[发明专利]一种基坑支护设计方法

说明书

一种基坑支护设计方法，所述基坑支护包括围绕基坑的围护结构以及支撑在围护结构之间的内支撑，设计方法包括如下步骤：将单位宽度范围内的围护结构模拟为沿竖立方向的地基梁，将该地基梁沿竖向划分为多个梁单元，将围护结构两侧的地基土看做一系列竖向排列的土弹簧，围护结构的底部设置竖向支承约束；利用有限元方法进行结构计算，计算支护结构的变形情况以及土弹簧的弹性支撑力情况，载荷加载方式为随着向下挖掘，在已开挖区域解除开挖侧的土弹簧约束，并在非开挖侧施加主动土压力载荷；根据计算结果，解除受拉的土弹簧约束；再次运算，重复进行调整、计算，多次根据围护结构变形情况以及土弹簧的弹性支撑力情况调整模型，直受力状态满足要求。

技术领域

本发明涉及建筑领域，具体地说，涉及一种基坑支护设计方法。

背景技术

随着城市建设的快速发展，地下空间的利用越来越重视，对深基坑围护结构的要求也越来越严格。基坑支护主要是抵挡基坑外侧的土体，因而土压力的确定将是基坑支护计算的关键。朗肯土压力理论建立了墙背光滑情况下的墙背水平土压力公式，给出的土压力为线性分布；库伦土压力理论只给出了土压力的合力，并没有给出土压力的分布，实际应用过程中大多假设土压力为线性分布。随着工程建设的发展与技术的进步，对于土压力的分布和变化规律有了更迸一步的认识。

在基坑工程中，经典土压力理论计算的结果是极限值，即达到主动极限状态或被动极限状态的接触压力。当围护结构处于正常工作状态时，主动极限状态有时候达不到，而被动极限状态往往难以达到，此时的接触压力并不是极限状态值。工程经验表明，围护结构的刚度、内支撑刚度、以及围护结构的变形形态对土压力的分布和变化起控制作用。比如：当围护结构向坑内变形时，坑外表现为主动土压力；当对内支撑或锚杆施加预应力而导致围护结构向坑外变形时，坑外表现为被动土压力等等。因此正常工作状态下的基坑实际量测的变形、土压力、支撑轴力等通常与经典理论计算结果不完全一致。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种基坑支护设计方法，所述基坑支护包括围绕基坑的围护结构以及支撑在围护结构之间的内支撑，设计方法包括如下步骤：S1，将单位宽度范围内的围护结构模拟为沿竖立方向的地基梁，并将该地基梁沿竖向划分为多个梁单元，将围护结构两侧的地基土看做多个竖向排列的土弹簧，围护结构的底部设置竖向支承约束；S2，利用有限元方法进行结构计算，计算围护结构的变形情况以及土弹簧的弹性支撑力情况，其中，载荷加载方式为随着向下挖掘，在已开挖区域解除开挖侧的土弹簧约束，并在非开挖侧施加主动土压力载荷；S3，根据计算结果，解除受拉的土弹簧约束；S4，再次运算，重复进行步骤S2、步骤S3，多次根据围护结构变形情况以及土弹簧的弹性支撑力情况调整模型，直到围护结构的受力状态满足要求。

优选地，在步骤S3中，若开挖侧出现受拉的土弹簧，需在对应区域的开挖侧增加主动土压力，同时在非开挖侧去除主动土压力。

优选地，当某一区域的土弹簧压力超过被动土压力时，解除该区域的土弹簧约束，并施加该区域对应的被动土压力。

优选地，所述围护结构为板桩。

优选地，土弹簧刚度系数K的计算公式为：

E_δ是土弹簧的变形模量；

μ是土弹簧的泊松比；

w为与土弹簧竖向间隔以及围护结构宽度有关的形状系数。

优选地，土弹簧的变形模量E_δ和土弹簧的泊松比μ是通过压板实验获得的。

优选地，将步骤S4的最终计算结果与采用等值梁法的计算结果进行比较，以便进一步验证所述基坑支护设计方法的可靠性。