土钉墙与桩锚复合支护型式中分段支护高度的选取方法与流程

本发明涉及岩土工程基坑支护，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：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

技术实现思路

1、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。

2、要解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

3、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：

4、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，n为正整数；桩锚分段支护高度为；

5、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，

6、

7、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，

8、

9、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为：

10、

11、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，

12、

13、步骤四：通过计算式，计算得n个不同的土钉墙分段支护高度分别对应的综合安全系数：

14、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，将数值最小的综合安全系数记为最小安全系数，通过计算式，分别对n个综合安全系数进行无量纲化处理，得：

15、

16、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和施工成本

17、

18、

19、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，将数值最小的施工工期记为最小施工工期，通过计算式，分别对n个施工工期进行无量纲化处理，得：

20、

21、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，将数值最小的施工成本记为最小施工成本，通过计算式，分别对n个施工成本进行无量纲化处理，得：

22、

23、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

24、

25、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，

26、

27、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，最大综合系数所对应的土钉墙分段支护高度即为最优土钉墙分段支护高度。

28、进一步地，步骤二中，所述土钉墙整体稳定安全系数和桩锚整体稳定安全系数的计算方式为通过理正深坑支护结构设计软件进行计算，软件运行计算之前，需要在软件中输入基本信息、土层信息、支锚信息、面层参数。

29、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。

30、进一步地，步骤四中，所述施工工期和施工成本的计算式为

31、

32、

33、其中，是第k层土钉的总长度，单位是m；是第e层锚索的总长度，单位是m；是支护桩总工程量，单位是m；是土方总开挖量，单位是；是冠梁总工程量，单位是m；是土钉养护龄期，单位是d；是锚索养护龄期，单位是d；是支护桩养护龄期，单位是d；是冠梁养护龄期，单位是d；是土钉施工效率，单位是m/d；是锚索施工效率，单位是m/d；是支护桩施工效率，单位是m/d；是冠梁施工效率，单位是m/d；是土方施工效率，单位是，是土钉施工成本，单位是元/m；是锚索施工成本，单位是元/m；是支护桩施工成本，单位是元/m；是冠梁施工成本，单位是元/m；是土方施工成本，单位是元；k∈[1,s],s为土钉的总层数，k、s为正整数；e∈[1,r],r为锚索的总层数，e、r为正整数。

34、本发明可以达到的有益效果为：

35、（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。

36、（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。

37、（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。

38、（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。

技术特征：

1.一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，其特征是：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的土钉墙与桩锚复合支护型式中分段支护高度的选取方法，其特征是：步骤二中，所述土钉墙整体稳定安全系数和桩锚整体稳定安全系数的计算方式为通过理正深坑支护结构设计软件进行计算，软件运行计算之前，需要在软件中输入基本信息、土层信息、支锚信息、面层参数。

3.根据权利要求2所述的土钉墙与桩锚复合支护型式中分段支护高度的选取方法，其特征是：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。

4.根据权利要求1所述的土钉墙与桩锚复合支护型式中分段支护高度的选取方法，其特征是：步骤四中，所述施工工期和施工成本的计算式为

技术总结
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，根据工程实际确定基坑深度，选取n个不同的土钉墙分段支护高度；分别计算得到相应的土钉墙整体稳定安全系数和桩锚整体稳定安全系数；计算得n个不同的土钉墙分段支护高度分别对应的综合安全系数、施工工期和施工成本，然后分别对综合安全系数、施工工期和施工成本进行无量纲化处理，分别针对n个不同的土钉墙分段支护高度计算得相应的综合系数，其中最大综合系数所对应的土钉墙分段支护高度即为最优土钉墙分段支护高度；本技术方案可综合发挥土钉墙与桩锚的工期、成本与安全性优势。

技术研发人员：殷允腾,赵恒宝,张清泉,靳挺杰,王洪涛,肖鹏飞,石义,潘合斌,武帅,芦巍,刘帅帅,岳光耀,王笑
受保护的技术使用者：济南城建集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14