CN114809022A - 一种基于单向肋梁结构的深基坑柔性支护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单向肋梁结构的深基坑柔性支护方法，包括步骤：一、浅基坑分层开挖；二、浅基坑受力分析；三、计算浅基坑位置单向肋梁结构中锚杆和预应力锚索拉立柱的最大轴力；四、确定浅基坑位置的锚杆和预应力锚索拉立柱的参数；五、浅基坑的柔性支护；六、深基坑分层开挖；七、深基坑受力分析；八、计算深基坑位置单向肋梁结构中锚杆和预应力锚索拉立柱的最大轴力；九、确定深基坑位置的锚杆和预应力锚索拉立柱的参数；十、深基坑的柔性支护；十一、基坑变形监测。本发明将水平应变问题竖向化，将柔性支护结构分析刚性化，以单向肋梁结构的力学传递路径为受力模型进行分析，控制基坑变形量，将为深基坑柔性支护提供了新思路。
Description
技术领域
本发明属于深基坑柔性支护技术领域，具体涉及一种基于单向肋梁结构的深基坑柔性支护方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展,城市发展规模也再不断扩大，但受土地资源限制，向更高处和更深处寻求发展空间已成为大城市发展的趋势。因此就需要进行大量的深基坑开挖和支护，但因土体的复杂性、不确定性及周围环境影响因素的多变性，深基坑支护体系仍然是工程领域较为复杂的技术问题之一。基坑施工过程中不仅要保证土体稳定，还要严格限制周围地层的变形量，使其在合理的变化区间，以确保环境安全。
目前基坑支护体系主要有悬臂式结构、重力式机构、内撑式结构、拉锚式结构、土钉式结构等，但每种结构的力学模型及适用条件不尽相同，它涉及土体的强度、稳定及变形问题，同时还涉及土体与支护结构等相互作用的问题。随着开挖深度的增加及周围环境的变化，以基坑支护强度控制为主的支护结构逐渐被以变形控制为主的方式所取代。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于单向肋梁结构的深基坑柔性支护方法，安全可靠、经济可行、快速简便，将水平应变问题竖向化，将柔性支护结构分析刚性化，以单向肋梁结构的力学传递路径为受力模型进行分析，施工方便、灵活性高、造价合理，控制基坑变形量，具有一定优越性，将为深基坑柔性支护提供了新思路，对工程实际应用具有一定的指导意义，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于单向肋梁结构的深基坑柔性支护方法，其特征在于，采用单向肋梁结构对深基坑进行柔性支护，所述单向肋梁结构包括顶网一直延伸到基坑上口边缘处的钢筋网以及均锚入基坑侧壁土体的多个锚杆和多个预应力锚索拉立柱，锚杆与钢筋网使基坑土体形成完整的墙板状土体层，锚杆位于钢筋网外的一端通过钢带连接，钢筋网、钢带和预应力锚索拉立柱外连接锚索托梁；
该方法包括以下步骤：
步骤一、地下水位以上的浅基坑分层开挖；
步骤二、浅基坑受力分析：
根据公式
计算基坑深度位于地下水位以上时坑底位置的主动土压力
其中，i为基坑深度位于地下水位以上时土层分层开挖层数编号且i＝1,2,...,I，I为基坑深度位于地下水位位置处土层分层开挖总层数，hi为第i层土层的高度，γsati为第i层土层的饱和重度且在地下水位以上的土体采用天然重度，Kai为第i层土层的主动压力系数且
φi为第i层土层固结不排水剪确定下的内摩擦角，ci为第i层土层固结不排水剪确定下的粘聚力；
步骤三、计算浅基坑位置单向肋梁结构中锚杆和预应力锚索拉立柱的最大轴力：
根据公式
