一种具有卸荷增重作用的支护体系及其施工方法

技术领域

本发明涉及地下基坑工程、边坡支护技术领域，尤其是一种具有卸荷增重作用的支护体系及其施工方法。

背景技术

随着城市化进程的加速，岩土工程技术不断发展。但是，传统基坑或边坡设计中不允许开挖土方在基坑周边堆载；大面积基坑开挖需要设置支撑，造成基坑建造成本较高、施工效率较低。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种具有卸荷增重作用的支护体系及其施工方法，通过在竖向支护结构的一定深度处设置横向构件，利用周边适当堆载改变支护结构的受力模式，增强支护结构稳定性，减小支护结构变形、优化支护结构尺寸。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种具有卸荷增重作用的支护体系，其特征在于：该支护体系包括竖向支护结构、横向卸荷增重结构以及连接结构，其中所述竖向支护结构可承受支护对象的外侧水平土压力，所述横向卸荷增重结构沿所述竖向支护结构的高度方向布置，所述横向卸荷增重结构的一端设置在外侧土体之中，且所述横向卸荷增重结构通过所述连接结构与所述竖向支护结构相连接并构成整体支护体系。

所述竖向支护结构和所述横向卸荷增重结构采用桩构件或板构件。

所述竖向支护结构为所述桩构件，所述桩构件沿所述支护对象的侧边的延伸方向间隔布置，所述横向卸荷增重结构布置在所述桩构件之间的间隔空隙内。

所述竖向支护结构为所述板构件，所述横向卸荷增重结构按一定间距间隔设置。

一种涉及上述的具有卸荷增重作用的支护体系的施工方法，其特征在于：所述施工方法包括以下步骤：

在支护对象位置设置竖向支护结构，使所述竖向支护结构抵抗所述支护对象的外侧土体压力；

根据计算及现场监测结果，在所述竖向支护结构的一定深度处设置横向卸荷增重结构并将所述横向卸荷增重结构与所述竖向支护结构相连接构成整体支护体系；

在支护对象的一侧承受一定量堆载，所述堆载施加于所述横向卸荷增重结构的上方。

所述横向卸荷增重结构设置在外侧土体之中的有效长度满足于

式中，L

本发明的优点是：

1）通过在一定深度处在设置横向卸荷增重结构，可以减小作用于竖向支护结构的水平土压力，进而优化构件尺寸、减小水平位移。

2）通过在一定深度处在设置横向卸荷增重结构，使支护体系可承受一定的土体堆载，并可有效提高基坑、边坡抗倾覆能力；同时降低土方外运量，节省成本，提高施工效率。

3）本支护体系可充分利用横向卸荷增重结构改变支护结构受力模式，调整竖向支护结构弯矩分配，减小支护结构变形。

4）竖向支护结构可通过工厂化预制，现场施工速度快，节能环保，环境影响小、经济性好。

附图说明

图1为本发明的第一种结构示意图；

图2为图1的横断面示意图；

图3为图1的平面示意图；

图4为图2中A节点的平面图；

图5为图2中A节点的纵剖图；

图6为本发明的第二种结构示意图；

图7为本发明的卸荷增重原理示意图；

图8为本发明的土压力计算原理图；

图9为本发明的弯矩计算原理图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-9所示，图中标记1-7分别表示为：竖向支护结构1、横向卸荷增重结构2、腰梁3、角钢4、螺栓5、冠梁6、基坑或边坡7。

实施例一：结合图1和图2所示，本实施例中具有卸荷增重作用的支护体系包括竖向支护结构1、横向卸荷增重结构2、腰梁3。本实施例中的竖向支护结构1采用采用H型钢围护桩，横向卸荷增重结构采用H型钢。

其中，竖向支护结构1设置在作为支护对象的基坑或边坡7的坑壁侧边位置以对基坑或边坡7进行支护，该竖向支护结构1在支护时抵抗基坑或边坡7两侧的外部土体向内的作用力，避免倾覆。如图3所示，竖向支护结构1沿基坑或边坡7侧边的延伸方向均匀间隔布置。

横向卸荷增重结构2设置在相邻两根竖向支护结构1之间的间隙内；且该横向卸荷增重结构2的与竖向支护结构1呈相垂直的布置，即该横向卸荷增重结构2呈水平横向布置。横向卸荷增重结构2的一端设置在基坑或边坡7的外侧土体之中，另一端延伸至基坑或边坡7内部且该侧端部伸出于竖向支护结构1。

