直立式基坑支护结构的设计方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及基坑工程技术领域，尤其是直立式基坑支护结构的设计方法。
【背景技术】
[0002] 目前，对于软土基坑的支护结构形式一般采用水泥土重力式围护墙或钻孔灌注粧 +坑内支撑，但是两者分别有各自的优缺点。
[0003] 水泥土重力式围护墙的优点是:一般坑内无支撑，便于快速挖土，兼有挡土和止水 的双重功能，但缺点在于:位移控制能力较弱，施工质量难以控制，经济性一般。
[0004] 钻孔灌注粧+坑内支撑的优点是:适用土质、土层范围较广，对周围环境影响小，但 缺点在于:对于浅层基坑的每米造价较高，且内支撑对挖土带来不便，后期支撑须拆除，影 响工期。
[0005] 相应的设计方法，目前对于单排支护粧的计算方法和规范已经成熟，但对于双排 支护粧的计算方法和规范尚且不足。
[0006] 目前的双排粧规范计算模式如图1所示，其假设条件如下：1)前、后排粧粧径相等， 粧间距相等，粧长相等;2)后排粧后主动土压力根据面积比分配给前后排粧，即传递至前排 的土压力为Pab=(l-0)Pak，其中Pak为主动土压力，0=34/以+5[3);3)粧间土假设为薄压缩层， 并以水平弹簧模拟;4)前排粧嵌固段采用被动土弹簧模拟。但上述计算模式具有如下不足： 1)实际工程中前后排粧间距通常是前密后疏，粧径可以不等，粧长也可以不等，规范方 法及以规范方法为依据的软件均不能用于计算实际工程。
[0007] 2)规范计算模式考虑后排粧对前排粧土压力的遮拦作用，但前后排土压力分配又 与后排粧间距等因素无关，其合理性有待商榷。
[0008] 3)当双排粧的排距较大时，粧间土视为弹性压缩层的合理性有待商榷。
[0009] 4)实测资料表明：规范方法计算变形偏大，弯矩偏大，配筋量偏大。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了直立式基坑支护结构的设计方 法，通过设置对直立支护结构施加内撑或外拉作用的支撑体，使支护结构兼备加筋、挡土、 止水多重作用，约束了土体变形，增强基坑坑壁稳定性。相应双排粧的设计方法通过将排粧 等效刚度板，实现前后排粧不同粧径不同粧间距的情况时的基坑支护结构的变形内力的计 算，与规范方法相比，计算的变形内力与工程实测的结果更加吻合。
[0011] 本发明目的实现由以下技术方案完成： 一种直立式基坑支护结构的设计方法，其特征在于:所述支护结构直立设置在基坑外 围，所述支护结构包括支护粧及支撑体，所述支撑体呈倾斜设置，所述支撑体的顶端与粧顶 连接固定，所述设计方法至少包括以下步骤： 将所述支撑体按刚度简化为所述基坑支护结构的一个支点； 计算所述支护粧和所述支撑体在土压力作用下的变形内力； 计算所述支撑体所需要的抗力;根据所述支撑体所需要的抗力，计算所述支撑体与所 述支护粧之间的夹角以及所述支撑体的长度。
[0012] 所述支护粧是单排粧，或者是双排粧。
[0013] 所述粧顶固定设置有压顶，所述支撑体的顶端与粧顶连接固定指的是所述支撑体 的一端与所述压顶连接固定。
[0014] 所述支撑体底端或者设置于基坑底部，或者设置于基坑外侧，且所述支撑体底端 与土体固定连接。
[0015] 所述的固定连接是通过设置在所述支撑体底端的锚固结构实现的，所述锚固结构 是位于所述支撑体的底端表面的螺纹状锚固结构，或者是通过注浆形成锚固体实现的锚固 结构。
[0016] 当所述基坑支护粧采用双排粧时，将前、后排支护粧等效为具有相同抗弯强度的 钢板进行所述支护粧变形内力的计算。
[0017] 将所述后排支护后主动土压力根据面积比分配给前、后排支护粧并进行折减，其 折减系数由监测数据反演分析确定;粧间土对所述前排支护粧的土压力采用静止土压力考 虑并进行折减，其折减系数由监测数据反演分析确定;粧间土对所述后排支护的土压力采 用被动土弹簧模拟，模拟范围为楔形体与后排粧相交深度以下;所述前排支护粧的嵌固段 采用被动土弹簧模拟。
