边坡上建筑物基础安全距离以及基础埋深的设计方法

摘要

本发明属于地基基础工程与边坡稳定技术领域，涉及边坡上建筑物基础安全距离以及基础埋深的设计方法。本发明步骤包括：首先，验算边坡在无荷载时的稳定程度是否满足相关规范要求，若不满足则进行边坡加固直至满足相关规范要求；其次，计算在较小基底压力时边坡稳定所需的基础安全距离；再次，若安全距离超出建筑红线之外，增大基础埋深以减小安全距离，计算在此基底压力下是否满足地基承载力要求，若不满足，增加基础埋深；然后，适当增加基底压力，重复上述两步；最后，绘制基础距坡顶安全距离以及埋深随基底压力变化表格。本发明利用极限分析上限法，确定了修建于边坡之上的建筑物基础安全距离以及基础埋深，为工程实际提供了设计参考和依据。

说明书

技术领域

本发明属于地基基础工程与边坡稳定技术领域，涉及一种边坡上建筑物基础安全距离以及基础埋深的设计方法。

背景技术

我国山区、林区丰富，这些地区常常面临建设用地资源匮乏问题，为合理利用土地，很多时候需要在边坡上修建建筑物来提高土地利用率。这是一个边坡稳定与地基基础工程结合的问题。在边坡上修建建筑物时，边坡的存在有降低地基承载力的影响，建筑物基础需要与坡顶有一个适当的安全距离。但基底压力较大时，保持边坡稳定所需要的安全距离过大，几乎失去了提高土地利用率的意义。基础埋深发挥着一个土体对建筑物的嵌固作用，增大埋深不仅可以对地基承载力起到修正提高的作用，而且可以明显减小基础与坡顶之间的安全距离。

当前，对于边坡稳定与地基承载力问题的研究已臻于成熟，但对修建于边坡上的建筑物安全问题的研究仍不够完善，在边坡-基础这个系统复杂的体系中，如何确定修建于边坡上建筑物合适的安全距离以及基础埋深对工程设计有着重要的指导作用，然而目前并没有高效有用的方法用于确定合适的安全距离以及基础埋深。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明提供了一种边坡上建筑物基础安全距离以及基础埋深的设计方法，其能有效解决目前工程设计中不能高效确定边坡上建筑物基础安全距离和基础埋深的问题。

本发明解决的技术问题采用的技术方案为，一种边坡上建筑物基础安全距离以及基础埋深的设计方法，包括如下步骤：

步骤(1)对于将要建设建筑物的边坡，验算该边坡在没有承受基底压力前的稳定程度是否满足相关规范，如不满足，需要进行边坡支护处理，使其达到规范要求；

步骤(2)选定施加的基底压力集合，记为其中，F_i<F_i+1,i＝1,2,…,N-1；通过不连续布局优化极限分析上限法计算在基底压力F_i时保证边坡稳定所需的基础安全距离d_i，其中i＝1,2,…N；

步骤(3)首先，若安全距离d_i超出建筑红线之外，通过增大基础埋深来减小安全距离d_i，使之满足设计要求，并记录此时的安全距离d_i，此时基础埋深记录为h_i；

然后，计算在此基底压力F_i下基础-边坡系统是否满足地基承载力要求，若不满足，通过继续增加上述基础埋深h_i以修正提高地基承载力，直至基础-边坡系统满足地基承载力要求，记录再次更新后的基础埋深h_i；

步骤(4)令i＝i+1，重复步骤(2)和步骤(3)，直至i＝N为止；

步骤(5)得到安全距离的集合和基础埋深的集合

步骤(6)绘制基础距坡顶安全距离以及基础埋深两者随基底压力变化的表格；

步骤(7)利用上述表格指导工程设计。

进一步地，所述规范是指《建筑边坡工程技术规范》GB 50330-2013。

进一步地，在步骤(2)中，安全距离d_i的确定采用如下公式进行min{Fs(F_i,d_i)}＝Fs₀，其中Fs为极限分析上限法计算所得安全系数，Fs₀为规范要求值。

本发明具有以下有益效果：本发明首先通过不连续布局优化(DLO)极限分析上限法建立数值模型，然后找到在基底压力逐渐增大过程中合适的基础安全距离以及基础埋深，最后绘制出基础距离坡顶的安全距离以及基础埋深两者随基底压力变化的表格，并用于指导工程设计，本发明确定基础安全距离和基础埋深的方法便捷、高效，对于工程实际的指导具有重要意义。

