[发明专利]一种桩撑式围护结构基坑坑边土体的沉降计算方法

说明书

一种桩撑式围护结构基坑坑边土体的沉降计算方法，包括以下步骤：（1）围护墙侧向变形影响区的确定；（2）桩撑围护结构系统总势能计算；（3）根据势能驻值定理推导₀值；（4）考虑粘性土及地面超载情况时围护结构变形计算；（5）根据围护结构侧向变形按修正Caspe算法计算坑外土体沉降。本发明的计算方法适用于基坑采用桩撑式围护结构时的计算。

技术领域

本发明涉及一种桩撑式围护结构基坑坑边土体的沉降计算方法，属岩土工程技术领域。

背景技术

基坑开挖过程中，随着对坑内土体的开挖，围护结构会在墙背土压力的作用下产生侧向变形,同时基坑周围地表也会产生相应的沉降。

目前计算基坑开挖引起地面沉降的方法大致有以下几种：经验方法、试验方法、数值分析、理论方法。由于基坑开挖引起地面沉降的原理较为复杂，目前的研究以经验方法、试验方法以及数值分析方法居多，而针对其变形机理的研究较为稀缺，因此研究基坑开挖引起地面沉降的理论计算方法，对于控制基坑开挖对周边环境的影响从而保护周边环境，具有重要的指导价值和应用意义。

一些学者已对围护墙的侧向变形与基坑外地表沉降之间的关系进行过研究，也有一些学者对围护墙的侧向变形理论进行了研究。但这些研究并没有针对桩撑式基坑工程中如何计算坑外地表沉降进行较为系统的分析。

综上所述，目前还没有一种基坑采用桩撑式围护结构时，可考虑基坑空间效应的坑外土体沉降的理论计算方法。

发明内容

本发明的目的是，针对国内相关方面的理论研究空白，提出一种桩撑式围护结构基坑坑边土体的沉降计算方法。

本发明实现的技术方案如下，一种桩撑式围护结构基坑坑边土体的沉降计算方法，包括以下步骤：

步骤1：围护墙侧向变形影响区的确定

墙后土体可分为塑性平衡区、弹性平衡区以及未受扰动区三个部分，如图1所示。可假设对数螺放线fdbc通过桩端，可得：

r₁＝D (2)

其中，r₀为oc长度；r₁为ob长度；r₂为od长度；D为围护墙插入深度即ob长度；

为推导方便，可将图1简化为图2。即将对数螺旋线eo、fdbc分别简化为通过o点及d点且斜率为tan(45°-Φ/2)的直线，可得：

其中，l_om指线段om的长度。

步骤2：桩撑围护结构系统总势能计算

基坑工程的围护结构在基坑开挖的过程中，会在土压力的作用下产生变形，系统势能增加，整个开挖过程结束后，系统趋于稳定，最后达到平衡状态。因此可运用最小势能原理对围护结构进行变形分析，即先通过基坑变形的经验规律构造围护结构变形曲线，在此基础上计算整个系统的势能表达式，根据势能驻值定理，得出围护结构的变形表达形式。

大量实测数据和数值结果表明，冠梁在基坑阴角处的线位移较小，但会产生较大转角，可将冠梁拐角处假定为固定支座，基坑开挖后产生弯曲和扭转，属约束扭转问题。冠梁变形具有明显空间效应，在矩形基坑拐角处，冠梁水平位移较小或不发生位移，最大值出现在基坑中部，简化模型如图3所示。

因此冠梁的变形曲线可表示为：

δ为距离基坑拐角x处的冠梁位移；δ₀为基坑中部冠梁向基坑内的位移，也是基坑中部顶桩的位移；l为基坑边长。