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》 JGJ120-2012W及湖北省《基坑工程技术规程》DB42/T159-2012中的计算方法，本发明所提 出的计算解析式所得到的双排粧支护结构抗倾覆安全系数数值可提高20%~55%，克服了实 际工程中所设置的粧长过长，造成工程浪费的缺点。本发明具有W下优点： (1)计算简便、成本低:本发明忽略地下水渗流对支护结构倾覆安全系数计算的影响， 地下水浮力按净水压力简化计算，使得考虑地下水的影响较为简便，计算成本低。
[0015] (2)结果合理、可靠性强：双排粧支护结构抗倾覆稳定性计算方法的基本假设清 晰，推导过程严格，对影响双排粧支护结构抗倾覆稳定性的主要因素均予W考虑，并且通过 多个工程实例进行验证，表明本发明提出的双排粧支护结构抗倾覆稳定性计算公式完全可 W满足工程精度要求，可靠性强。
[0016] (3)节约资源、方案经济合理:本发明所述计算方法计算的双排粧支护结构抗倾覆 安全系数克服了粧长过长，造成工程浪费的情况，相比于采用现行行业标准《建筑基坑支护 技术规程》JGJ120-2012或者湖北省《基坑工程技术规程》DB42/T159-2012中的计算方法，所 设计的双排粧支护方案更为经济合理。
[0017] (4)易于推广应用、具有较大的实际应用价值:正是由于本发明计算简便、结果合 理、可靠性强、计算成本低、设计方案经济合理，使得该双排粧支护结构抗倾覆稳定性计算 方法容易被工程技术人员推广使用，实际应用价值巨大。
【主权项】
1. 一种双排粧支护结构抗倾覆稳定性计算方法，所述双排粧基坑支护结构包括前排 粧、后排粧、粧顶连梁和粧间土，基于现行规范中双排粧支护结构抗倾覆安全系数计算方法 的基础上，考虑前排粧抗压、后排粧抗拔力偶和地下水浮力对双排粧支护结构抗倾覆安全 系数影响的进行计算； 所述方法包括以下步骤： (1)基坑主动侧水土压力倾覆力矩#、被动侧水土压力抗倾覆力矩1??、双排粧支 护体系自重抗倾覆力矩GZ5J按现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012或者湖 北省《基坑工程技术规程》DB42/T159-2012中计算公式计算； 其中忌为基坑外侧主动水土压力的标准值为基坑内侧被动水土压力的标准值 (kN)、忑为基坑外侧主动水土压力的合力、焉基坑内侧被动水土压力的合力、?；为双排粧、 粧顶连梁和粧间土的自重之和、:2?为双排粧、粧顶连梁和粧间土的重心至前排粧边缘的水 平距离； (2 )计算前排粧抗压、后排粧抗拔力偶抗倾覆力矩 根据勘察报告提供的地层物理力学参数，确定各土层的重度F、粘聚力:?和内摩擦角 ..1?.:，根据土压力理论计算主动土压力:?.:; 则深度z处土体对后排粧的摩擦力+?，其中离:=_〗《; 后排粧抗拔力由于土体对前排粧的摩擦力对双排粧支护结构倾覆转动点的力臂等于〇,因此，前排 粧抗压、后排粧抗拔力所提供的抗倾覆力矩）％为双排粧排距；c/ 为粧的直径； (3) 计算地下水浮力倾覆力矩 根据场地实际地下水位的监测，确定基坑内地下水水位hwi和基坑外地下水水位hW2，当 粧底位于透水性好的粉土、粉砂或卵石等土层，地下水对双排粧支护结构的浮力A= (hwl+ hw2)/2,水土压力宜采用水土分算原则计算，土的抗剪强度指标采用有效应力强度指标；当 粧底位于透水性差的黏性土或老黏土等土层，地下水对双排粧支护结构的浮力A=O，水土 压力宜采用水土合算原则计算，土的抗剪强度指标采用总应力强度指标;则地下水浮力倾 覆力矩为A s 1...?; (4) 计算双排粧支护结构抗倾覆安全系数I二
【文档编号】G06F17/50GK106021753SQ201610359320
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】李松, 马郧, 张德乐, 刘佑祥, 张晓玉, 王奎, 龙晓东, 程莉, 朱佳, 范晓峰, 郭运, 张杨, 罗春雨, 易丽丽, 孙盼, 倪欣, 余舜
【申请人】中南勘察设计院（湖北）有限责任公司