无支护开挖

百科 2024-12-14 00:00 福建

无支护开挖即垂直开挖和放坡开挖，因这种开挖方式无需支护，非常经济，因而是设计时首先要考虑的开挖方式。

一、垂直开挖

该法适用于开挖深度不大、无地下水、基坑土质条件较好的场地。垂直开挖时坑壁自然稳定的最大临界深度H_e，可按下式估算

应用上式时应注意：

①坑壁由于吸水或失水等原因，一旦形成裂隙，公式不成立；

②基坑附近有超载时，应重新验算坑壁的稳定性；

③上式不适用于具有垂直节理的黄土及具有裂隙的胀缩性土。

二、放坡开挖

放坡坡度确定的合理与否,决定着坑壁的稳定性和挖方量大小，因此放坡坡度的取值是很重要的，一般可按表5-7确定。

另外，工程地质类比法也是一种有效的方法。通过对拟开挖场地和已有放坡开挖成功场地的岩土性质、地下水特征、所处自然环境、施工环境、开挖过程的相似性分析对比，可判断拟开挖场地坑壁的稳定性，选定放坡坡度。

对砂土和用砂填充的碎石土，坡高H≤5m，坡度按自然休止角确定；人工填土H≤3m，坡度按当地经验确定。

分级放坡时，应设置分级过渡平台，对深度大于4~5m的土质边坡，各级过渡平台的宽度为1.0~1.5m，岩石边坡过渡平台的宽度不小于0.5m，施工时应按上陡下缓原则(不超过110.75)。小于5m的土质边坡可不设过渡平台，必要时台宽可选0.6~1.0m。放坡时，最好采用极限平衡法验算其稳定性，以充分保证安全的可靠程度。

三、土坡稳定性分析方法

对土坡进行稳定分析计算常用条分法。在此法中，先假定若干可能的剪切面——滑裂面。然后将滑裂面以上土体分成若干垂直土条，对作用于各土体上的力进行力与力矩的平衡分析，求出在极限平衡状态下土体稳定的安全系数，并通过一定数量的试算，找出最危险滑裂面位置及相应的最低安全系数。

1、瑞典圆弧滑动法

瑞典圆弧滑动法(简称瑞典法或费伦纽斯法)是条分法中最古老而又最简单的方法。除了假定滑裂面是个圆柱面(剖面里上是个圆弧)外，该法还假定每一土条两侧条间力合力方向均和该土条底面相平行，而且大小相等、方向相反，因此在考虑力和力矩平衡条件时可互相抵消，然而，牛顿“作用力等于反作用力”的原理在两土条之间并不满足，对安全系数的结果，这样造成的误差有时可高达60%以上。

2、毕肖普(Bishop)法

由于瑞典法略去了条间力的作用，因此严格地说，对每一土条力的平衡条件是不满足的，对土条本身的力矩平衡也不满足，只满足整个土体的力矩平衡条件。由此产生的误差，一般使求出的安全系数偏低10%~20%,这种误差随着滑裂面圆心角和孔隙压力的增大而增大。毕肖甫(Bishop AN)于1955年提出一个考虑土条侧面力的土坡稳定分析方法，称毕肖甫法。

与瑞典条分法相比，简化毕肖甫法是在不考虑条块间切向力的前提下，满足力多边形闭合条件，就是说，隐含着条块间有水平力的作用，虽然在竖向力平衡公式中水平作用力未出现。所以它的特点是：

(1)满足整体力矩平衡条件;

(2)考虑了各条块力的多边形闭合条件但不满足条块的力矩平衡条件;

(3)假设条块间作用力只有法向力没有切向力;

(4)满足极限平衡条件。

由于考虑了条块间水平力的作用，得到的安全系数较瑞典条分法高一些。很多工程计算表明，毕肖甫法与较严格的极限平衡分析法，即满足全部静力平衡条件的方法相比，计算结果甚为接近。由于计算不很复杂，精度较高，所以是目前工程中很常用的一种方法。

3、安全系数F_s的取值

对基坑边坡而言，最小安全系数F_s的取值应视土参数试验方法和基坑规模条件选用。对三级基坑选F_s=1.25，二级基坑选F_s=1.3，一级基坑选F_s=1.43。

参考文献：

1、《深基坑工程优化设计》秦四清等

2、《土力学》清华大学

土木风雨

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