本發(fā)明涉及巖土工程領(lǐng)域，尤其涉及用于基坑工程的一種大直徑疏樁支護(hù)方法。

背景技術(shù)：

1、拱形結(jié)構(gòu)是一種主要承受軸向壓力并由兩端推力維持平衡的曲線結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)力小能夠節(jié)約耗材，跨越較大空間。無撐支護(hù)技術(shù)是在基坑外圍設(shè)置豎向圍護(hù)結(jié)構(gòu)，或增設(shè)其他支護(hù)措施使得基坑穩(wěn)定，而免于在基坑內(nèi)大量設(shè)置水平和豎向支撐體系。這一技術(shù)可大量節(jié)約鋼筋砼材料，同時(shí)大幅縮短基坑實(shí)施工期，具有低碳、經(jīng)濟(jì)、高效等優(yōu)點(diǎn)，具有推廣價(jià)值。

2、在6～10米深的基坑工程中常用的無撐支護(hù)有樁錨支護(hù)、雙排樁支護(hù)等技術(shù)，排樁中心距一般不大于樁直徑的2倍，密集的排樁在成本和碳排放方面均較高，如何突破這一限制是無撐支護(hù)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的是密布式排樁面臨的成本高、碳排放量大的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及一種大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)沿基坑邊沿排布的拱形單元、設(shè)置于拱形單元頂部并將拱形單元連接的水平頂板、布置在水平頂板背離基坑側(cè)面的硬化面、布置在硬化面一側(cè)的截水溝、緊貼于拱形單元臨基坑內(nèi)側(cè)豎直分布的防護(hù)面及設(shè)置于防護(hù)面外側(cè)面底部的排水溝；

3、所述拱形單元包括a型樁、b型樁及注漿孔；a型樁、b型樁和注漿孔均豎直設(shè)置；a型樁臨近基坑邊等間距分布，a型樁位于拱形單元拱弦區(qū)域(即圖1中虛線所表示的區(qū)域)的兩個(gè)端點(diǎn)，相鄰拱形單元共用相接處的a型樁；b型樁位于單元拱的頂點(diǎn)；注漿孔包括設(shè)置在單元拱弦區(qū)域的第一注漿孔、第二注漿孔和第三注漿孔。

4、進(jìn)一步的，所述第一注漿孔、第二注漿孔位于單元拱弦的1/4和3/4處；第三注漿孔位于相鄰a型樁的中點(diǎn)。

5、進(jìn)一步的，所述硬化面、截水溝及排水溝均水平布置；所述硬化面與防護(hù)面為防水護(hù)面；截水溝與排水溝為排水網(wǎng)絡(luò)；用于維持土體工程性質(zhì)。

6、進(jìn)一步的，所述a型樁的直徑大于b型樁的直徑，取1.0～1.5米，相鄰兩a型樁中心距大于1.5da+db使得樁力性能充分發(fā)揮并提高經(jīng)濟(jì)性，相鄰兩a型樁(1.1)中心距小于等于2.0da+db，防止樁間土剪切破壞，可形成土拱有效支擋樁間土。da為a型樁的直徑,db為b型樁的直徑；a型樁抗力大于1.2倍拱形單元承擔(dān)的土壓力合力。

7、進(jìn)一步的，所述b型樁的直徑小于a型樁的直徑，取0.6～0.8米，b型樁位于土拱高度范圍內(nèi)相鄰兩a型樁(1.1)間拱的最高點(diǎn)，與a型樁(1.1)形成土拱整體受力，b型樁至相鄰兩a型樁中點(diǎn)的垂直距離h為-0.5(da-db)～0.5da；所述b型樁長為lh+4～la,lh為基坑深度，la為a型樁長度；da為a型樁的直徑,db為b型樁的直徑；樁下端埋入硬質(zhì)土層中并進(jìn)行高壓注漿。

