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土钉墙与桩锚复合支护型式中分段支护高度的选取方法

文献发布时间：2024-01-17 01:26:37

技术领域

本发明涉及岩土工程基坑支护技术领域，具体涉及一种土钉墙与桩锚复合支护型式中分段支护高度的选取方法。

背景技术

在目前基坑支护领域中，比较常用的两种支护型式有：（1）土钉墙；（2）围护桩与锚索（杆）支护，即桩锚支护。

土钉墙是一种原位土体加筋技术。该支护技术是将由钢筋制成的土钉或锚索（杆）插入岩土体内部，并通过注浆将杆体与周围土体牢固粘结形成复合体，然后在边坡表面铺设钢筋网和喷射混凝土面层。土钉墙对岩土体进行了局部加固的同时，也极好的利用了土方的自稳能力，构成的类似重力挡土墙的支护结构，因此经济性比较高，施工进度比较快。

桩锚是深基坑的一种重要的支护措施，利用锚索（杆）的锚固力和抗滑桩的阻滑力来阻挡基坑边坡下滑。桩锚体系主要由围护桩、锚索（杆）、围檩和冠梁4部分组成，它们之间相互联系，相互影响，相互作用，形成一个有机整体。桩锚体系通过锚索（杆）预应力，并将基坑的变形控制在允许的范围内。在周边环境复杂的深基坑中桩锚支护应用广泛，但是整体造价较高，施工进度慢。

在保证岩土体稳定性和变形控制的同时，为了降低基坑的支护成本，目前很多基坑采用土钉墙与桩锚复合支护型式，即上部采用土钉墙，下部采用桩锚的复合式支护型式。这样不仅可以发挥桩锚刚度大、变形控制好的优势，还可以充分利用土体的自稳能力，降低工程造价，加快施工进度。但是在深基坑中，如果上部土钉墙高度太大，就增大土方开挖量，且不能有效控制岩土体变形，降低基坑安全性；如果上部土钉墙高度太低，就增加支护造价，增加支护施工工期，因此如何实现土钉墙与桩锚复合支护型式中各个支护高度的合理选取是基坑工程支护设计中需要解决的重要问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是弥补现有技术的不足，提供一种土钉墙与桩锚复合支护型式中分段支护高度的选取方法。

要解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种土钉墙与桩锚复合支护型式中分段支护高度的选取方法，包括以下步骤：

步骤一：根据工程实际确定基坑深度H，选取n个不同的土钉墙分段支护高度

步骤二：每个土钉墙分段支护高度内存在i种不同工况，i≥0；针对每个土钉墙分段支护高度，分别计算i种不同工况的土钉墙稳定安全系数

针对第m个土钉墙分段支护高度，m∈[1,n]，将相对应的i种不同工况的土钉墙稳定安全系数根据数值大小进行排序，将数值最小的土钉墙稳定安全系数记为第m个土钉墙分段支护高度的土钉墙整体稳定安全系数

则n个不同的土钉墙分段支护高度分别对应的土钉墙整体稳定安全系数

步骤三：针对步骤一中选取的n个不同的土钉墙分段支护高度，分别计算得到桩锚整体稳定安全系数

步骤四：通过计算式

对n个综合安全系数根据数值大小进行排序，将数值最大的综合安全系数记为最大安全系数

步骤五：针对步骤一中选取的n个不同的土钉墙分段支护高度，分别计算相应的施工工期

对n个施工工期根据数值大小进行排序，将数值最大的施工工期记为最大施工工期

对n个施工成本根据数值大小进行排序，将数值最大的施工成本记为最大施工成本

步骤六：根据工程实际，分别对综合安全系数、施工工期和施工成本的占比赋值A、B、C，且A+B+C=1，通过计算式

分别针对n个不同的土钉墙分段支护高度计算得到相应的综合系数

对n个综合系数根据数值大小进行排序，将数值最大的综合系数记为最大综合系数

进一步地，步骤二中，所述土钉墙整体稳定安全系数

进一步地，步骤二中所述基本信息包括安全等级、坡角参数、支护桩参数、冠梁参数、超载参数；所述土层信息包括土层参数和地下水位参数；所述支锚信息包括土钉参数和锚索参数。

进一步地，步骤四中，所述施工工期

其中，

本发明可以达到的有益效果为：

（1）本技术方案综合考虑了安全系数、施工工期、施工成本三方面的因素，符合基坑支护工程的实际情况，得出的最优分段高度可综合发挥土钉墙与桩锚的工期、成本与安全性优势。

