一种基于坑底承压水的基坑墙底抗隆起稳定性的计算方法

摘要

本发明提供了一种基于坑底承压水的基坑墙底抗隆起稳定性的计算方法，在基坑墙底抗隆起理论计算的基础上，引入承压水对土体自重的作用效应，根据不同情况建立特征模型，结合承压水的影响拟合基坑墙底稳定性的计算公式。本发明主要是作为基坑墙底稳定性计算的一种补充，通过分析围护墙底相对承压水层不同位置，建立相应的计算公式，以改善常规基坑墙底稳定性中没有考虑承压水的影响的不足。与常规计算方法相比，本发明理论计算贴合实际，与实际工程项目现场监测表现一致，弥补了传统计算方法忽略承压水作用的不足，不仅体现在理论上的补充，也合理考虑的工程建设中的关于安全的迫切性要求。

说明书

技术领域

本发明基于承压水的作用机理研究基坑墙底的抗隆起稳定性，着重分析坑底承压水对软土地区基坑墙底的稳定性影响，具体为一种基于坑底承压水的基坑墙底抗隆起稳定性的计算方法。

背景技术

近年来，伴随着我国工程建设的飞速发展，基坑工程的建设也大量涌现，其中基坑的墙底抗隆起验算是设计中一项关键的技术指标。当前，此类计算方法普遍采用Terzaghi公式和Prandtl公式的方法，其中又以Prandtl公式的方法计算较为保守，规范中主要采用此种计算方法。但根据大量的工程实例可知，尤其在软土地区，当满足当前规范的计算要求的情况下，有些工程反而会出现墙底稳定性问题，主要影响因素表现在基坑坑底存在承压水，说明在此类工程中承压水对墙底的稳定性影响没有得到充分的认识。

传统的基坑墙底稳定性计算只考虑了地下水位以下土体的浮重，当存在坑底存在承压水时没有充分考虑到其对墙底土体自重的影响。本发明旨在提供一种理论计算方法，该专利所提出的计算方法充分考虑了坑底承压水的作用，显著突出了工程建设的安全性原则；其次，该方法立意明确，与实际工程问题的出现及处置相符，利于类似工程的借鉴和推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于坑底承压水的基坑墙底抗隆起稳定性的计算方法，是为了解决当前基坑墙底稳定性计算的不足而提供的一种有效的替代计算分析方法，特别适用于基坑坑底存在承压水的软土地区。

本发明的目的可以通过以下方法来实现：一种基于坑底承压水的基坑墙底抗隆起稳定性的计算方法，其特征在于：在基坑墙底抗隆起理论计算的基础上，引入承压水对土体自重的作用效应，根据基坑围护墙体在承压水层以上、基坑围护墙体位于在承压水层中、和基坑围护墙体穿过承压水层三种不同情况建立特征模型，结合承压水的影响拟合基坑墙底稳定性的计算公式。

进一步地，当基坑围护墙体在承压水层以上时，基于基坑特点建立墙底抗隆起模型，

当γ

式中：γ

γ

γ

γ

γ

γ

H

d—围护桩底到承压水层顶之间的距离；

H—基坑开挖深度(m)；

D—围护墙在基坑开挖面一下的入土深度；

q

N

c

当γ

进一步地，当基坑围护墙体位于在承压水层中时，基于基坑特点建立墙底抗隆起模型，墙底抗隆起稳定性安全系数为

式中：γ

γ

γ

γ

γ

H—基坑开挖深度(m)；

D—围护墙在基坑开挖面一下的入土深度；

q

N

c

h

h

进一步地，当基坑围护墙体穿过承压水层时，基于基坑特点建立墙底抗隆起模型，承压水层顶减小的水压力γ

本发明详细分析了基坑围护墙底相对在承压水层不同位置的稳定性计算，根据不同情况建立特征模型，引入承压水层相对墙底以上土层的作用效应，结合承压水的影响拟合基坑墙底稳定性的计算公式，在分析计算中不仅考虑了坑内外的土体自重，也充分考虑了承压水对墙底稳定性的不利作用。拟合建立的计算公式充分考虑了承压水对基坑墙底的稳定性影响，在合理考虑承压水层作用的情况下，有效降低了工程计算设计风险，同时也保证了工程的安全。本发明主要适用于软土地区存在承压水的基坑，其围护墙底稳定性计算结果较传统计算结果保守，确保了工程的安全性要求，明确了本方法可以作为传统计算方法的有效补充。