8、進(jìn)一步的，所述注漿孔由注漿管和水泥漿與原位土體固化形成；拱形單元的截面慣性矩i為π(0.0156da4+0.0156db4+0.25h2db2)；da為a型樁的直徑,db為b型樁的直徑。拱形單元整體受力，在拉大a型樁間距的前提下，仍可有效支擋基坑外圍土體。拱形單元的截面慣性矩大幅大于各樁截面慣性矩之和。

9、進(jìn)一步的，所述頂板寬度上前緣超出所述a型樁的直徑外側(cè)，后緣超出所述b型樁的直徑外側(cè)；所述頂板高度為0.6～0.8da；da為a型樁的直徑；頂板通過錨固連接拱形單元各構(gòu)件。

10、進(jìn)一步的作為本發(fā)明的另一方面，還涉及一種大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，包括如下步驟：

11、步驟1：基于水平條分發(fā)確定側(cè)向土壓力系數(shù)kci并計(jì)算側(cè)向土壓力強(qiáng)度qai和側(cè)向土壓力合力eai；

12、步驟2：采用彈抗法確定樁前土反力強(qiáng)度qpi和樁前土反力合力ppi；

13、步驟3：嵌固穩(wěn)定性驗(yàn)算及計(jì)算嵌固深度ld和a型樁(1.1)樁長l；

14、步驟4：結(jié)合樁身最大剪力和樁身最大彎矩，進(jìn)行樁內(nèi)力計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

15、所述步驟1的方法具體為：潛在滑動(dòng)面上土條主應(yīng)力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，σ1為最大主應(yīng)力，σ3為最小主應(yīng)力，σv為豎向應(yīng)力，σh為水平應(yīng)力，kai為第i層土主動(dòng)土壓力系數(shù)，γi為第i層土重度，zi為第i層土條中點(diǎn)埋深，ci為第i層土層粘聚力，為第i層土層內(nèi)摩擦角，h為基坑開挖深度，θi為第i層計(jì)算點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形量，apn為第n層土條對(duì)樁底的力臂，api為第i層土土反力合力對(duì)樁底的力臂，aai為主動(dòng)土壓力合力對(duì)樁底的力臂，zn為第n層土條中點(diǎn)埋深；

16、最大主應(yīng)力與旋轉(zhuǎn)角βi關(guān)系為：

17、由于

18、側(cè)向土壓力系數(shù)

19、側(cè)向土壓力強(qiáng)度qai＝kciγizi；

20、側(cè)向土壓力合力

21、所述步驟2的方法具體為：

22、土條水平抗力系數(shù)樁前土反力強(qiáng)度qpi＝kmi·vi+γi(zi-h)kai；

23、樁前土反力合力

24、進(jìn)一步的，所述步驟3的具體方法為：

25、拱形單元的嵌固穩(wěn)定驗(yàn)算嵌固深度ld＝apn+zn-h；

26、a型樁(1.1)樁長l＝ld+h。

27、進(jìn)一步的，所述步驟4的具體方法為：

28、當(dāng)qpi＝qai時(shí)，樁身最大剪力qmax＝∑eai-∑ppi；

29、當(dāng)∑eai＝∑ppi時(shí)，樁身最大彎矩mmax＝∑ppi?api-∑eaiaai；

30、從而確定a型樁的直徑與間距。

31、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

32、(1)本發(fā)明的大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過在拱形單元相鄰兩a型樁之間拱形頂點(diǎn)設(shè)置b型樁，從而拉大了較大直徑a型樁的間距，b型樁較a型樁直徑小而長度短。頂板與a型樁、b型樁及所圍合范圍土體形成一個(gè)拱形結(jié)構(gòu)，拱形結(jié)構(gòu)剛度大，穩(wěn)定性好，施工便利，效率高；在保證抗彎能力較高的前提下使a型樁數(shù)量和b型樁耗材降低，提供了無障礙基坑內(nèi)作業(yè)空間。在滿足基坑穩(wěn)定的前提下，同時(shí)降低了成本、工期和碳排放使得工期大幅縮短；達(dá)到了綠色、低碳、高效的有益效果。

33、(2)本發(fā)明的大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，耗材低，經(jīng)濟(jì)性好，綠色低碳。改進(jìn)了密集排樁耗材高的問題，使得成本、碳排放均降低，環(huán)境友好。

