外斜锚排桩支护结构及其嵌固稳定安全系数计算方法与流程

本公开涉及深基坑工程领域，尤其涉及一种外斜锚排桩支护结构及其嵌固稳定安全系数计算方法。

背景技术：

1、随着城市化的发展，基坑场地附近存在构筑物的情况也逐渐增多，因此对于基坑开挖时的抗倾覆稳定性提出了更高的要求。基坑场地在富水地层且临近地下结构时，常用的支护结构形式有地下连续墙、止水帷幕+双排桩、止水帷幕+单排桩等。

2、从实际应用来说，地下连续墙、止水帷幕+双排桩的支护结构能够有效的控制基坑的变形，提高基坑的抗倾覆稳定性，但是该方法在工程造价方面较高。止水帷幕+单排桩的支护方案更多地适用于浅基坑开挖，对于深基坑并不能保证基坑在开挖过程中的安全性。因此，对于富水地层且临近构筑物的基坑开挖支护结构设计方面，目前仍存在一些具有挑战性的问题，主要体现在提高支护结构抗倾覆稳定性与降低工程造价的矛盾方面。

技术实现思路

1、针对相关技术中的上述技术问题，本公开提出一种一种外斜锚排桩支护结构，能够克服现有技术存在的上述不足。

2、为实现上述技术目的，本公开的技术方案是这样实现的：

3、本公开第一个目的在于提供一种外斜锚排桩支护结构，其包括加宽冠梁，所述加宽冠梁位于基坑与所述地下结构之间，所述加宽冠梁顶部与地面齐平，所述加宽冠梁底部设有若干个排桩和若干个止水帷幕，所述止水帷幕位于排桩与所述地下结构之间；

4、所述加宽冠梁还连接有若干个外斜锚索，所述外斜锚索顶端与所述加宽冠梁相连接，所述外斜锚索底端斜向下延伸至所述止水帷幕与所述地下结构之间，所述外斜锚索底部纵向上低于基坑底。

5、优选地，所述排桩优选为钻孔灌注桩，所述止水帷幕优选为搅拌桩或旋喷桩。

6、优选地，所有所述排桩排成一列，所有所述止水帷幕排成另一列，相邻的两个所述止水帷幕两两相交从而使所有所述止水帷幕构成一个整体。

7、优选地，所述加宽冠梁设有与所述外斜锚索一一对应的预埋管和锚具，所述锚具位于所述加宽冠梁顶部；沿着所述预埋管斜向下连接有钻孔，所述钻孔斜向下穿过所述加宽冠梁或所述止水帷幕并延伸至所述止水帷幕与所述地下结构之间，所述外斜锚索顶端穿过所述预埋管后通过锚具锚定，所述外斜锚索底端通过所述钻孔延伸。

8、优选地，预埋管优选为贯穿所述加宽冠梁。

9、优选地，所述外斜锚索包括锚固段和自由段，所述锚固段顶端与所述自由段底端相连接，所述自由段顶端通过所述锚具锚定。

10、优选地，所述外斜锚索、预埋管、钻孔的中轴线重合，故所述外斜锚索中轴线与水平面之间的夹角值＝所述预埋管中轴线与水平面之间的夹角值，且均优选为60°——70°之间。

11、优选地，所述预埋管中轴线与水平面之间的夹角值优选为60°——70°之间。

12、优选地，所述止水帷幕底部低于所述排桩底部，所述排桩底部低于所述基坑底。

13、优选地，所述止水帷幕底部低于所述外斜锚索底部。

14、本公开第二目的在于提供所述的外斜锚排桩支护结构的嵌固稳定安全系数计算方法，其包括以下步骤：

15、s1测试参数：基于所述基坑，测试以下各参数：

16、ea为基坑主动土压力合力标准值，单位kn/m；

17、ep为基坑被动土压力合力标准值，单位kn/m；

18、za为主动土压力合力作用点至排桩底距离，单位m；

19、zp为被动土压力合力作用点至排桩底距离，单位m；

20、δx为所述排桩轴线与所述止水帷幕轴线的间距，单位m；

21、p为所述外斜锚索的设计荷载值，单位kn/m；

22、s2测量常数：t为所述加宽冠梁的厚度，单位m；

23、l为所述排桩的长度，单位m；

24、s3计算折减系数：根据所述外斜锚排桩支护结构的施工场地工程地质条件，设定折减系数λ，折减系数λ＜1；

25、s4计算夹角值：所述α可以取所述外斜锚索中轴线与水平面之间的夹角值或所述预埋管中轴线与水平面之间的夹角值；

26、s5得出结果：代入以下方程，计算嵌固稳定安全系数k：

27、

28、。

29、优选地，所述折减系数λ取值范围优选为0.5——1。λ取值可以通过现有技术或公知常识来实现，也可以直接根据经验等方式来设定。

30、相比较现有技术方案，本公开具有以下特点和有益效果：

31、(a)在富水地层，尤其是基坑附近存在地下结构时，对基坑的开挖稳定性提出了更高的要求。本公开中提出了一种采用止水帷幕+外斜锚排桩支护结构，外斜锚排桩支护结构由锚索和排桩组成。通过计算证明该方法能够有效的提高基坑的抗倾覆稳定性。

