基于深度与中风化岩埋深的土岩基坑支护分类设计方法

摘要

本发明公开了一种基于深度与中风化岩埋深的土岩基坑支护分类设计方法，包括以下步骤：基于基坑深度与中风化岩埋深的关系，将土岩双元地层基坑进行划分；根据相应的划分类型，通过有限元模型分析得出基坑破坏形式，确定相对应类型的基坑支护方案。该方法针对基坑类型进行划分，并对相应基坑类型给出基坑支护方案，设计合理。

说明书

技术领域

本发明属于基坑支护技术类型，具体涉及一种基于深度与中风化岩埋深的土岩基坑支护分类设计方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

随城市建设发展，深基坑工程越来越多、深基坑支护技术要求也越来越高。多地有大量上边是土、下边为岩的基坑工程。目前相应规范缺乏对此类基坑的有效指导。基坑规范主要适应于土体基坑；边坡规范主要针对土体或岩体边坡。双元基坑或边坡工程规范基本处于空白状态。土岩双元边坡理论和技术制约此类工程科学性和合理性。

土岩组合地层中的基坑由于上覆土层与下设岩层刚度的差异，导致两者的变形大小不同。现土岩结合的深基坑项目在支护设计选择上常依赖当地工程经验，容易高估岩层强度而导致风险较大或没有充分发挥岩层强度而导致设计过于保守。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于深度与中风化岩埋深的土岩基坑支护分类设计方法，该方法针对基坑类型进行划分，并对相应基坑类型给出基坑支护方案，设计合理。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种基于深度与中风化岩埋深的土岩基坑支护分类设计方法，包括以下步骤：

基于基坑深度与中风化岩埋深的关系，将土岩双元地层基坑进行划分；

根据相应的划分类型，通过有限元模型分析得出基坑破坏形式，确定相对应类型的基坑支护方案。

作为进一步的技术方案，土岩双元地层基坑划分的步骤为：对比基坑深度与中风化岩埋深的位置关系，根据基坑深度、支护桩嵌固端与中风化岩层所在位置，对土岩双元地层基坑类型进行划分。

作为进一步的技术方案，土岩双元地层基坑的划分类型包括：中风化岩层顶面位于支护桩嵌固端以下、中风化岩层顶面大致与基坑底面齐平、中风化岩层底面在基坑底面以上。

作为进一步的技术方案，若基坑属于中风化岩层顶面位于支护桩嵌固端以下这一类型，则采用放坡土钉墙支护、复合土钉墙支护、嵌岩桩/墙支护、排桩/地连墙+逆作法施工中的一种进行基坑支护。

作为进一步的技术方案，在基坑支护的同时，减小支护桩的嵌固深度。

作为进一步的技术方案，若基坑属于中风化岩层顶面与基底齐平这一类型，采用放坡土钉墙支护、复合土钉墙支护、嵌岩桩/墙支护、排桩/地连墙+逆作法施工中的一种进行基坑支护。

作为进一步的技术方案，嵌岩桩/墙支护的方案中，采用单支点桩锚支护、多支点桩锚支护、地连墙+锚\撑支护、桩锚+坑内留台+喷锚中的一种进行支护。

作为进一步的技术方案，在基坑支护的同时，减小支护桩的嵌固深度。

作为进一步的技术方案，若基坑属于中风化岩层顶面位于基坑底面以上这一类型，采用放坡土钉墙支护、复合土钉墙支护、排桩/地连墙+逆作法施工、吊脚桩支护中的一种进行基坑支护。

作为进一步的技术方案，吊脚桩支护的方案中，采用吊脚桩锚/撑+裸露岩体、吊脚桩锚/撑+喷锚支护、吊脚桩锚/撑+微型桩、双排吊脚桩锚+喷锚支护、挡土墙+桩锚+格构柱中的一种进行支护。

作为进一步的技术方案，吊脚桩支护的方案中，若岩体弹性模量介于600MPa-4800MPa时，岩肩宽度为1.5～2.0m。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

本发明的方法，对基坑类型进行划分，可以根据划分类型进行判别，选取合适的深基坑支护结构，可以有效的解决：支挡构件深入中风化岩层过长时，施工困难、成本高、工期长以及存在着过分保守而造成巨大浪费等现象，从而促使土岩双元边工程更为科学合理，促进此类工程健康发展。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的方法流程图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的中风化岩层顶面在支护桩嵌固端以下的示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的中风化岩层顶面与基底齐平的示意图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的中风化岩层顶面位于基坑底面以上的示意图；

