[发明专利]一种土岩结合基坑吊脚桩支护结构的设计方法

说明书

本发明提出了一种土岩结合基坑吊脚桩支护结构的设计方法，所述吊脚桩支护结构包括支护桩以及坑内预留岩肩，设计方法包括以下步骤：借助有限元软件建立半无限岩体及实际有限岩体模型，施加均布荷载作用于岩体模型上，计算岩体水平抗力系数并比较得到有限岩体的折减系数，设计时将折减系数代入规范方法中计算有限岩体的水平抗力系数；利用理正深基坑软件完成支护桩位移、被动抗力安全系数、抗倾覆、抗滑移验算，确定适宜嵌岩深度，根据软件计算出的剪力和弯矩确定桩身配筋；验算桩前预留岩肩的抗剪、抗拉承载力，确定岩肩宽度。本发明充分考虑桩前预留岩肩的被动抗力作用，可有效减短支护桩嵌岩深度，节省支护成本，具有一定的经济效益。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种土岩结合基坑吊脚桩支护结构的设计方法。

背景技术

随着城市化进程的不断推进，基本建设事业蓬勃发展，如房地产地下室，地铁、城际铁路和高铁地下车站，市政地下通道，人防地下空间等地下空间开发项目越来越多，地下空间的施工一般都是需要进行基坑的开挖，为了节约地面空间，基坑开挖深度越来越深，大量深基坑坑底已接近或到达基岩的岩面，特别是土岩结合地层区域。由于城市建筑深基坑基本不具备放坡开挖条件，基坑支护体系一般由侧向挡土结构(如地下连续墙或桩)和水平支撑(如钢支撑、钢筋混凝土支撑等内支撑或者预应力锚索支撑)共同构成。由于在坚硬岩层中施工围护结构困难，施工工期较长，对基坑工期影响极大，且支护结构施工噪音对周边环境影响较大。为了降低这些不利影响，发展出了吊脚桩。

传统吊脚桩一般采用吊脚桩+梯形岩肩护脚+锚杆锁脚，通过设置岩肩对吊脚桩进行嵌固，吊脚桩桩底需嵌入岩肩一定深度。现行的基坑吊脚桩支护设计规范中，均是简单的将岩石视为土层，参照土层的模式，提供对应的参数对桩体嵌岩深度进行计算，其缺点在于一方面导致支护桩的嵌岩深度增加，造成不必要的资源浪费，增加施工难度；另一方面因未考虑嵌岩段空间锚固效应，导致支护桩的主筋数量过少，偏于不安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种土岩结合基坑吊脚桩支护结构的设计方法，该方法考虑经济与施工难易等因素，提出一种桩端位于基坑底部以上的“吊脚桩”支护体系，通过在坑内预留一定宽度的岩肩提供被动抗力，参与支护体系的设计计算，以减短支护桩嵌岩深度，降低施工难度，减少施工成本，加快基坑施工进度，填补现行规范的空缺。

为了达到上述目的，本发明提供了一种土岩结合基坑吊脚桩支护结构的设计方法，所述吊脚桩支护结构包括支护桩以及坑内预留岩肩，其特征在于，设计方法包括以下步骤：

步骤一：建立半无限岩体模型和有限宽度岩体模型，所述半无限岩体模型满足尺寸效应要求，所述实际有限宽度岩体模型满足边界条件要求，提交分析，进入后处理模块；

步骤二：根据后处理结果计算所述岩体各深度节点上的有限岩体水平抗力系数折减系数，进一步确定有限岩体水平抗力系数比例系数的折减系数，根据折减系数代入经验公式得到实际设计时的水平抗力系数；

步骤三：采用弹性抗力法计算模型，在天汉基坑软件中输入桩长、桩径、土层信息、基坑深度等相关设计参数，其中基底定义为预留岩肩顶面，对岩肩高度范围内的岩层进行被动区加固，输入加固后的水平抗力系数比例系数，确保其与步骤二中代入折减系数后计算的水平抗力系数比例系数相等，进一步完成支护桩的位移验算、被动抗力安全系数验算、抗倾覆、抗滑移等验算，根据验算结果确定最佳嵌岩深度H，并根据软件输出的剪力、弯矩图进行桩身配筋；

步骤四：确定吊脚桩设计计算参数，包括步骤三中确定的最佳嵌岩深度H，预留岩肩宽度B，高度Z，上覆土层重度γ₁，粘聚力c₁，内摩擦角层厚h，基岩重度γ，黏聚力c，内摩擦角桩岩界面外摩擦角δ，θ为极限状态下最危险的滑裂面与水平面的夹角；根据工程经验确定一个预留岩肩宽度B，并将预留岩肩宽度B带入公式对预留岩肩承载力进行验算，包括预留岩肩抗剪承载力的验算和预留岩肩抗拉承载力的验算，且两者应同时满足要求；具体验算过程如下：