一种狭小空间锚桩式支护结构及设计方法技术

本发明专利技术公开了一种狭小空间锚桩式支护结构及设计方法，支护结构包括设置于基坑开挖侧的排桩和设置于基坑滑裂面以外的锚桩，排桩的桩顶和锚桩的桩顶之间通过锚索连接，设计方法包括如下步骤：S1计算基坑外侧受到的主动土压力，得到排桩处需要承担的主动土压力；S2通过弹性支点法计算锚索处水平力，确定锚索内力，根据锚索内力大小确定配备锚索数量；S3根据基坑深度及土质情况确定锚桩的位置，通过锚桩桩前有限被动土压力确定锚桩水平承载力的折减系数，计算锚桩的水平承载力，根据锚桩水平承载力计算锚桩桩长及嵌固深度，验证锚桩桩长及嵌固深度是否满足要求；S4整体滑动稳定性分析采用瑞典圆弧滑动条分法进行验算是否满足规范要求。范要求。范要求。

【技术实现步骤摘要】
一种狭小空间锚桩式支护结构及设计方法


[0001]本专利技术涉及土建安装
，尤其是一种狭小空间锚桩式支护结构及设计方法。

技术介绍

[0002]基坑是在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑。开挖前应根据地质水文资料，结合现场附近建筑物情况，决定开挖方案，并作好防水排水工作。开挖不深者可用放边坡的办法，使土坡稳定，其坡度大小按有关施工工程规定确定。开挖较深及邻近有建筑物者，例如智慧电厂及综合能源站基坑，常用支护形式如桩+内支撑、桩锚结构等，常用支护形式如桩+内支撑、桩锚结构等，上述支护结构可有效的控制基坑的变形，但是其施工周期较长，造价较高，并且施工占用空间较大，且不利于环保，桩+内支撑结构因为需要占用结构空间，给结构施工带来一系列的不便，桩锚结构由于锚索长度较长，往往超出用地红线，给相邻地块带来地下隐患。