技術(shù)特征：

1.一種大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括多個(gè)沿基坑邊沿排布的拱形單元(1)、設(shè)置于拱形單元頂部并將拱形單元連接的水平頂板(2)、布置在水平頂板(2)背離基坑側(cè)面的硬化面(3)、布置在硬化面(3)一側(cè)的截水溝(5)、緊貼于拱形單元(1)臨基坑內(nèi)側(cè)豎直分布的防護(hù)面(4)及設(shè)置于防護(hù)面(4)外側(cè)面底部的排水溝(6)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述第一注漿孔(1.3.1)、第二注漿孔(1.3.2)位于單元拱弦的1/4和3/4處；第三注漿孔(1.3.3)位于相鄰a型樁(1.1)的中點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述硬化面(3)、截水溝(5)及排水溝(6)均水平布置；所述硬化面(3)與防護(hù)面(4)為防水護(hù)面；截水溝(5)與排水溝(6)為排水網(wǎng)絡(luò)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述a型樁(1.1)的直徑大于b型樁(1.2)的直徑，取1.0～1.5米，相鄰兩a型樁(1.1)中心距大于1.5da+db使得樁力學(xué)性能充分發(fā)揮并提高經(jīng)濟(jì)性，相鄰兩a型樁(1.1)中心距小于等于2.0da+db；da為a型樁(1.1)的直徑,db為b型樁(1.2)的直徑。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述b型樁(1.2)的直徑小于a型樁(1.1)的直徑，取0.6～0.8米，b型樁(1.2)位于土拱高度范圍內(nèi)相鄰兩a型樁(1.1)間拱的最高點(diǎn)，與a型樁(1.1)形成土拱整體受力，b型樁(1.2)至相鄰兩a型樁(1.1)中點(diǎn)的垂直距離h為-0.5(da-db)～0.5da；所述b型樁(1.2)長為lh+4～la,lh為基坑深度，la為a型樁(1.1)長度；da為a型樁(1.1)的直徑,db為b型樁(1.2)的直徑；樁下端埋入硬質(zhì)土層中并進(jìn)行高壓注漿。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述注漿孔(1.3)由注漿管和水泥漿與原位土體固化形成；拱形單元(1)的截面慣性矩i為π(0.0156da4+0.0156db4+0.25h2db2)；da為a型樁(1.1)的直徑,db為b型樁(1.2)的直徑。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述頂板(2)寬度上前緣超出所述a型樁(1.1)的直徑外側(cè)，后緣超出所述b型樁(1.2)的直徑外側(cè)；所述頂板(2)高度為0.6～0.8da；da為a型樁(1.1)的直徑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，其特征在于，包括如下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟3的具體方法為：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟4的具體方法為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種大直徑疏樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)沿基坑邊沿排布的拱形單元、設(shè)置于拱形單元頂部并將拱形單元連接的水平頂板、布置在水平頂板背離基坑側(cè)面的硬化面、布置在硬化面一側(cè)的截水溝、緊貼于拱形單元臨基坑內(nèi)側(cè)豎直分布的防護(hù)面及設(shè)置于防護(hù)面外側(cè)面底部的排水溝；所述拱形單元包括A型樁、B型樁及注漿孔；A型樁位于拱形單元拱弦區(qū)域的兩個(gè)端點(diǎn)，相鄰拱形單元共用相接處的A型樁；B型樁位于單元拱的頂點(diǎn)；注漿孔包括設(shè)置在單元拱弦區(qū)域的第一注漿孔、第二注漿孔和第三注漿孔；具備結(jié)構(gòu)剛度大，穩(wěn)定性好，施工便利，提供無障礙坑內(nèi)作業(yè)空間，使得工期大幅縮短；達(dá)到了綠色、低碳、高效的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：孫盼,劉海濤,常學(xué)生,孔雨,顧鳳鳴,趙洪峰,楊國安,江強(qiáng)強(qiáng),周衛(wèi),石峰,李堅(jiān),陳濤,鄭紅衛(wèi)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17