[0018] 本发明的优点是:直立式基坑支护结构兼备加筋、挡土、止水多重作用，约束了土 体变形，增强了基坑坑壁稳定性。相应双排粧土压力分配理论研究在岩土界长期争议，未有 定论，监测数据是最具说服力的实测资料，改进计算模式利用监测数据反演计算参数，为解 决这一问题提供有效途径;改进计算模式可以考虑前后排粧不同粧径，不同粧长，不同粧间 距等各种实际工况;改进计算模式试算已有工程，变形减小，与监测变形较为相近;改进计 算模式可以考虑新工艺注浆钢管粧作用，相比于传统计算模式，对结构抗倾覆、土体抗隆起 和整体稳定性均是有利的。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的计算模型图； 图2为现有技术中的计算模型图； 图3为本发明的抗倾覆模型图； 图4为现有技术中的抗倾覆模型图； 图5为本发明的抗隆起模型图； 图6为现有技术中的抗隆起模型图； 图7为本发明的整体稳定性模型图； 图8为现有技术中的整体稳定性模型图； 图9为具有内撑式支撑体的直立式单排粧基坑支护结构的示意图； 图10为具有内撑式支撑体的直立式双排粧基坑支护结构的示意图； 图11为具有外拉式支撑体的直立式单排粧基坑支护结构的示意图I; 图12为具有外拉式支撑体的直立式单排粧基坑支护结构的示意图Π ; 图13为具有外拉式支撑体的直立式双排粧基坑支护结构的示意图； 图14为具有内撑式支撑体的直立式单排粧基坑支护结构的示意图Π ; 图15为具有内撑式支撑体的直立式双排粧基坑支护结构的示意图Π ; 图16为具有内撑外拉式支撑体的直立式单排粧基坑支护结构的示意图； 图17为具有内撑外拉式支撑体的直立式双排粧基坑支护结构的示意图； 图18为本发明设置有降水井的支护结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]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1-18所示，图中标记1-9分别表示为:压顶1、支护粧2、加强体3、支撑体4、锚固结构 5、基坑6、底部土体7、降水井8、配筋垫层9。
[0021 ]实施例一：如图9所示，本实施例中的内撑式直立支护结构包括支护粧2和支撑体 4,其中支护粧2采用单排结构，其设置在基坑6的外围且呈直立式，支撑体4用于内撑支护粧 2从而提高支护粧2的支护效果及其稳定性。在支护粧2的粧顶设置有压顶1。压顶1的内侧端 部伸出于基坑6的坑壁并朝向基坑内。支撑体4的一端与位于支护粧2粧体粧顶的压顶1相连 接固定，支撑体4呈倾斜设置，其另一端插入到基坑6的底部土体7之中；此时，由于支撑体4 插入底部土体7的内部，可对底部土体7进行加固，抵抗坑底土体隆起。在基坑6坑内距其边 线一定范围内设置有配筋垫层9,进一步抵抗坑底土体隆起。支撑体4在插入底部土体7之前 穿过配筋垫层9。在支护粧2的粧身内部设置有加强体3,加强体3用于加强支护粧2的刚度和 稳定性。
[0022] 在支撑体4插入底部土体7的该侧端部设置有锚固结构5,锚固结构5用于提高支撑 体4与底部土体7之间连接的紧密性，即提高支撑体4的支撑效果及其稳定性。
[0023] 支护粧2呈间隔设置，相邻的支护粧2之间留有空隙，支撑体4的布置位置与空隙的 位置一一形成对应，保证若干支撑体4的内撑力能够均匀施加到支护结构上。
[0024] 如图10所示，支护粧2采用双排结构。压顶1设置在两根粧体之间，压顶1的两端分 别与两根粧体连接固定。支撑体4的一端固定连接在临近于内侧粧体的压顶1上，支撑体4呈 倾斜设置，其另一端插入到基坑6的底部土体7之中；此时，由于支撑体4插入底部土体7的内 部，可对底部土体7进行加固，抵抗坑底隆起。
[0025]为了增加呈双排结构的支护粧2的粧间土强度，提高双排粧支护结构的稳定性，如 图18所示，在两根支护粧2之间设置有降水井8,降水井8可以降低坑内水位，从而增加粧间 土强度，提高双排粧支护结构的稳定性。
[0026] 当支护粧2为灌注粧时，相邻的灌注粧之间留有间隙，支撑体4的布置位置与空隙 的位置 形成对应，保证若干支撑体4的内撑力能够均匀施加到支护结构上。而当支护粧 2为搅拌粧时，其粧身连成一体，为了保证支撑体4的内撑力能够均匀施加到支护结构上，若 干支撑体4均匀布置。
[0027] 如图9和图10所示，加强体3可以根据需要选择性的插入，即支护粧2本身强度满足 设计需要时，无需在支护粧2内插入加强体3,反之，当支护粧2的强度无法满足设计需要时， 则可以通过向支