本技術(shù)屬于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、隨著城市地下空間開(kāi)發(fā)利用的不斷深入，“深、大、緊、近”型基坑工程出現(xiàn)的數(shù)量與日俱增，建筑基坑向著更大、更深的方向發(fā)展，增加了基坑工程施工的危險(xiǎn)性。而軟土土質(zhì)松軟，土體強(qiáng)度及剛度較小，可以提供的水平抗力及抵抗變形的能力較小，導(dǎo)致軟土基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊土體變形往往較大。隨著基坑規(guī)模日益增大以及鄰近環(huán)境設(shè)施愈加復(fù)雜，合理評(píng)估并控制基坑變形及對(duì)周邊環(huán)境影響成為軟土基坑工程面臨的重要挑戰(zhàn)。制定合理的變形控制標(biāo)準(zhǔn)，既能為設(shè)計(jì)、施工和管理部門(mén)提供明確的控制指標(biāo)，又能保證安全并減少資源浪費(fèi)。

2、現(xiàn)有的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，雖能在一定程度上能夠限制基坑變形，但大多基坑支護(hù)方法并沒(méi)有考慮到基坑的空間效應(yīng)，忽略了基坑陰角能有效地抑制基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，沒(méi)有解決基坑不均勻變形的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種穩(wěn)定性和安全性高的用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2、技術(shù)方案：本實(shí)用新型所述的一種用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括h型鋼、冠梁、鉆孔灌注樁、拱形桁架、吸能胞體和傳力構(gòu)件，h型鋼設(shè)置于鉆孔灌注樁的內(nèi)腔，冠梁設(shè)置于鉆孔灌注樁的頂端，拱形桁架通過(guò)傳力構(gòu)件與鉆孔灌注樁連接，吸能胞體設(shè)置于鉆孔灌注樁與土體之間，拱形桁架拱腳的兩端設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絞線。通過(guò)施加預(yù)先的拉力，來(lái)減小拱形桁架在承受荷載時(shí)產(chǎn)生的變形，以此達(dá)到提到拱形桁架承載能力和耐久性的目的。

3、進(jìn)一步地，吸能胞體通過(guò)焊接與h型鋼形成吸能構(gòu)件。吸能胞體與h型鋼的表面均設(shè)置減摩層，能夠起到潤(rùn)滑的作用，減小h型鋼與吸能胞體作為整體插入鉆孔灌注樁時(shí)的摩擦力，保證插入過(guò)程的順利，且后續(xù)拔出h型鋼重復(fù)利用時(shí)，便于h型鋼的脫模。

4、進(jìn)一步地，吸能胞體為中空結(jié)構(gòu)，壁厚為15～25mm，優(yōu)選為20mm，且內(nèi)部形成一個(gè)內(nèi)凹的六邊形的塑性空間結(jié)構(gòu)體，其內(nèi)凹角度為20°～30°。吸能胞體擁有負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)，具有能量吸收的能力。吸能胞體大部分暴露在樁后土體中，在荷載作用下豎向收縮的同時(shí)，由于負(fù)泊松比效應(yīng)沿著與荷載相垂直的方向產(chǎn)生橫向收縮，產(chǎn)生“拉脹”效應(yīng)，加強(qiáng)了受壓處的力學(xué)性能，負(fù)泊松比吸能胞體具有相對(duì)優(yōu)異的抗壓性能和耗能能力，有效保障支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性。吸能胞體與h型鋼焊接時(shí)，其豎向排列特點(diǎn)為，開(kāi)挖段的吸能胞體相互之間的距離d1為嵌固段的吸能胞體相互之間的距離d2的1/2～1/3，即開(kāi)挖段的吸能胞體排列更加緊湊。吸能構(gòu)件在豎向上的布置形式為梅花型布置，能夠有效緩解樁前土體局部土顆粒相互楔緊、土應(yīng)力重分布、主應(yīng)力方向發(fā)生偏移等現(xiàn)象帶來(lái)的影響。

5、進(jìn)一步地，拱形桁架在跨中區(qū)域的跨度，小于兩端區(qū)域的跨度；拱形桁架的拱腳均位于同一水平線上。優(yōu)選地，拱形桁架在跨中區(qū)域的跨度為兩端區(qū)域的跨度的1/2～1/4。拱形桁架設(shè)置為合理拱軸線，合理拱軸線對(duì)結(jié)構(gòu)承載能力起著至關(guān)重要的作用，此時(shí)拱圈在外荷載作用下，只產(chǎn)生軸向壓力，而無(wú)其他彎矩和剪力，使得受壓材料的性能可以得到充分發(fā)揮。

6、進(jìn)一步地，拱形桁架包括互相連接的上層桁架和下層桁架。上層桁架的跨度小于下層桁架的跨度。優(yōu)選地，上層桁架的跨度為下層桁架的跨度的1/3～1/4。拱形桁架具有雙道桁架的鋼支撐構(gòu)件。對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平變剛度設(shè)計(jì)，將支護(hù)結(jié)構(gòu)平均分為三段，對(duì)于剛度不足的中間段區(qū)域設(shè)置兩個(gè)拱形桁架來(lái)增加剛度，以此減小支護(hù)結(jié)構(gòu)跨中端較大的變形，提高基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平支承剛度。