计算单根锚杆的最大轴力Nb，其中，q为地表均布荷载，em为锚杆所处深度位置上土体自重引起的平均土压力，θ为锚杆倾角，
为锚杆垂直间距，
为锚杆水平间距；
其中，多个锚杆从上之下呈阵列式锚入基坑侧壁土层中，锚杆的垂直间距和水平间距均为0.6m至1m；
根据公式
计算基坑深度位于地下水位以上时单根预应力锚索拉立柱的最大轴力
其中，预应力锚索拉立柱从上之下布设在相邻的两列锚杆中间位置，上下相邻的两个预应力锚索拉立柱之间的间距为1.8m至2.2m；
步骤四、确定浅基坑位置的锚杆和预应力锚索拉立柱的参数：锚杆参数包括锚杆截面面积和锚杆锚固长度；预应力锚索拉立柱参数包括预应力锚索拉立柱截面面积和预应力锚索拉立柱锚固长度；
根据公式
计算锚杆截面面积Ab，其中，k为安全系数，fptk为锚杆体材质强度标准值；
根据公式
计算锚杆预估长度lb，其中，db为锚杆直径且
Q为土体于锚固体间粘结强度；
将锚杆预估长度lb与锚杆当前位置处基坑侧壁至库伦破裂面的水平距离比较，取大值作为锚杆锚固长度；
根据公式
计算浅基坑位置的预应力锚索拉立柱截面面积Ac，其中，fptkc为预应力锚索拉立柱体材质强度标准值；
根据公式
计算浅基坑位置的预应力锚索拉立柱预估长度lc，其中，dc为预应力锚索拉立柱直径且
将浅基坑位置的预应力锚索拉立柱预估长度lc与锚索当前位置处基坑侧壁至库伦破裂面的水平距离比较，取大值作为浅基坑位置的预应力锚索拉立柱锚固长度；
步骤五、利用获取的浅基坑位置锚杆和预应力锚索拉立柱的参数施工单向肋梁结构，对浅基坑进行柔性支护；
步骤六、地下水位以下的深基坑分层开挖；
步骤七、深基坑受力分析：
根据公式
计算基坑深度位于地下水位以下时坑底位置的主动土压力
其中，j为基坑深度位于地下水位以下时土层分层开挖层数编号且j＝I+1,I+2,...,I+J，J为基坑深度位于地下水位以下位置处土层分层开挖总层数，hj为第j层土层的高度，γsatj为第j层土层的有效重度，Kaj为第j层土层的主动压力系数且
φj为第j层土层固结不排水剪确定下的内摩擦角；
步骤八、计算深基坑位置单向肋梁结构中锚杆和预应力锚索拉立柱的最大轴力：
深基坑位置单向肋梁结构中单根锚杆的最大轴力与浅基坑位置单向肋梁结构中单根锚杆的最大轴力计算过程相同；
根据公式
计算基坑深度位于地下水位以下时单根预应力锚索拉立柱的最大轴力
步骤九、确定深基坑位置的锚杆和预应力锚索拉立柱的参数：深基坑位置的锚杆参数与深基坑位置的锚杆参数计算过程相同；
根据公式
计算深基坑位置的预应力锚索拉立柱截面面积Ac2；
根据公式
计算深基坑位置的预应力锚索拉立柱预估长度lc2，其中，dc2为深基坑位置的预应力锚索拉立柱直径且
将深基坑位置的预应力锚索拉立柱预估长度lc2与锚索当前位置处基坑侧壁至库伦破裂面的水平距离比较，取大值作为深基坑位置的预应力锚索拉立柱锚固长度；
步骤十、利用获取的深基坑位置锚杆和预应力锚索拉立柱的参数施工单向肋梁结构，对深基坑进行柔性支护；
步骤十一、对基坑的累计变形量和变形速率进行监测，当累计变形量和变形速率超过预警指标时，在对应的锚杆和预应力锚索拉立柱旁侧补锚锚杆和预应力锚索拉立柱。
上述的一种基于单向肋梁结构的深基坑柔性支护方法，其特征在于：当基坑土层为砂土和粉土时，锚杆所处深度位置上土体自重引起的平均土压力em＝0.55γh，其中，h为锚杆所处深度估计值，γ为锚杆所处深度估计值h处的土层重度；
当基坑土层为黏土时，锚杆所处深度位置上土体自重引起的平均土压力0.2γh≤em≤0.55γh。
上述的一种基于单向肋梁结构的深基坑柔性支护方法，其特征在于：所述锚杆采用全长锚固方式；
