(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211148951.4 (22)申请日 2022.09.21 (71)申请人 中冶武勘工程 技术有限公司 地址 430080 湖北省武汉市青山区冶金 大 道17号 (72)发明人 陈斌　尤涵锐　谢亮　李春磊　 吴琪　叶子航　刘绍卿　杨光煜　 谢佳海　潘中祺　 (74)专利代理 机构 武汉楚天专利事务所 421 13 专利代理师 杨宣仙 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种土岩结合基坑吊脚桩支护结构的设计 方法 (57)摘要 本发明提出了一种土岩结合基坑吊脚桩支 护结构的设计方法， 所述吊脚桩支护结构包括支 护桩以及坑内预留岩肩， 设计方法包括以下步 骤： 借助有限元软件建立半无限岩体及实际有限 岩体模型， 施加均布荷载作用于岩体模型上， 计 算岩体水平抗力系数并比较得到有 限岩体的折 减系数， 设计时将折减系数代入规范方法中计算 有限岩体的水平抗力系数； 利用理正深基坑软件 完成支护桩位移、 被动抗力安全系数、 抗倾覆、 抗 滑移验算， 确定适宜嵌岩深度， 根据软件计算出 的剪力和弯矩确定桩身配筋； 验算桩 前预留岩肩 的抗剪、 抗拉承 载力， 确定岩肩宽度。 本发明充分 考虑桩前预留岩肩的被动抗力作用， 可有效减短 支护桩嵌岩深度， 节省支护成本， 具有一定的经 济效益。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115455711 A 2022.12.09 CN 115455711 A 1.一种土岩结合基坑吊脚桩支护结构的设计方法， 所述吊脚桩支护结构包括支护桩以 及坑内预留岩肩， 其特 征在于， 设计方法包括以下步骤： 步骤一： 建立半无限岩体模型和有限宽度岩体模型， 所述半无限岩体模型满足尺寸效 应要求， 所述实际有限宽度岩体模型满足边界条件要求， 提交分析， 进入后处 理模块； 步骤二： 根据后处理结果计算所述岩体各深度节点上的有限岩体水平抗力系数折减系 数， 进一步确定有限岩体水平抗力系 数比例系 数的折减系 数， 根据折减系 数代入经验公式 得到实际设计时的水平抗力系数； 步骤三： 采用弹性抗力法计算模型， 在天汉基坑软件中输入桩长、 桩径、 土层信息、 基坑 深度等相关设计参数， 其中基底定义为预留岩肩顶面， 对岩肩高度范围内的岩层进行被动 区加固， 输入加固后的水平抗力系 数比例系 数， 确保其与步骤二中代入折减系数后计算的 水平抗力系数比例系数相等， 进一步完成支护桩的位移验算、 被动抗力安全系数验算、 抗倾 覆、 抗滑移 等验算， 根据验算结果确定最佳嵌岩深度H， 并根据软件输出的剪力、 弯矩图进 行 桩身配筋； 步骤四： 确定吊脚桩设计计算参数， 包括步骤三中确定的最佳嵌岩深度H， 预留岩肩宽 度B， 高度Z， 上覆土层重度 γ1， 粘聚力c1， 内摩擦角 层厚h， 基岩重度 γ， 黏聚力c， 内摩擦 角 桩岩界面外摩擦角 δ， θ为极限状态下最危险的滑裂面与水平面的夹角； 根据工程经验 确定一个预留岩肩宽度B， 并将预留岩肩宽度B带入公式对预留岩肩承载力进行验算， 包括 预留岩肩抗剪承载力的验算和预留岩肩抗拉承载力的验算， 且两者应同时满足要求； 具体 验算过程如下： (1)预留岩肩宽度B满足以下 条件时， 预留岩肩抗剪承载力满足设计要求： a.当H≤Btanθ 时， 根据三角形滑动土楔体的受力平衡得： 此时岩肩宽度可进 一步减小； b.当Btanθ＜H ≤Z时， 预留岩肩宽度B需满足以下 条件： 式中： (2)预留岩肩宽度B满足以下 条件时， 预留岩肩的抗拉承载力符合设计要求： 式中： Ea为支护桩所受主动土压力合力； M为预留岩肩受到的主动土压力产生的弯矩， M ＝Ea·a； a为主动土压力合力作用点至验算截面的垂直距离； z为验算截面至岩肩顶的垂直 距离； σf为预留岩肩部分的岩石单轴抗拉强度， 一般取抗拉强度的1/10～1/30， 具体应参照 土工试验结果， 无 试验资料时可 取0.15倍的抗压强度； 步骤五： 步骤四中岩肩宽度B应同时满足预留岩肩抗剪承载力要求和预留岩肩抗拉承 载力要求， 其中任一条件不满足或存在富余， 改变岩肩宽度B的取值经多次循环试算， 直至 确定最佳嵌岩 深度及岩肩宽度。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115455711 A 22.根据权利要求1所述的一种土岩结合基坑吊脚桩支护结构的设计方法， 其特征在于： 所述步骤一中岩体模型采用平面应变模型， 模型尺寸水平方向两侧各取两倍计算深度， 竖 直方向取两倍计算深度。 3.根据权利要求1所述的一种土岩结合基坑吊脚桩支护结构的设计方法， 其特征在于： 所述步骤一中岩体模型采用Hoek ‑Brown本构模型， 两模型中的岩体参数、 网格、 工况、 荷载 和边界条件等均应保持一 致。 4.根据权利要求1所述的一种土岩结合基坑吊脚桩支护结构的设计方法， 其特征在于 所述步骤二中岩体各深度节点上的有限岩体水平抗力系数折减系数 λz计算如下： 进一步， 确定有限岩体水平抗力系数比例系数的折减系数 λ 的计算如下： 得到实际设计时的水平抗力系数； 进一步， 确定实际设计时不同深度处有限岩体的水平抗力系数kh的计算如下： kh＝ λ m(z‑h0)              ⑤ 所述m按以下 经验公式计算： 上述公式中： k1z为半无限岩体模型深度z处节点的水平抗力系数； k2z为有限宽度 岩体模 型深度z处节点的水平抗力系数； s1z为半无限岩体模型深度 z处节点的水平位移； s2z为有限 宽度岩体模型深度z处节点的水平位移， λ为计算有限岩体m值的折减系数； n表示多个深度 处的岩体 计算节点； z为计算 点距地面的深度； h0为计算工况 下的基坑开挖深度； 为岩石内 摩擦角； c为岩石粘聚力； △为基坑底 面处位移 量， 无经验时可取10mm； ξ为经验系数， 对于岩 石可取1.0。 5.根据权利要求1所述的一种土岩结合基坑吊脚桩支护结构的设计方法， 其特征在于： 所述步骤四中的岩肩宽度B的取值范围为0.5～ 2m， 试算时通常取初值1～1.5m。 6.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种土岩结合基坑吊脚桩支护结构的设计方 法， 其特征在于： 所述上覆土层为多层土时， 依据朗肯土压力理论分层计算， 所述预留岩肩 为单一岩层， 且为较完整的中硬岩、 硬质岩。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115455711 A 3