7、進(jìn)一步地，傳力構(gòu)件的一端與鉆孔灌注樁固定連接，另一端與拱形桁架固定連接。

8、施工方法：

9、步驟一，場(chǎng)地平整，測(cè)量放線，護(hù)筒加工與埋設(shè)；

10、步驟二，鉆機(jī)成孔，二次清孔，鋼筋籠下放與安裝，混凝土灌注；

11、步驟三，吸能胞體與h型鋼進(jìn)行焊接，并在表面涂刷減摩劑，形成減摩層，在鉆孔灌注樁漿體凝固前將吸能構(gòu)件垂直插入鉆孔灌注樁，施工冠梁；

12、步驟四，基坑工程施工完成且基坑側(cè)壁肥槽回填完成后，拔出吸能構(gòu)件，后使用水泥砂漿回填；

13、步驟五，在基坑在支護(hù)結(jié)構(gòu)上設(shè)置傳力構(gòu)件，將拱形桁架水平支頂在傳力構(gòu)件上，在拱腳處張拉預(yù)應(yīng)力鋼絞線；

14、步驟六，對(duì)拆除拱形桁架的區(qū)域進(jìn)行預(yù)應(yīng)力釋放并拆除拱形桁架。

15、有益效果：本實(shí)用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下特點(diǎn)：

16、1、通過(guò)在鉆孔灌注樁與樁后土體之間設(shè)置的吸能胞體，采用了負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)，具備出色的能量吸收能力，這種設(shè)計(jì)能夠有效緩解基坑開(kāi)挖過(guò)程中土顆粒相互楔緊、土應(yīng)力重分布以及主應(yīng)力方向偏移等現(xiàn)象造成的基坑變形問(wèn)題，顯著降低土體對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的沖擊和破壞，提高基坑穩(wěn)定性和抗變形能力。

17、2、吸能構(gòu)件在土方回填后可以采用機(jī)械設(shè)備拔出，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚砗罂梢灾貜?fù)利用，這一特性不僅降低了工程支護(hù)的造價(jià)，還體現(xiàn)了環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

18、3、考慮到基坑的拐角效應(yīng)，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用了變剛度設(shè)計(jì)，在剛度不足的區(qū)域設(shè)置多個(gè)拱形桁架，有效減小了支護(hù)結(jié)構(gòu)跨中的變形，提高了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平支承剛度，這種設(shè)計(jì)不僅減小了變形和不均勻變形，還增強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性；

19、4、本實(shí)用新型所述的拱形桁架是一種特殊的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，擁有雙道結(jié)構(gòu)，上層桁架相較于下層較短，這一設(shè)計(jì)相比傳統(tǒng)支護(hù)形式能提供更大的側(cè)向支承剛度，因此不需要設(shè)置額外的空間支撐和立柱，這在便于土體開(kāi)挖和地下結(jié)構(gòu)施工的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了支護(hù)材料的節(jié)約，降低了工程成本，另外拱形桁架可回收的特性進(jìn)一步降低了工程造價(jià)，是一種綠色低碳的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)特征：

1.一種用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括h型鋼(1)、冠梁(2)、鉆孔灌注樁(3)、拱形桁架(4)、吸能胞體(5)和傳力構(gòu)件(6)，所述h型鋼(1)設(shè)置于鉆孔灌注樁(3)的內(nèi)腔，所述冠梁(2)設(shè)置于鉆孔灌注樁(3)的頂端，所述拱形桁架(4)通過(guò)傳力構(gòu)件(6)與鉆孔灌注樁(3)連接，所述吸能胞體(5)設(shè)置于鉆孔灌注樁(3)與土體之間，所述拱形桁架(4)拱腳的兩端設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絞線(41)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述吸能胞體(5)通過(guò)焊接與h型鋼(1)形成吸能構(gòu)件。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述吸能胞體(5)與h型鋼(1)的表面均設(shè)置減摩層。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述吸能胞體(5)為中空結(jié)構(gòu)，壁厚為15～25mm，且內(nèi)部形成一個(gè)內(nèi)凹的六邊形的塑性空間結(jié)構(gòu)體，其內(nèi)凹角度為20°～30°。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述拱形桁架(4)在跨中區(qū)域的跨度，小于兩端區(qū)域的跨度；所述拱形桁架(4)的拱腳均位于同一水平線上。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述拱形桁架(4)在跨中區(qū)域的跨度為兩端區(qū)域的跨度的1/2～1/4。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述拱形桁架(4)包括互相連接的上層桁架和下層桁架。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述上層桁架的跨度小于下層桁架的跨度。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述上層桁架的跨度為下層桁架的跨度的1/3～1/4。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述傳力構(gòu)件(6)的一端與鉆孔灌注樁(3)固定連接，另一端與拱形桁架(4)固定連接。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開(kāi)了一種用于軟土地區(qū)的水平變剛度基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)，包括H型鋼、冠梁、鉆孔灌注樁、拱形桁架、吸能胞體和傳力構(gòu)件，H型鋼設(shè)置于鉆孔灌注樁的內(nèi)腔，冠梁設(shè)置于鉆孔灌注樁的頂端，拱形桁架通過(guò)傳力構(gòu)件與鉆孔灌注樁連接，吸能胞體設(shè)置于鉆孔灌注樁與土體之間，拱形桁架拱腳的兩端設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼絞線。本發(fā)明通過(guò)在鉆孔灌注樁與樁后土體之間設(shè)置的吸能胞體，采用負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)，具備出色的能量吸收能力，能夠有效緩解樁前土體因土顆粒相互楔緊、土應(yīng)力重分布以及主應(yīng)力方向偏移等現(xiàn)象對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊和破壞，增強(qiáng)基坑的穩(wěn)定性和抗變形能力；在剛度不足區(qū)域設(shè)拱形桁架，提高水平支撐剛度，減小變形和不均勻變形，增強(qiáng)穩(wěn)定性和安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：周峰,王夢(mèng)玲,董鑫,朱銳,陳廷柱,曾麗媛,陳梓瑋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20240527
技術(shù)公布日：2025/1/9