一种斜撑底部预留土方量计算方法和基坑支护施工方法技术

本发明专利技术涉及岩土工程领域，尤其涉及一种斜撑底部预留土方量计算方法和基坑支护施工方法。针对现有技术中基坑施工过程中斜撑底部预留土方的难以确定尺寸，支护体系存在较大不稳定的风险的缺陷，本发明专利技术根据基坑周边环境、土层性质针对性等环境参数，采用外力做功相等的方法进行求解预留土方上表面宽度B的实际值，实现了精确计算斜撑底部预留土方的量，从而对基坑的支护结构进行风险预期和管控，提高结构施工的安全性。施工的安全性。施工的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种斜撑底部预留土方量计算方法和基坑支护施工方法


[0001]本专利技术涉及岩土工程领域，尤其涉及一种斜撑底部预留土方量计算方法和基坑支护施工方法。

技术介绍

[0002]目前国内采用的基坑支护内支撑结构主要为水平支撑和坑内斜撑，对于平面尺寸较大、深度较浅的基坑大多采用坑内斜撑，斜撑材料大多采用钢管或组合型钢，为提供可靠的支座反力，支座设置于基坑底部，采用桩基础或利用中部先期施工的地下室底板提供支撑。现有斜撑技术的基坑土方采用“盆式”开挖方式，先开挖中部土方，边缘土方开挖至斜撑底附近进行放坡，待施加斜撑后再开挖斜撑下方的土体。目前技术存在如下问题：1、斜撑底部预留土方的设计对尺寸没有明确的标准要求，一直以来都是依靠行业经验。因此在实际工程应用中只能偏于保守，这不仅仅造成了工程工期的延误，也间接造成了资源和成本的浪费；2、预留土方的量的计算精度难以保证，施工过程中一旦预留土方量过少会造成支护桩变形过大，支护体系失效，存在较大不稳定的风险。