（2）本技术方案为基坑在采用土钉墙与桩锚复合支护型式的参数选取提供了有效的理论支持，弥补了现行技术规范中对相关规定的不足。

（3）本技术方案在基坑土钉墙与桩锚复合支护设计中，将不同类型支护型式按同一类指标进行统一化处理，有效克服了现有技术中不同支护型式在安全性、支护工期、支护成本、土方开挖等方面因巨大差异而无法定量分析评价的缺点。

（4）本技术方案将安全系数、施工工期和施工成本等方面的指标计算值在0～1区间内进行了无量纲化处理，并给出了具体处理原则和方法，可有效弥补现行规范中对不同指标参数之间由于单位不一致而难以对比评价的不足。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是本发明中土钉墙分段支护高度和桩锚分段支护高度示意图。

图3是本发明实施例在软件中输入桩锚分段支护参数界面左半面示图。

图4是本发明实施例在软件中输入桩锚分段支护参数界面右半面示图（一）。

图5是本发明实施例在软件中输入桩锚分段支护参数界面右半面示图（二）。

图6是本发明实施例在软件中输入桩锚分段支护参数界面右半面示图（三）。

图7是本发明实施例在软件中输入土钉墙分段支护参数界面左半面示图。

图8是本发明实施例在软件中输入土钉墙分段支护参数界面右半面示图（一）。

图9是本发明实施例在软件中输入土钉墙分段支护参数界面右半面示图（二）。

图10是本发明实施例在软件中输入土钉墙分段支护参数界面右半面示图（三）。

图11是本发明实施例在软件中输入土钉墙分段支护参数界面右半面示图（四）。

图12是本发明实施例中土钉墙分段支护高度为0m时的设计施工图。

图13是本发明实施例中土钉墙分段支护高度为3m时的设计施工图。

图14是本发明实施例中土钉墙分段支护高度为5m时的设计施工图。

图15是本发明实施例中土钉墙分段支护高度为7m时的设计施工图。

图16是本发明实施例中土钉墙分段支护高度为10m时的设计施工图。

图17是本发明实施例中土钉墙分段支护高度为12m时的设计施工图。

图18是本发明实施例中土钉墙分段支护高度为15m时的设计施工图。

BG-1：地面标高；BG-2：桩顶标高；BG-3：坑底标高；BG-4：桩底标高；

ZH-1：土钉墙支护；ZH-2：桩锚支护；ZH-3：支护桩；

TD：土钉；MS：锚索；

TD1、TD2、TD3、TD4、TD5、TD6为土钉的编号，例如：“TD1”表示第1层土钉；

MS1、MS2、MS3、MS4、MS5为锚索的编号，例如：“MS1”表示第1层锚索；

“MS1：22m@1.6m”中，“：”表示后面的内容为该锚索的具体技术参数，“22m”表示锚索长度，“@1.6m”表示锚索的水平间距；

“TD1:3m@1.6m”中，“：”表示后面的内容为该土钉的具体技术参数，“3m”表示土钉长度，“@1.6m”表示土钉的水平间距。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一、工程概况

某基坑工程平面尺寸9.6×9.6m，开挖深度15.0m，工作面宽1.0m，支护结构安全等级为一级。拟建场地地形平坦，场地地貌类型为山前冲积平原。地下水属第四系孔隙潜水，主要赋存于⑤层以下各层砂土、卵石中，稳定水位平均埋深7.0m。

根据钻探揭露，结合土工试验成果，勘察深度范围内场地地层主要包括：杂填土（Q

设计采用土钉墙与桩锚复合支护型式，桩径800mm，间距1.6m，冠梁尺寸1000×800mm，土钉墙按1：0.4放坡。

二、综合安全系数计算

为综合对比不同土钉墙分段支护高度对安全性、施工工期、施工成本的影响，分别选取土钉墙分段支护高度为0m、3m、5m、7m、10m、12m、15m，建立计算模型。为控制基坑变形量，当土钉墙深度为10m、12m、15m时采用含锚索的复合土钉墙支护型式，为对比效果明显，支护桩嵌固深度、土钉和锚索的间距在不同分段高度的情况下保持一致。

在理正深坑支护结构设计软件PB7.0中输入：基本信息（安全等级、坡角、支护桩、冠梁、超载参数）、土层信息（土层参数、地下水位）、支锚信息（土钉和锚索参数）、其他信息（面层参数），如图3-图11所示。

通过软件分别计算得到不同土钉墙分段支护高度下，第i个不同工况的整体稳定安全系数

通过软件分别计算得到不同土钉墙分段支护高度的桩锚整体稳定安全系数

通过计算式

对上述7个综合安全系数根据数值大小进行排序，将数值最大的综合安全系数记为最大安全系数