附图说明

图1是本发明所述边坡上建筑物基础安全距离以及基础埋深的设计方法的流程框图；

图2是不连续布局优化(DLO)极限分析上限法建立数值模型示意图；

图3是边坡与基础系统的失效模式图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例一：

如图1～图3所示，本发明所述的边坡上建筑物基础安全距离以及基础埋深的设计方法，包括如下步骤：

步骤(1)对于将要建设建筑物的边坡，验算该边坡在没有承受基底压力前的稳定程度是否满足相关规范，如不满足，需要进行边坡支护处理，使其达到规范要求；

步骤(2)选定施加的基底压力集合，记为其中，F_i<F_i+1,i＝1,2,…,N-1；通过不连续布局优化极限分析上限法计算在基底压力F_i时保证边坡稳定所需的基础安全距离d_i，其中i＝1,2,…N；安全距离d_i的确定采用如下公式进行min{Fs(F_i,d_i)}＝Fs₀，其中Fs为极限分析上限法计算所得安全系数，Fs₀为规范要求值；

步骤(3)随基底压力增大，保持边坡稳定所需的安全距离随之增大，首先，若安全距离d_i超出建筑红线之外，通过增大基础埋深来减小安全距离d_i，使之满足设计要求，并记录此时的安全距离d_i，此时基础埋深记录为h_i；

然后，计算在此基底压力F_i下基础-边坡系统是否满足地基承载力要求，若不满足，通过继续增加上述基础埋深h_i以修正提高地基承载力，直至基础-边坡系统满足地基承载力要求，记录再次更新后的基础埋深h_i；

步骤(4)令i＝i+1，重复步骤(2)和步骤(3)，直至i＝N为止；

步骤(5)得到安全距离的集合和基础埋深的集合

步骤(6)绘制基础距坡顶安全距离以及基础埋深两者随基底压力变化的表格；

步骤(7)利用上述表格指导工程设计。

进一步地，所述规范是指《建筑边坡工程技术规范》GB 50330-2013。

我国《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011规定：位于稳定土质边坡上的矩形基础，当基础底面边长小于或等于3m时，其基础底面外边缘线至坡顶的水平距离应符合下式要求，且不得小于2.5m:式中，b为基础宽度(m)，d为基础埋深(m)，β为边坡坡角(°)。

规范中只考虑了基础的几何形状对安全距离的影响，未考虑到最重要的因素上部结构所产生的基底压力的影响，存在不足。本发明按照基底压力的大小的不同得到更为合理的基础安全距离与埋深，总结出了方便实用的设计表格，为工程实际提供了参考和依据。

以下是本发明所述方法在某具体设计中的应用：

如图1所示，要在某粘性土边坡上建造12层住宅楼，坡高10米，土的重度γ＝20kN/m³，内摩擦角土的粘聚力c＝20.0kPa。

首先，按照极限平衡法中的简化毕肖普法计算得该边坡的安全系数Fs＝1.332，符合《建筑边坡工程技术规范》GB 50330-2013要求。

通过不连续布局优化(DLO)极限分析上限法建立的数学模型如图2所示，

为得到保证基础-边坡稳定的合适的基础安全距离与基础埋深，选取基底压力集合先在基底压力F₁＝160KPa时，得到安全距离d₁、基础埋深h₁，逐步增大基底压力，得到合适的基础安全距离d₂，……，d₁₅以及基础埋深h₂，h₃，……，h₁₅，图3为某一基底压力下，边坡与基础系统的失效模式图，汇总得到表1，如下：

表1.基础距坡顶安全距离以及埋深随基底压力变化表

荷载估算按20kN/m²层计算，即每层可产生20kPa的基底压力，得到基底压力为20*12＝240KPa，查表1，可得基础安全距离d＝67m，基础埋深h＝2.3m。在得到精确基底压力数值时，基础安全距离与基础埋深可按线性插值的方法在表1中得到。该实例可证明了本发明对于确定粘性土边坡上基础安全距离和埋深的便捷与高效，为工程设计提供了依据和参考。

以上所述为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书以及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。