预应力锚索拉立柱锚固长度包括锚索自由段长度和锚索锚固段长度，其中，锚索锚固段长度占预应力锚索拉立柱锚固长度的40％。
上述的一种基于单向肋梁结构的深基坑柔性支护方法，其特征在于：所述累计变形量的预警指标为25mm，所述变形速率的预警指标为连续三日大于2mm/d。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明根据基坑的开挖深浅分别进行基坑受力分析，获取基坑不同位置单向肋梁结构中锚杆和预应力锚索拉立柱的最大轴力，给基坑不同位置的锚杆和预应力锚索拉立柱提供参数计算基础，及时对支护参数进行调整，使设计与施工实现动态调整，便于推广使用。
2、本发明安全可靠、经济可行、快速简便，将水平应变问题竖向化，将柔性支护结构分析刚性化，使用效果好。
3、本发明方法步骤简单，利用预应力锚索对松散或存在裂隙的土体进行紧密加固，其次利用钢筋网在对基坑壁表面进行束缚，用搭接方式联结，用镀锌铁丝扎紧，钢筋网与锚杆的相互关系是:先铺网再安装锚杆，不得先锚后铺网或用铁丝将网挂在锚杆上；铺网时将顶网一直延伸到基坑上口边缘处，与坑口护坡结构连接在一起，锚杆与钢筋网使基坑土体形成较完整的墙板状土体层，并以一定的自身强度传递荷载；采用钢带发挥次梁作用将墙板状土体层传递来的应力传递到锚索托梁，锚索托梁发挥主梁作用将钢带传递来的应力传递到预应力锚索拉立柱，预应力锚索拉立柱将传递来的应力作用于稳固地层，单向肋梁结构深基坑柔性支护因为自重小且受力均匀，力学传递路径明确，设计施工简便易行等特点，能够实现对深基坑的有效支护，控制基坑变形量，具有一定优越性，将为深基坑柔性支护提供了新思路，对工程实际应用具有一定的指导意义，便于推广使用。
综上所述，本发明安全可靠、经济可行、快速简便，将水平应变问题竖向化，将柔性支护结构分析刚性化，以单向肋梁结构的力学传递路径为受力模型进行分析，施工方便、灵活性高、造价合理，控制基坑变形量，具有一定优越性，将为深基坑柔性支护提供了新思路，对工程实际应用具有一定的指导意义，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明深基坑柔性支护的结构示意图。
图2为本发明的方法流程框图。
附图标记说明:
1—钢筋网； 2—锚杆； 3—钢带；
4—预应力锚索拉立柱； 5—锚索托梁； 6—库伦破裂面。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的一种基于单向肋梁结构的深基坑柔性支护方法，采用单向肋梁结构对深基坑进行柔性支护，所述单向肋梁结构包括顶网一直延伸到基坑上口边缘处的钢筋网1以及均锚入基坑侧壁土体的多个锚杆2和多个预应力锚索拉立柱4，锚杆2与钢筋网1使基坑土体形成完整的墙板状土体层，锚杆2位于钢筋网1外的一端通过钢带3连接，钢筋网1、钢带3和预应力锚索拉立柱4外连接锚索托梁5；
该方法包括以下步骤：
步骤一、地下水位以上的浅基坑分层开挖；
步骤二、浅基坑受力分析：
根据公式
计算基坑深度位于地下水位以上时坑底位置的主动土压力
其中，i为基坑深度位于地下水位以上时土层分层开挖层数编号且i＝1,2,...,I，I为基坑深度位于地下水位位置处土层分层开挖总层数，hi为第i层土层的高度，γsati为第i层土层的饱和重度且在地下水位以上的土体采用天然重度，Kai为第i层土层的主动压力系数且
φi为第i层土层固结不排水剪确定下的内摩擦角，ci为第i层土层固结不排水剪确定下的粘聚力；
步骤三、计算浅基坑位置单向肋梁结构中锚杆和预应力锚索拉立柱的最大轴力：