本发明主要是作为基坑墙底稳定性计算的一种补充，通过分析围护墙底相对承压水层不同位置，建立相应的计算公式，以改善常规基坑墙底稳定性中没有考虑承压水的影响的不足。与常规计算方法相比，本发明理论计算贴合实际，与实际工程项目现场监测表现一致，弥补了传统计算方法忽略承压水作用的不足，不仅体现在理论上的补充，也合理考虑的工程建设中的关于安全的迫切性要求。

附图说明

图1为围护墙底未达承压水层顶的基坑典型剖面。

图2为围护墙底插入承压水层的基坑典型剖面。

图3为围护墙底穿过承压水层的基坑典型剖面。

具体实施方式

下面根据本发明的具体实施例对本发明进行详细描述。

当存在坑底存在承压水时应充分考虑到其对墙底土体自重的影响，在传统基坑墙底抗隆起理论计算的基础上，引入承压水对土体自重的作用效应，分不同情况建立特征模型，结合承压水的影响拟合基坑墙底稳定性的计算公式。

1.当基坑围护墙体在承压水层以上时，基于基坑特点建立墙底抗隆起模型，如图1所示。

当γ

式中：γ

γ

γ

γ

γ

H

H—基坑开挖深度(m)；

D—围护墙在基坑开挖面一下的入土深度(m)；

q

N

c

当γ

2.当基坑围护墙体位于在承压水层中时，基于基坑特点建立墙底抗隆起模型，如图2所示。

墙底抗隆起稳定性安全系数为

式中：γ

h

h

其余参数意义同公式(1)。

3.当基坑围护墙体穿过承压水层中时，基于基坑特点建立墙底抗隆起模型，如图3所示。

承压水层顶减小的水压力γ

工程实例计算分析

工程实例①：以赵锡宏(1996年)总结的上海某基坑实测数据为例，该基坑开挖深度为H＝12.65m，桩排入土深度为D＝13.35m，坑底不透水层为16.4m，其下为承压水层，承压水头高度为H

工程实例②：以李镜培(2012年)总结的上海某地铁车站基坑为例，挖深H＝10m，地下连续墙入土深度D＝8m，坑底不透水层为8.63m，其下为承压水层，承压水头高度为H

工程实例③：以吕波(2018年)总结的南宁某地铁车站基坑为例，挖深H＝17.3m，钻孔灌注桩入土深度D＝5m，坑底不透水层为12.0m，其下为承压水层，承压水头高度为H

计算比较详见表1，针对不同实例的处理参见表2。

表1传统计算方法和改进方法对比表

注：1、此处γ

2、实例①和②按上海规范验算，实例③按全国规范验算。

表2降压处理

由表1可知，工程实例①在传统计算方法下，基坑安全系数为3.4，大于基坑要求的2.5，传统方法的计算下是安全的；但当采用改进的公式(1)时，计算得出的安全系数为1.89，小于规范的最低要求，此时就要考虑对承压水进行降压处理。工程实例②在传统计算方法下，基坑安全系数为4.38，大于基坑要求的2.0，传统方法的计算下是安全的；但当采用改进的公式(1)时，计算得出的安全系数为0.34，远远小于规范的最低要求，此时承压水的处理就是一项关键安全因素。工程实例③在传统计算方法和改进方法计算情况下均能满足规范安全设计要求，按公式(1)计算得到的安全系数较传统方法变化不大，结合该实例土质情况主要表现为砂质泥岩，说明本发明的改进方法在软土地区的应用较硬土地区的作用效应较为显著。

经本方法验算需进行降压处理的部分，表2提供了承压水降深的参考值。经计算比较可知，承压水对基坑墙底的稳定性影响较为显著，在基坑设计时，应充分考虑承压水的影响，当采用本发明的计算方法时，可以有效考虑承压水的影响，相较与传统方法，对基坑的安全性评估考虑的更为充分，进而证明了本方法在基坑墙底抗隆起稳定性验算中是适用且相当重要的。

结论

(1)伴随着基坑工程建设规模的越来越大，基坑工程的安全要求也越来越严格，其中尤其是针对软土地区坑底存在承压水层的工程最为突出。本发明在传统的基坑墙底抗隆起稳定性的计算理论方法的基础上，引入了坑底承压水的影响，突破了传统理论计算的不足，提供一种可行的理论计算方法。

(2)本发明结合具体工程实例进行验证，其结果表明，采用本发明的计算方法进行基坑墙底抗隆起稳定性计算能够充分考虑坑底承压水的作用，而且计算结果也与工程实例现场监测结果相符。与传统方法相比较，采用本发明的计算理论方法可以有效的降低基坑安全风险，进而可以避免不必要的的工程事故发生，具有切实可行性。