如图4和图5所示，竖向支护结构1和横向卸荷增重结构2之间通过角钢4以及螺栓5相连接固定。具体而言，角钢4的一侧面通过螺栓5与横向卸荷增重结构2的腹板相连接固定，角钢4的另一侧面则通过螺栓5与竖向支护结构1的翼缘板相连接固定，从而将竖向支护结构1和横向卸荷增重结构2相连接固定形成结构单元。在横向卸荷增重结构2的上方架设有腰梁3将每个结构单元连接成整体，从而构成整体支护体系。在具体实施时，腰梁3与横向卸荷增重结构2之间可通过螺栓连接、焊接等方式与横向卸荷增重结构2相连接固定，以保证结构强度以及两者之间的整体性。

如图2所示，卸荷增重结构2在基坑或边坡7内的外露长度，即其伸出于竖向支护结构1的长度与腰梁3相齐平，以保证受力传递的均匀性。

本实施例的支护体系在施工时，包括如下施工步骤：

1）在基坑或边坡7的坑壁设置竖向支护结构1，该竖向支护结构1可采用H型钢；使竖向支护结构1抵抗基坑或边坡7的外侧土体压力。

2）根据计算及现场监测结果，在竖向支护结构1的一定深度处设置横向卸荷增重结构2并将横向卸荷增重结构2与竖向支护结构1通过腰梁3、角钢4和螺栓5相连接构成整体支护体系。

在本步骤内，其计算步骤包括对横向卸荷增重结构2有效长度的计算，该有效长度指的是其插入基坑或边坡7外侧土体内的部分长度。

横向卸荷增重结构2的有效长度满足于：

式中，L

通过对横向卸荷增重结构2的有效长度的计算（同时得到横向卸荷增重结构2的设置深度），可利用其改变整体支护体系的受力模式，调整竖向支护结构1的弯矩分配，减小支护结构变形。

具体而言，本实施例中的支护体系的原理如下：

本实施例中的支护体系是利用基坑或边坡7地面上的堆载结合横向卸荷增重结构2对整体支护体系进行改进。一般而言，当基坑或边坡7地面上开挖土方并堆载在基坑或边坡周边时，该由开挖土方所形成的堆载会对基坑或边坡外侧土体施加作用力，使其变形而产生向内的作用力，而该作用力又会进一步使基坑支护结构产生变形甚至发生倾覆，容易造成危险。

此时，本实施例中的横向卸荷增重结构2受外侧竖向力通过连接结构作用于整体支护体系上，使支护体系获得额外部分的作用力，提高其结构稳定性。如图7所示，图7左侧为现有技术中基坑支护结构的原理图，而图7右侧为本实施例中支护体系的原理图。结合图8和图9所示，本实施例充分利用横向卸荷增重结构2改变支护结构的受力模式，减小支护结构水平土压力、调整竖向支护体系内力分布、减小支护结构变形、提高支护结构抗倾覆稳定性。

3）在基坑或边坡7的上方进行堆载，堆载施加于横向卸荷增重结构2的上方。该堆载可以是基坑开挖过程中所得到的开挖土方。

实施例二：本实施例相较于实施例一的不同之处在于：如图6所示，本实施例中竖向支护结构1采用预制桩，横向卸荷增重结构2采用预制桩，腰梁3为现浇结构，在作为竖向支护结构1的各预制桩的顶部浇筑有冠梁6。其中，腰梁3为连接在横向卸荷增重结构2伸出部分的水平构件。本实施例中是采用现浇结构的腰梁3和冠梁6作为连接结构，将竖向支护结构1和横向卸荷增重结构2连接成整体支护体系，可保证足够的结构强度。

上述实施例在具体实施时：竖向支护结构1、横向卸荷结构2以及腰梁3的结构可根据实际情况进行选择。竖向支护结构1采用桩构件时，竖向支护结构1与横向卸荷增重结构2之间间隔设置；竖向支护结构1采用板构件时，横向卸荷增重结构2可按一定间隔设置，即沿竖向支护结构1的垂直方向（基坑或边坡7的深度方向）间隔布置两道或两道以上的横向卸荷增重结构，以进一步提高支护体系的支护效果。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。