根据公式
计算单根锚杆的最大轴力Nb，其中，q为地表均布荷载，em为锚杆所处深度位置上土体自重引起的平均土压力，θ为锚杆倾角，
为锚杆垂直间距，
为锚杆水平间距；
其中，多个锚杆2从上之下呈阵列式锚入基坑侧壁土层中，锚杆的垂直间距和水平间距均为0.6m至1m；
根据公式
计算基坑深度位于地下水位以上时单根预应力锚索拉立柱的最大轴力
其中，预应力锚索拉立柱4从上之下布设在相邻的两列锚杆中间位置，上下相邻的两个预应力锚索拉立柱4之间的间距为1.8m至2.2m；
步骤四、确定浅基坑位置的锚杆和预应力锚索拉立柱的参数：锚杆参数包括锚杆截面面积和锚杆锚固长度；预应力锚索拉立柱参数包括预应力锚索拉立柱截面面积和预应力锚索拉立柱锚固长度；
根据公式
计算锚杆截面面积Ab，其中，k为安全系数，fptk为锚杆体材质强度标准值；
根据公式
计算锚杆预估长度lb，其中，db为锚杆直径且
Q为土体于锚固体间粘结强度；
将锚杆预估长度lb与锚杆当前位置处基坑侧壁至库伦破裂面6的水平距离比较，取大值作为锚杆锚固长度；
根据公式
计算浅基坑位置的预应力锚索拉立柱截面面积Ac，其中，fptkc为预应力锚索拉立柱体材质强度标准值；
根据公式
计算浅基坑位置的预应力锚索拉立柱预估长度lc，其中，dc为预应力锚索拉立柱直径且
将浅基坑位置的预应力锚索拉立柱预估长度lc与锚索当前位置处基坑侧壁至库伦破裂面6的水平距离比较，取大值作为浅基坑位置的预应力锚索拉立柱锚固长度；
步骤五、利用获取的浅基坑位置锚杆和预应力锚索拉立柱的参数施工单向肋梁结构，对浅基坑进行柔性支护；
步骤六、地下水位以下的深基坑分层开挖；
步骤七、深基坑受力分析：
根据公式
计算基坑深度位于地下水位以下时坑底位置的主动土压力
其中，j为基坑深度位于地下水位以下时土层分层开挖层数编号且j＝I+1,I+2,...,I+J，J为基坑深度位于地下水位以下位置处土层分层开挖总层数，hj为第j层土层的高度，γsatj为第j层土层的有效重度，Kaj为第j层土层的主动压力系数且
φj为第j层土层固结不排水剪确定下的内摩擦角；
步骤八、计算深基坑位置单向肋梁结构中锚杆和预应力锚索拉立柱的最大轴力：
深基坑位置单向肋梁结构中单根锚杆的最大轴力与浅基坑位置单向肋梁结构中单根锚杆的最大轴力计算过程相同；
根据公式
计算基坑深度位于地下水位以下时单根预应力锚索拉立柱的最大轴力
步骤九、确定深基坑位置的锚杆和预应力锚索拉立柱的参数：深基坑位置的锚杆参数与深基坑位置的锚杆参数计算过程相同；
根据公式
计算深基坑位置的预应力锚索拉立柱截面面积Ac2；
根据公式
计算深基坑位置的预应力锚索拉立柱预估长度lc2，其中，dc2为深基坑位置的预应力锚索拉立柱直径且
将深基坑位置的预应力锚索拉立柱预估长度lc2与锚索当前位置处基坑侧壁至库伦破裂面6的水平距离比较，取大值作为深基坑位置的预应力锚索拉立柱锚固长度；
步骤十、利用获取的深基坑位置锚杆和预应力锚索拉立柱的参数施工单向肋梁结构，对深基坑进行柔性支护；
步骤十一、对基坑的累计变形量和变形速率进行监测，当累计变形量和变形速率超过预警指标时，在对应的锚杆和预应力锚索拉立柱旁侧补锚锚杆和预应力锚索拉立柱。
本实施例中，当基坑土层为砂土和粉土时，锚杆所处深度位置上土体自重引起的平均土压力em＝0.55γh，其中，h为锚杆所处深度估计值，γ为锚杆所处深度估计值h处的土层重度；
当基坑土层为黏土时，锚杆所处深度位置上土体自重引起的平均土压力0.2γh≤em≤0.55γh。
本实施例中，所述锚杆2采用全长锚固方式；