图5是本发明根据一个或多个实施方式的放坡土钉墙支护的示意图；

图6是本发明根据一个或多个实施方式的复合土钉墙支护的示意图；

图7是本发明根据一个或多个实施方式的地连墙+锚\撑支护的示意图；

图8是本发明根据一个或多个实施方式的桩锚+坑内留台+喷锚的示意图；

图9是本发明根据一个或多个实施方式的吊脚桩锚/撑+喷锚支护结构横剖面图；

图10是本发明根据一个或多个实施方式的吊脚桩锚/撑+微型桩支护结构示意图；

图11是本发明根据一个或多个实施方式的双排吊脚桩锚+喷锚支护结构示意图；

图12是本发明根据一个或多个实施方式的挡土墙+桩锚+格构柱支护结构示意图；

图13是本发明根据一个或多个实施方式的排桩/地连墙+逆作法施工支护结构示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中如出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种土岩双元地层基坑分类支护设计方法。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种基于深度与中风化岩埋深的土岩基坑支护分类设计方法。

基于基坑深度与中风化岩埋深的关系，以及地质条件，对土岩双元地层基坑类型进行归类划分为三种类型：中风化岩层顶面位于支护桩嵌固端以下、中风化岩层顶面大致与基坑底面齐平、中风化岩层底面在基坑底面以上。

由于中风化岩层的强度、硬度等优于土层，因此在基坑开挖至中风化岩层以下时，相应埋深的中风化岩层可以起到相对应的锚固支护效果，进而可以减少支护桩的使用，或者减少支护桩的埋深。

上述内容中的具体归类划分步骤为：对比基坑深度与中风化岩埋深的位置关系，根据基坑深度、支护桩嵌固端与中风化岩层所在位置，对土岩双元地层基坑类型进行归类划分。

得到基坑划分类型后，根据相应的划分类型，通过有限元模型分析得出基坑破坏形式，确定相对应类型的基坑支护方案。

中风化岩层顶面位于支护桩嵌固端以下、中风化岩层顶面大致与基坑底面齐平、中风化岩层底面在基坑底面以上，这三种类型的基坑存在自身相应的缺点以及可能出现的破坏情况，基坑破坏情形可根据有限元模型分析得出。第一种土岩基坑类型，在发生基坑破坏时，基坑滑裂面是一条贯穿了土层和岩层的圆弧滑动面，坡率较大时滑裂面底端位于边坡坡体上，坡率越小滑裂面底端与坡脚的距离越小，最终相切。第二种土岩基坑类型，在发生基坑破坏时，当坡率大于1:0.8时，滑坡体大部分都位于上部土层中，滑坡体的底端小部分位于强风化岩层中；当坡率小于1:0.8时，滑坡体位于土层中，强风化岩层内没有发生破坏。第三种土岩基坑类型，在发生基坑破坏时，当坡率大于1：0.8时，滑裂面是一条贯穿土层和强风化岩层的光滑曲面；坡率小于1:0.8时，滑裂面贯穿土层和强风化岩层，底端与强风化岩层相切，中风化岩层不发生破坏。

通过有限元模型分析和对比大量工程实例，针对基坑所处不同的土岩深度选取的支护类型进行归类，以下对不同基坑类型可采取的基坑支护方案进行一一说明。

其中，若基坑属于中风化岩层顶面位于支护桩嵌固端以下这一类型；基坑由土层向下开挖，基坑底面处于强风化岩层，且位于中风化岩层之上，支护桩在基坑侧部进行支护，支护桩的底部嵌固端处于强风化岩层，且位于中风化岩层之上；此种情况下，可将强风化岩层视为土层，采用放坡土钉墙支护、复合土钉墙支护、嵌岩桩/墙支护、排桩/地连墙+逆作法施工中的一种进行基坑支护。

同时，由于岩层优于土层，可减小支护桩的嵌固深度，从而使基坑支护方案更为经济合理。

其中，若基坑属于中风化岩层顶面与基底齐平这一类型，基坑由土层向下开挖，基坑底面与强风化岩层和中风化岩层的分界面齐平，也就是基坑底面与中风化岩层顶面齐平，支护桩的底部嵌固端位于中风化岩层；此种情况下，采用放坡土钉墙支护、复合土钉墙支护、嵌岩桩/墙支护、排桩/地连墙+逆作法施工中的一种进行基坑支护。

