[發明專利]一種土巖結合基坑吊腳樁支護結構的設計方法

在審

• 申請號: 202211148951.4
• 申請日: 2022-09-21
• 公開（公告）號: CN115455711A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 陳斌;尤涵銳;謝亮;李春磊;吳琪;葉子航;劉紹卿;楊光煜;謝佳海;潘中祺
• 申請（專利權）人: 中冶武勘工程技術有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 楊宣仙

本發明提出了一種土巖結合基坑吊腳樁支護結構的設計方法，所述吊腳樁支護結構包括支護樁以及坑內預留巖肩，設計方法包括以下步驟：借助有限元軟件建立半無限巖體及實際有限巖體模型，施加均布荷載作用于巖體模型上，計算巖體水平抗力系數并比較得到有限巖體的折減系數，設計時將折減系數代入規范方法中計算有限巖體的水平抗力系數；利用理正深基坑軟件完成支護樁位移、被動抗力安全系數、抗傾覆、抗滑移驗算，確定適宜嵌巖深度，根據軟件計算出的剪力和彎矩確定樁身配筋；驗算樁前預留巖肩的抗剪、抗拉承載力，確定巖肩寬度。本發明充分考慮樁前預留巖肩的被動抗力作用，可有效減短支護樁嵌巖深度，節省支護成本，具有一定的經濟效益。

技術領域

本發明涉及巖土工程技術領域，具體涉及一種土巖結合基坑吊腳樁支護結構的設計方法。

背景技術

隨著城市化進程的不斷推進，基本建設事業蓬勃發展，如房地產地下室，地鐵、城際鐵路和高鐵地下車站，市政地下通道，人防地下空間等地下空間開發項目越來越多，地下空間的施工一般都是需要進行基坑的開挖，為了節約地面空間，基坑開挖深度越來越深，大量深基坑坑底已接近或到達基巖的巖面，特別是土巖結合地層區域。由于城市建筑深基坑基本不具備放坡開挖條件，基坑支護體系一般由側向擋土結構(如地下連續墻或樁)和水平支撐(如鋼支撐、鋼筋混凝土支撐等內支撐或者預應力錨索支撐)共同構成。由于在堅硬巖層中施工圍護結構困難，施工工期較長，對基坑工期影響極大，且支護結構施工噪音對周邊環境影響較大。為了降低這些不利影響，發展出了吊腳樁。

傳統吊腳樁一般采用吊腳樁+梯形巖肩護腳+錨桿鎖腳，通過設置巖肩對吊腳樁進行嵌固，吊腳樁樁底需嵌入巖肩一定深度。現行的基坑吊腳樁支護設計規范中，均是簡單的將巖石視為土層，參照土層的模式，提供對應的參數對樁體嵌巖深度進行計算，其缺點在于一方面導致支護樁的嵌巖深度增加，造成不必要的資源浪費，增加施工難度；另一方面因未考慮嵌巖段空間錨固效應，導致支護樁的主筋數量過少，偏于不安全。

發明內容

本發明的目的是提供一種土巖結合基坑吊腳樁支護結構的設計方法，該方法考慮經濟與施工難易等因素，提出一種樁端位于基坑底部以上的“吊腳樁”支護體系，通過在坑內預留一定寬度的巖肩提供被動抗力，參與支護體系的設計計算，以減短支護樁嵌巖深度，降低施工難度，減少施工成本，加快基坑施工進度，填補現行規范的空缺。

為了達到上述目的，本發明提供了一種土巖結合基坑吊腳樁支護結構的設計方法，所述吊腳樁支護結構包括支護樁以及坑內預留巖肩，其特征在于，設計方法包括以下步驟：

步驟一：建立半無限巖體模型和有限寬度巖體模型，所述半無限巖體模型滿足尺寸效應要求，所述實際有限寬度巖體模型滿足邊界條件要求，提交分析，進入后處理模塊；

步驟二：根據后處理結果計算所述巖體各深度節點上的有限巖體水平抗力系數折減系數，進一步確定有限巖體水平抗力系數比例系數的折減系數，根據折減系數代入經驗公式得到實際設計時的水平抗力系數；

步驟三：采用彈性抗力法計算模型，在天漢基坑軟件中輸入樁長、樁徑、土層信息、基坑深度等相關設計參數，其中基底定義為預留巖肩頂面，對巖肩高度范圍內的巖層進行被動區加固，輸入加固后的水平抗力系數比例系數，確保其與步驟二中代入折減系數后計算的水平抗力系數比例系數相等，進一步完成支護樁的位移驗算、被動抗力安全系數驗算、抗傾覆、抗滑移等驗算，根據驗算結果確定最佳嵌巖深度H，并根據軟件輸出的剪力、彎矩圖進行樁身配筋；

步驟四：確定吊腳樁設計計算參數，包括步驟三中確定的最佳嵌巖深度H，預留巖肩寬度B，高度Z，上覆土層重度γ₁，粘聚力c₁，內摩擦角層厚h，基巖重度γ，黏聚力c，內摩擦角樁巖界面外摩擦角δ，θ為極限狀態下最危險的滑裂面與水平面的夾角；根據工程經驗確定一個預留巖肩寬度B，并將預留巖肩寬度B帶入公式對預留巖肩承載力進行驗算，包括預留巖肩抗剪承載力的驗算和預留巖肩抗拉承載力的驗算，且兩者應同時滿足要求；具體驗算過程如下：