预应力锚索拉立柱锚固长度包括锚索自由段长度和锚索锚固段长度，其中，锚索锚固段长度占预应力锚索拉立柱锚固长度的40％。
本实施例中，所述累计变形量的预警指标为25mm，所述变形速率的预警指标为连续三日大于2mm/d。
本发明使用时，根据基坑的开挖深浅分别进行基坑受力分析，获取基坑不同位置单向肋梁结构中锚杆和预应力锚索拉立柱的最大轴力，给基坑不同位置的锚杆和预应力锚索拉立柱提供参数计算基础，及时对支护参数进行调整，使设计与施工实现动态调整；安全可靠、经济可行、快速简便，将水平应变问题竖向化，将柔性支护结构分析刚性化；利用预应力锚索对松散或存在裂隙的土体进行紧密加固，其次利用钢筋网在对基坑壁表面进行束缚，用搭接方式联结，用镀锌铁丝扎紧，钢筋网与锚杆的相互关系是:先铺网再安装锚杆，不得先锚后铺网或用铁丝将网挂在锚杆上；铺网时将顶网一直延伸到基坑上口边缘处，与坑口护坡结构连接在一起，锚杆与钢筋网使基坑土体形成较完整的墙板状土体层，并以一定的自身强度传递荷载；采用钢带发挥次梁作用将墙板状土体层传递来的应力传递到锚索托梁，锚索托梁发挥主梁作用将钢带传递来的应力传递到预应力锚索拉立柱，预应力锚索拉立柱将传递来的应力作用于稳固地层，单向肋梁结构深基坑柔性支护因为自重小且受力均匀，力学传递路径明确，设计施工简便易行等特点，能够实现对深基坑的有效支护，控制基坑变形量，具有一定优越性，将为深基坑柔性支护提供了新思路，对工程实际应用具有一定的指导意义。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于单向肋梁结构的深基坑柔性支护方法，其特征在于，采用单向肋梁结构对深基坑进行柔性支护，所述单向肋梁结构包括顶网一直延伸到基坑上口边缘处的钢筋网(1)以及均锚入基坑侧壁土体的多个锚杆(2)和多个预应力锚索拉立柱(4)，锚杆(2)与钢筋网(1)使基坑土体形成完整的墙板状土体层，锚杆(2)位于钢筋网(1)外的一端通过钢带(3)连接，钢筋网(1)、钢带(3)和预应力锚索拉立柱(4)外连接锚索托梁(5)；
该方法包括以下步骤：
步骤一、地下水位以上的浅基坑分层开挖；
步骤二、浅基坑受力分析：
根据公式
计算基坑深度位于地下水位以上时坑底位置的主动土压力
其中，i为基坑深度位于地下水位以上时土层分层开挖层数编号且i＝1,2,...,I，I为基坑深度位于地下水位位置处土层分层开挖总层数，hi为第i层土层的高度，γsati为第i层土层的饱和重度且在地下水位以上的土体采用天然重度，Kai为第i层土层的主动压力系数且
φi为第i层土层固结不排水剪确定下的内摩擦角，ci为第i层土层固结不排水剪确定下的粘聚力；
步骤三、计算浅基坑位置单向肋梁结构中锚杆和预应力锚索拉立柱的最大轴力：
根据公式
计算单根锚杆的最大轴力Nb，其中，q为地表均布荷载，em为锚杆所处深度位置上土体自重引起的平均土压力，θ为锚杆倾角，
为锚杆垂直间距，
为锚杆水平间距；
其中，多个锚杆(2)从上之下呈阵列式锚入基坑侧壁土层中，锚杆的垂直间距和水平间距均为0.6m至1m；
根据公式
计算基坑深度位于地下水位以上时单根预应力锚索拉立柱的最大轴力
其中，预应力锚索拉立柱(4)从上之下布设在相邻的两列锚杆中间位置，上下相邻的两个预应力锚索拉立柱(4)之间的间距为1.8m至2.2m；
步骤四、确定浅基坑位置的锚杆和预应力锚索拉立柱的参数：锚杆参数包括锚杆截面面积和锚杆锚固长度；预应力锚索拉立柱参数包括预应力锚索拉立柱截面面积和预应力锚索拉立柱锚固长度；
根据公式
计算锚杆截面面积Ab，其中，k为安全系数，fptk为锚杆体材质强度标准值；
根据公式