技术实现思路

[0003]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种狭小空间锚桩式支护结构及设计方法，支护结构具有施工周期快，可有效控制基坑水平变形、适用于狭窄空间施工、支护造价低等特点。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种狭小空间锚桩式支护结构，包括设置于基坑开挖侧的排桩和设置于基坑滑裂面以外的锚桩，所述排桩的桩顶和锚桩的桩顶之间通过锚索连接。
[0005]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述排桩采用钢板桩、工字钢或钢管任一种，所述锚桩采用工字钢或钢管任一种。
[0006]一种狭小空间锚桩式支护的设计方法，包括如下步骤：r/>[0007]S1、计算基坑外侧受到的主动土压力，得到排桩处需要承担的主动土压力；
[0008]S2、通过弹性支点法计算锚索处水平力，确定锚索内力，根据锚索内力大小确定配备锚索数量；
[0009]S3、根据基坑深度及土质情况确定锚桩的位置，通过锚桩桩前有限被动土压力确定锚桩水平承载力的折减系数，计算锚桩的水平承载力，根据锚桩水平承载力计算锚桩桩长及嵌固深度，验证锚桩桩长及嵌固深度是否满足要求；
[0010]S4、整体滑动稳定性分析采用瑞典圆弧滑动条分法进行验算是否满足规范要求。
[0011]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤S1中基坑外侧主动土压力采用库伦主动土压力：地下水位以上或水土合算的土层支护结构外侧的主动土压力标准值p
ak
、支护结构内侧的被动土压力标准值p
pk
计算如下：
[0012][0013][0014][0015][0016]式中：σ
ak
为支护结构外侧竖向应力标准值，σ
pk
：支护结构内侧竖向应力标准值，φ
i
：第i层土的φ内摩擦角，c
i
：第i层土的黏聚力，K
a,i
为i层土主动土压力系数，K
p,i
为i层土被动土压力系数；
[0017]排桩需要承担的主动土压力E
ak
：
[0018]E
ak
＝p
ak
h，
[0019]其中，h：基坑深度，E
ak
为基坑深度h范围的主动土压力。
[0020]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤S2中锚索处水平力计算公式如下：
[0021][0022][0023]式中：F
h
为计算宽度支点水平反力，Es为锚索杆体弹性模量，A
p
为锚索杆体截面积，b
a
为挡土结构计算宽度，l为锚索长度，s为锚索间水平间距，v
R
为挡土构件在支点处水平位移；v
R0
为设置锚索时，支点初始水平位移；P
h
为锚索预加力；F
py
为锚索杆体抗拉强度。
[0024]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤S2中锚索内力计算公式如下：
[0025][0026]F≤f
py
·
A
p
，
[0027]F：锚索内力设计值；γ0：支护结构重要性系数；γ
F
：作用基本组合综合分项系数；s：锚索间水平间距；ba：挡土结构计算宽度；f
py
：预应力筋抗拉强度设计值；Ap：预应力筋截面面积。
[0028]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤S3中计算锚桩水平承载力的折减系数具体如下：
[0029]①
有限被动土压力计算：
[0030]假定支护墙体垂直、滑裂面为直线，土体符合摩尔
‑
库伦准则，有限土体受到土体自重G、滑裂面以下土体反力R、有限被动土压力Ep、滑裂面黏聚力c
总
和墙面与土体摩擦力c
w
的作用，并复合极限平衡条件：
[0031][0032][0033]其中，h：基坑深度，b：土体破裂角与地面交点到锚桩距离，θ：滑裂面与水平方向夹角，β：桩前土体破裂角与水平面夹角，γ：土体重度；
[0034]建立平衡方程：
[0035][0036][0037]δ＝0.6～1.0φ
[0038]其中，E
P
'为基坑底部以上有限空间被动土压力，E
P
为被动土压力，c为土体黏聚力，γ为土体重度，β为桩前土体破裂角，θ为滑裂面与水平方向夹角，δ为土对墙背的摩擦角，φ为内摩擦角，k为折减系数；
[0039]②
锚桩水平承载力计算：
[0040][0041]Ra'＝k Ra
[0042]其中，Ra为锚桩水平承载力特征值，Ra'为锚桩水平承载力，α为锚桩的水平变形系数，EI为锚桩身抗弯刚度，ν
x
为锚桩顶水平位移系数，λoa为锚桩顶允许水平位移；
[0043]③
锚桩桩长计算：
[0044][0045]L：锚桩结构到支护桩距离，h0：支护桩破裂体高度，d：锚桩桩长；
[0046]验证锚桩桩长：
[0047]E
p
'+E
p1
≥1.5(E
a
+F
h
)，
[0048]E
p1
＝p
pk
·
d1[0049]E
a
＝p
ak
·
d
[0050]E
p
’
为基坑底部以上有限被动土压力，E
p1
为基坑底部以下锚桩侧被动土压力，d1为嵌固深度，E
a
为锚桩侧主动土压力；
[0051]验证锚桩嵌固深度：
[0052][0053]E
pk
＝p
pk
·
(h+d1)
[0054]E
ak
'＝p
ak
·
(h+d1)
[0055]其中，E
ak
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种狭小空间锚桩式支护结构，其特征在于：包括设置于基坑开挖侧的排桩(1)和设置于基坑滑裂面以外的锚桩(3)，所述排桩(1)的桩顶和锚桩(3)的桩顶之间通过锚索(2)连接。2.根据权利要求1所述的一种狭小空间锚桩式支护结构，其特征在于：所述排桩(1)采用钢板桩、工字钢或钢管任一种，所述锚桩(2)采用工字钢或钢管任一种。3.一种狭小空间锚桩式支护的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、计算基坑外侧受到的主动土压力，得到排桩(1)处需要承担的主动土压力；S2、通过弹性支点法计算锚索(2)处水平力，确定锚索(2)内力，根据锚索(2)内力大小确定配备锚索数量；S3、根据基坑深度及土质情况确定锚桩(3)的位置，通过锚桩(3)桩前有限被动土压力确定锚桩(3)水平承载力的折减系数，计算锚桩(3)的水平承载力，根据锚桩水平承载力计算锚桩(3)桩长及嵌固深度，验证锚桩(3)桩长及嵌固深度是否满足要求；S4、整体滑动稳定性分析采用瑞典圆弧滑动条分法进行验算是否满足规范要求。4.根据权利要求3所述的一种狭小空间锚桩式支护的设计方法，其特征在于：所述步骤S1中基坑外侧主动土压力采用库伦主动土压力：地下水位以上或水土合算的土层支护结构外侧的主动土压力标准值p
ak
、支护结构内侧的被动土压力标准值p
pk
计算如下：计算如下：计算如下：计算如下：式中：σ
ak
为支护结构外侧竖向应力标准值，σ
pk
：支护结构内侧竖向应力标准值，φ
i
：第i层土的φ内摩擦角，c
i
：第i层土的黏聚力，K
a,i
为i层土主动土压力系数，K
p,i
为i层土被动土压力系数；排桩(1)处需要承担的主动土压力E
ak
：E
ak
＝p
ak
h，其中，h：基坑深度，E
ak
为基坑深度h范围的主动土压力。5.根据权利要求3所述的一种狭小空间锚桩式支护的设计方法，其特征在于：所述步骤S2中锚索(2)处水平力计算公式如下：S2中锚索(2)处水平力计算公式如下：式中：F
h
为计算宽度支点水平反力，Es为锚索杆体弹性模量，A
p
为锚索杆体截面积，b
a
为挡土结构计算宽度，l为锚索长度，s为锚索间水平间距，v
R
为挡土构件在支点处水平位移；v
R0
为设置锚索时，支点初始水平位移；P
h
为锚索预加力；F
py
为锚索杆体抗拉强度。6.根据权利要求5所述的一种狭小空间锚桩式支护的设计方法，其特征在于：所述步骤
S2中锚索(2)内力计算公式如下：F≤f
py
·
A
p
，F：锚索内力设计值；γ0：支护结构重要性系数；γ
F
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，陆威，赵德成，白景，侯迎彬，盖尧周，
申请(专利权)人：中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：