基坑宽度对基坑支护结构抗倾覆稳定性的影响
摘要: 本文首先基于Rankine的土压力理论和静力平衡法对基坑支护结构的抗倾覆稳定性进行了分析。以排桩加内支撑结构为研究对象，在考虑基坑宽度和地面荷载影响的抗倾覆稳定计算基础上，提出了基坑的分类标准，推导了排桩抗倾覆安全系数的计算公式桩支撑结构。最后，以JGJ120-2012技术规范和文献中的两个算例，应用该公式分析了基坑宽度和地面荷载对抗倾覆稳定性的影响。结果表明，技术规范和文献中所采用的基坑支护体系抗倾覆稳定性计算公式分别是本文推导公式在大开挖和无地面荷载条件下的特例，说明本文公式更具可行性。
关键词：开挖分类 开挖宽度 地面荷载 抗倾覆稳定性
1、介绍
经济的快速发展，促进和推动了大量的城市地铁、人防工程和地下综合管廊的建设，导致了越来越多的基坑开挖工程。然而，这些工程大多位于大城市，贯穿于居民区。小的施工场地使基坑开挖更加不利。对于这些工程，采用土钉或锚支护会影响到居民住宅、管道和沟外地下设施。因此，有必要采用排桩与内支撑相结合的支护形式。
在基坑工程中，许多施工实践中采用与支护桩埋深相同的排桩支护结构，其整体稳定性试验结果往往令人满意，但抗倾覆稳定性试验结果却达不到规范要求。在其他条件相同时，可适当缩短基坑支护桩的埋深。基坑开挖深度越深，基坑开挖槽宽度对稳定性的影响就应考虑到。因此，在设计基坑支护时，如果不按本文公式考虑基坑宽度对基坑抗倾覆稳定性和安全系数的影响，势必造成浪费。
近年来，一些学者对开挖宽度对其稳定性的影响进行了研究，He分析了宽大软土地基沟槽底部的成拱特征和形成机理，将底部土体分为强作用区、弱作用区和自由变形区，提出了土体强、弱作用区边界综合的划分方法。考虑开挖深度、支护结构插入率和土壤特性。Zhu以软土基坑工程为例，提出了一种利用被动土在联轴器界面上的压力来增加抗滑力矩并减小支护结构深度的方法，并考虑了窄边双向滑动面的联轴器效应。Ying基于传统的库仑平面土假设，建立了计算窄基坑刚性挡土墙上被动土压力的理论模型，并指出当被动土块宽度小于满足半无限土体和摩擦力的临界值时墙土夹角大于零，被动滑动破裂面倾角大于传统库仑被动滑动破裂面倾角，被动土压力大于经典库仑解。另外，开挖越窄，墙土摩擦角越大，被动土压力与经典库仑解之差也越大。根据Terzaghi的地基承载力理论，Wang等人导出了抗隆起稳定性安全系数的计算公式，提出了最小安全系数临界宽度的概念，给出了均质地基临界宽度的理论解。Wang在经典土压力理论的基础上，推导了抗倾覆稳定安全系数的计算公式。但只考虑了开挖宽度的影响，没有考虑开挖施工过程中地面荷载对倾覆稳定性的影响，在实际施工中，由建筑材料和机械堆放引起的地面荷载是不可忽略的。针对基坑所承受的地面荷载，Li基于Biot三维固结理论，研究了外荷载及其作用面积对水平支护结构位移、地表沉降和底土拱起的影响，发现荷载量对水平支护的影响较大结构位移、地表沉降和底土起拱，其应用范围对支护结构的水平位移和地表沉降影响较大，但对底土起拱影响较小。Wang和Cao以地铁车站基坑为例，研究了基坑边缘超载和基坑开挖对基坑变形破坏的影响，发现墙顶水平位移随着基坑余量的增大而不断增大。
在前人研究的基础上，本研究考虑了基坑宽度和地面荷载对支护结构抗倾覆稳定性的影响，根据朗肯土压力理论推导了新的抗倾覆稳定性计算公式，并结合工程实例，采用技术规范法和文献法对计算结果进行了比较。
2、基坑支护结构倾覆失稳分析
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