同时，由于支护桩桩体嵌入中风化岩层，故可减小支护桩的嵌固深度。

其中，若基坑属于中风化岩层顶面位于基坑底面以上这一类型；基坑由土层向下开挖，基坑底面位于中风化岩层，基坑底面以上为土层+强风化岩层+中风化岩层，支护桩的底部嵌固端嵌入中风化岩层；此类类型属于土岩组合深基坑；此种情况下，采用放坡土钉墙支护、复合土钉墙支护、排桩/地连墙+逆作法施工、吊脚桩支护中的一种进行基坑支护。

以上是支护方案适用于各工程，每个工程中根据不同的地质条件和支护要求可对支护形式进行相应的组合。

具体的，放坡土钉墙支护的方案，能充分利用岩土体自身强度，施工简单，经济实用，因此可用于以上三种类型的基坑。但是由于放坡需要较大的施工空间，一般城市建筑不能采用这一方案。

放坡土钉墙支护操作时，进行放坡施工，并在坡面施工喷射混凝土面层，在坡面倾斜打入土钉。

具体的，复合土钉墙支护的方案，当基坑深度不大、岩体质量较好时，特别对于以岩层为主的土岩组合基坑，可采用此支护，可用于以上三种类型的基坑。该支护类型可以更有效地利用岩层性能，有效地控制土层变形。

具体的，嵌岩桩/墙支护的方案，其可以采取的操作方式包括单支点桩锚支护、多支点桩锚支护、地连墙+锚\撑支护、桩锚+坑内留台+喷锚，可以采用这四种方式中的任一种进行支护。

此类支护方案有较高的竖向承载力和水平承载力，能较好地控制支护机构的侧向变形，从而能较好地控制坑外土体的沉降，可用于中风化岩层顶面位于支护桩嵌固端以下、中风化岩层顶面大致与基坑底面齐平这两种类型的基坑。

同时，由于桩墙嵌入中风化岩层，而岩层优于土层，故可适当减小支护桩嵌固深度，从而使基坑支护方案更为经济合理。

具体的，排桩/地连墙+逆作法施工的方案，该支护结构符合支护结构永久化理念，基坑水平支护结构与地下室结构楼板相结合，支护墙体与地下室墙体相结合。逆作法可实现基坑支护与地下结构协同设计：先施工支护结构，利用地下结构的抗力达到支护基坑的目的。

具体的，吊脚桩支护的方案，其可以采取的操作方式包括吊脚桩锚/撑+裸露岩体、吊脚桩锚/撑+喷锚支护、吊脚桩锚/撑+微型桩、双排吊脚桩锚+喷锚支护、挡土墙+桩锚+格构柱，可以采用这五种方式中的任一种进行支护。

其中，采用吊脚桩锚/撑+裸露岩体时，上部土层用吊脚桩锚/撑支护，采用大角度锚杆。下部岩层开挖后用机器整平，喷射混凝土面层或直接裸露施工。适用于岩层整体性较好，强度高且基坑开挖对周边岩体扰动较小的情况，其优点是设计思路简单，工程造价低，施工方便。

吊脚桩支护是土岩组合基坑的一种特有的支护形式，与嵌岩桩支护不同在于桩脚并没有达到基坑开挖深度以下，而是只嵌入岩层一定深度，适用于岩体完整、岩性较好的土岩组合基坑。吊脚桩支护能充分利用好岩层强度，大大减少嵌岩深度，减少施工难度。

吊脚桩虽有嵌岩部分，但其所嵌入的岩体部分有临空面，故其水平承载能力较小，容易发生踢脚破坏。受开挖条件限制，岩肩宽度不足以提供足够的嵌固力，须通过设置锁脚梁加锚索支护以提高岩肩嵌固力。

随着基坑的开挖，当直接开挖到土岩交界面时，吊脚桩桩身剪力和弯矩最大。桩脚处锚杆对于桩体的受力变形有较大影响，而嵌岩深度和岩肩宽度达到一定值后，继续增大对桩体的受力变形影响不大。根据数值模拟分析和工程经验，当岩体弹性模量介于600MPa到4800MPa时，最优设计嵌岩深度为1.5m左右，最优设计岩肩宽度为1.5～2.0m。

综上，当基底位于中风化岩层中时，采用吊脚桩支护比较合适，即适用于中风化岩层底面在基坑底面以上这一类型的基坑。

面对类似的土岩组合结构深基坑，由于双元基坑或边坡工程规范基本处于空白状态，基坑规范缺乏对此类基坑的有效指导，因此可以根据本发明定义的三种模型进行破坏类型判别，选取合适的深基坑支护结构。可以有效的解决：支挡构件深入中风化岩层过长时，施工困难、成本高、工期长以及存在着过分保守而造成巨大浪费等现象。促使土岩双元边工程更为科学合理，促进此类工程健康发展。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。