计算锚杆预估长度lb，其中，db为锚杆直径且
Q为土体于锚固体间粘结强度；
将锚杆预估长度lb与锚杆当前位置处基坑侧壁至库伦破裂面(6)的水平距离比较，取大值作为锚杆锚固长度；
根据公式
计算浅基坑位置的预应力锚索拉立柱截面面积Ac，其中，fptkc为预应力锚索拉立柱体材质强度标准值；
根据公式
计算浅基坑位置的预应力锚索拉立柱预估长度lc，其中，dc为预应力锚索拉立柱直径且
将浅基坑位置的预应力锚索拉立柱预估长度lc与锚索当前位置处基坑侧壁至库伦破裂面(6)的水平距离比较，取大值作为浅基坑位置的预应力锚索拉立柱锚固长度；
步骤五、利用获取的浅基坑位置锚杆和预应力锚索拉立柱的参数施工单向肋梁结构，对浅基坑进行柔性支护；
步骤六、地下水位以下的深基坑分层开挖；
步骤七、深基坑受力分析：
根据公式
计算基坑深度位于地下水位以下时坑底位置的主动土压力
其中，j为基坑深度位于地下水位以下时土层分层开挖层数编号且j＝I+1,I+2,...,I+J，J为基坑深度位于地下水位以下位置处土层分层开挖总层数，hj为第j层土层的高度，γsatj为第j层土层的有效重度，Kaj为第j层土层的主动压力系数且
φj为第j层土层固结不排水剪确定下的内摩擦角；
步骤八、计算深基坑位置单向肋梁结构中锚杆和预应力锚索拉立柱的最大轴力：
深基坑位置单向肋梁结构中单根锚杆的最大轴力与浅基坑位置单向肋梁结构中单根锚杆的最大轴力计算过程相同；
根据公式
计算基坑深度位于地下水位以下时单根预应力锚索拉立柱的最大轴力
步骤九、确定深基坑位置的锚杆和预应力锚索拉立柱的参数：深基坑位置的锚杆参数与深基坑位置的锚杆参数计算过程相同；
根据公式
计算深基坑位置的预应力锚索拉立柱截面面积Ac2；
根据公式
计算深基坑位置的预应力锚索拉立柱预估长度lc2，其中，dc2为深基坑位置的预应力锚索拉立柱直径且
将深基坑位置的预应力锚索拉立柱预估长度lc2与锚索当前位置处基坑侧壁至库伦破裂面(6)的水平距离比较，取大值作为深基坑位置的预应力锚索拉立柱锚固长度；
步骤十、利用获取的深基坑位置锚杆和预应力锚索拉立柱的参数施工单向肋梁结构，对深基坑进行柔性支护；
步骤十一、对基坑的累计变形量和变形速率进行监测，当累计变形量和变形速率超过预警指标时，在对应的锚杆和预应力锚索拉立柱旁侧补锚锚杆和预应力锚索拉立柱。
2.按照权利要求1所述的一种基于单向肋梁结构的深基坑柔性支护方法，其特征在于：当基坑土层为砂土和粉土时，锚杆所处深度位置上土体自重引起的平均土压力em＝0.55γh，其中，h为锚杆所处深度估计值，γ为锚杆所处深度估计值h处的土层重度；
当基坑土层为黏土时，锚杆所处深度位置上土体自重引起的平均土压力0.2γh≤em≤0.55γh。
3.按照权利要求1所述的一种基于单向肋梁结构的深基坑柔性支护方法，其特征在于：所述锚杆(2)采用全长锚固方式；
预应力锚索拉立柱锚固长度包括锚索自由段长度和锚索锚固段长度，其中，锚索锚固段长度占预应力锚索拉立柱锚固长度的40％。
4.按照权利要求1所述的一种基于单向肋梁结构的深基坑柔性支护方法，其特征在于：所述累计变形量的预警指标为25mm，所述变形速率的预警指标为连续三日大于2mm/d。
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- 2022-06-12 CN CN202210658686.8A patent/CN114809022A/zh active Pending
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