32、(b)在富水地层，尤其是基坑附近存在地下结构时，基坑往往采用止水帷幕+双排桩进行施工。本公开采用的止水帷幕+外斜锚排桩支护结构相较于双排桩减少了一排桩，能够在保证基坑稳定性的同时有效的减少工程造价。

33、(c)本公开提供的外斜锚排桩支护结构，可以将止水帷幕与排桩通过加宽冠梁连接为一个整体，在冠梁顶端斜向下施工锚索，从而使得锚索和排桩共同承担基坑开挖时土压力的作用，增加基坑的抗倾覆能力。

34、(d)本公开提出的嵌固稳定安全系数计算方法，针对上述外斜锚排桩支护结构提出抗倾覆稳定性的计算方法。充分考虑了主动土压力、被动他压力和锚索的设计荷载，由于止水帷幕对土压力具有一定的抵挡作用，因此引入主动土压力折减系数λ对主动土压力进行折减。折减系数λ可以根据施工场地工程地质条件进行取值，λ＜1，可以根据经验设定为0.5-1之间，λ取值可以通过现有技术或公知常识或直接通过经验等方式来确定。

技术特征：

1.一种外斜锚排桩支护结构，其特征在于，包括加宽冠梁(5)，所述加宽冠梁(5)位于基坑与所述地下结构(12)之间，所述加宽冠梁(5)顶部与地面(1)齐平，所述加宽冠梁(5)底部设有若干个排桩(3)和若干个止水帷幕(4)，所述止水帷幕(4)位于排桩(3)与所述地下结构(12)之间，所述加宽冠梁(5)宽度超过所述排桩(3)轴线与所述止水帷幕(4)轴线的间距；

2.根据权利要求1所述的外斜锚排桩支护结构，其特征在于，所述排桩(3)为钻孔灌注桩，所述止水帷幕(4)为搅拌桩或旋喷桩。

3.根据权利要求1所述的外斜锚排桩支护结构，其特征在于，所有所述排桩(3)排成一列，所有所述止水帷幕(4)排成另一列，相邻的两个所述止水帷幕(4)两两相交从而使所有所述止水帷幕(4)构成一个整体。

4.根据权利要求1所述的外斜锚排桩支护结构，其特征在于，所述加宽冠梁(5)设有与所述外斜锚索(8)一一对应的预埋管(6)和锚具(11)，所述锚具(11)位于所述加宽冠梁(5)顶部；沿着所述预埋管(6)斜向下连接有钻孔(7)，所述钻孔(7)斜向下穿过所述加宽冠梁(5)或所述止水帷幕(4)并延伸至所述止水帷幕(4)与所述地下结构(12)之间，所述外斜锚索(8)顶端穿过所述预埋管(6)后通过锚具(11)锚定，所述外斜锚索(8)底端通过所述钻孔(7)延伸。

5.根据权利要求4所述的外斜锚排桩支护结构，其特征在于，所述外斜锚索(8)包括锚固段(9)和自由段(10)，所述锚固段(9)顶端与所述自由段(10)底端相连接，所述自由段(10)顶端通过所述锚具(11)锚定。

6.根据权利要求1所述的外斜锚排桩支护结构，其特征在于，所述外斜锚索(8)、预埋管(6)、钻孔(7)的中轴线重合，故所述外斜锚索(8)中轴线与水平面之间的夹角值＝所述预埋管(6)中轴线与水平面之间的夹角值，且均为60°——70°之间。

7.权利要求1-6任一所述的外斜锚排桩支护结构的嵌固稳定安全系数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的嵌固稳定安全系数计算方法，其特征在于,所述折减系数λ取值范围为0.5——1。

技术总结
本公开提供一种外斜锚排桩支护结构及其嵌固稳定安全系数计算方法，外斜锚排桩支护结构包括加宽冠梁，加宽冠梁位于基坑与地下结构之间，加宽冠梁顶部与地面齐平，加宽冠梁底部设有若干个排桩和若干个止水帷幕，止水帷幕位于排桩与地下结构之间；加宽冠梁还连接有若干个外斜锚索，外斜锚索顶端与加宽冠梁相连接，外斜锚索底端斜向下延伸至止水帷幕与地下结构之间，外斜锚索底部纵向上低于基坑底。本公开将排桩和锚索通过加宽冠梁连成一个整体，共同提高基坑的抗倾覆稳定性；本公开同时提出应用于本支护结构的嵌固稳定安全系数计算方法，能够有效的解决当基坑位于富水地层且临近地下结构时的高性能支护结构稳定性问题。

技术研发人员：韩锋,王硕,刘国伟,王强,姚爱军,翟玉新,曹秀玲,赵聪,邵荣超,李晓阁,蔡崇德,李慧
受保护的技术使用者：中铁建设集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23