技术实现思路

[0003]为了解决上述现有技术中基坑施工过程中斜撑底部预留土方的难以确定尺寸，支护体系存在较大不稳定的风险的缺陷，本专利技术提出了一种斜撑底部预留土方量计算方法，可精确计算斜撑底部预留土方的量，大大提高斜撑底部预留土方的稳定性和斜撑支护的可靠性。
[0004]本专利技术采用以下技术方案：一种斜撑底部预留土方量计算方法，用于计算基坑施工过程中斜撑下方的预留土方的上表面宽度；所述计算方法包括以下步骤：S1、定义土契体，土契体为由预留土方上表面、预留土方斜面、设定的第一斜面和支护桩所在垂直面围成的土体；第一斜面上棱边为预留土方斜面的下棱边，第一斜面的下棱边经过土强度相等点且平行于第一斜面的上棱边；第一斜面的下棱边的一维投影点即为土契体的下支点；获取与地面之间的土体的加权平均摩擦角φ
m
、土契体的下支点至预留土方上表面的垂直距离H、预留土方的坡度θ和支护桩后方土体的土压力强度E
a
；S2、根据以下公式(Ⅰ)计算土契体的自重W；W=(2B+xcotθ)xr/2+(B+xcotθ)(H
‑
x)r/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅰ)x=(H
‑
x)/(tanβ+cotθ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅱ)β=45
°‑
φ
m
/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅲ)其中，B为预留土方的上表面宽度，x为预留土方的高度，r为土契体中各层土的重度的加权平均数；β为过渡值；
S3、构建力的功率平衡公式，即：Wv0cos(β
‑
φ)+v0cosφC(H
‑
x)/sinβ=E
p
v0sin(β
‑
φ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅳ)E
p
=f(w)E
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(
Ⅴ
)其中，W为土契体的自重，C为土契体的粘聚力；C(H
‑
x)/sinβ为第一斜面上的抗剪强度；φ为基坑底面至下支点之间土层的摩擦角的加权平均数，所述下支点即土强度相等点；v0为假定的功率速度；w表示支护桩桩顶的最大安全位移，w为设定值；f(w)为人工设定的安全系数；E
a
为支护桩后方土体的土压力强度，E
p
为支护桩后方土体的推动力；S4、联合公式(Ⅰ)(Ⅳ)计算预留土方的上表面宽度B。
[0005]优选的，S4中B的计算公式如下：B=[2E
p
tan(β
‑
φ)
ꢀ‑
2CHξ2‑
H2rξ3]/[Hr(ξ1+1) ]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(
Ⅹ
)ξ1=1/(tanβ+cotθ+1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(
Ⅹ
.Ⅰ)ξ2=(1
‑
ξ1)cosφ/[sinβcos(β
‑
φ)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(
Ⅹ
.Ⅱ)ξ3=ξ1cotθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(
Ⅹ
.Ⅲ)其中，ξ1、ξ2和ξ3均为过渡参数。
[0006]优选的：f(w)=1.2+0.624
×
e
‑
0.916w
ꢀꢀ (
Ⅵ
)其中，e表示自然常数。
[0007]优选的，加权平均摩擦角φ
m
的计算公式为：(
Ⅶ
)φ
i
为下支点以上土体中第i层土的摩擦角，φ
i
为测量值，h
i
为下支点以上土体中第i层土的厚度，n为下支点以上土体中土层的数量。
[0008]优选的，加权平均数r的计算公式为：(
Ⅷ
)其中，r
j
表示土契体中第j层土的重度，r
j
为测量值，h
j
表示土契体中第j层土的厚度，k为土契体中土体的层数。
[0009]优选的，加权平均数φ的计算公式为：(
Ⅸ
)其中，φ
g
为基坑底面至下支点之间第g层土的摩擦角度，h
g
为基坑底面至下支点之间第g层土的厚度，m为基坑底面至下支点之间的土层数量。
[0010]本专利技术还提出了一种基坑支护施工方法，采用上述计算方法基于预留土方的量，有利于提高施工质量和安全性。所述施工包括以下步骤：SA1、根据基坑的施工参数开挖基坑，在设计位置施工支护桩和支座，且支护桩和
支座相互平行设置；SA2、在支护桩的顶部施工冠梁，使得支护桩与冠梁连接，且冠梁设置在基坑顶部的施工场地上；SA3、开挖基坑内土方形成预留土方，预留土方的顶部与围檩的底部齐平，预留土方的底部与基坑底原状土齐平；预留土方上表面的宽度根据所述的斜撑底部预留土方量计算方法获得；预留土方的坡度等于预设的斜撑的倾斜角度；SA4、在预留土方的底部施工支座；在预留土方的顶部平台施工围檩；SA5、安装斜撑，斜撑的底部与支座连接，斜撑的顶部与围檩连接；SA6、开挖斜撑下方的预留土方至基坑底原状土。
[0011]本专利技术的优点在于：（1）本专利技术提出的一种斜撑底部预留土方量计算方法，可精确计算斜撑底部预留土方的量，从而对基坑的支护结构进行风险预期和管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种斜撑底部预留土方量计算方法，其特征在于，用于计算基坑施工过程中斜撑（7）下方的预留土方（25）的上表面宽度；所述计算方法包括以下步骤：S1、定义土契体（26），土契体（26）为由预留土方上表面（21）、预留土方斜面、设定的第一斜面和支护桩（1）所在垂直面围成的土体；第一斜面（23）上棱边为预留土方斜面的下棱边，第一斜面（23）的下棱边经过土强度相等点且平行于第一斜面（23）的上棱边；第一斜面（23）的下棱边的一维投影点即为土契体（26）的下支点（24）；获取下支点（24）与地面之间的土体的加权平均摩擦角φ
m
、土契体（26）的下支点至预留土方上表面的垂直距离H、预留土方的坡度θ和支护桩（1）后方土体的土压力强度E
a
；S2、根据以下公式(Ⅰ)计算土契体（26）的自重W；W=(2B+xcotθ)xr/2+(B+xcotθ)(H
‑
x)r/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅰ)x=(H
‑
x)/(tanβ+cotθ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅱ)β=45
°‑
φ
m
/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅲ)其中，B为预留土方的上表面宽度，x为预留土方的高度，r为土契体（26）中各层土的重度的加权平均数；β为过渡值；S3、构建力的功率平衡公式，即：Wv0cos(β
‑
φ)+v0cosφC(H
‑
x)/sinβ=E
p
v0sin(β
‑
φ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(Ⅳ)E
p
=f(w)E
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(
Ⅴ
)其中，W为土契体（26）的自重，C为土契体的粘聚力；C(H
‑
x)/sinβ为第一斜面（23）上的抗剪强度；φ为基坑底面（22）至下支点（24）之间土层的摩擦角的加权平均数，所述下支点（24）即土强度相等点；v0为假定的功率速度；w表示支护桩（1）桩顶的最大安全位移，w为设定值；f(w)为人工设定的安全系数；E
a
为支护桩（1）后方土体的土压力强度，E
p
为支护桩（1）后方土体的推动力；S4、联合公式(Ⅰ)(Ⅳ)计算预留土方的上表面宽度B。2.如权利要求1所述的斜撑底部预留土方量计算方法，其特征在于，S4中B的计算公式如下：B=[2E
p
tan(β
‑
φ)
ꢀ‑
2CHξ2‑
H2rξ3]/[Hr(ξ1+1)]
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡敏，朱海云，束冬青，陈钧，付春友，单灿灿，孙昌兴，王家瑞，刘贵强，吴晓昊，张涛，徐适，
申请(专利权)人：安徽省城建设计研究总院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：