[发明专利]地表开挖引起下卧地下结构变形的支挡桩控制方法

权利要求书

1.一种地表开挖引起下卧地下结构变形的支挡桩控制方法，其特征是，包括以下步骤：

在既有地下结构上方地表开挖之前，根据拟开挖范围的宽度和深度预测确定地表开挖范围底部隆起破坏区域；地表开挖范围底部隆起破坏区域位于地表开挖范围底部水平面位置以下，沿地表开挖范围中心线处对称，自开挖边侧底部范围土体至开挖底部范围土体依次包括主动区、剪切区和被动区；

根据地表开挖范围底部隆起破坏区域，采用支挡桩进行加固设计，并确定支挡桩设计参数，具体包括：支挡桩施打方式、支挡桩长度与支挡桩截面参数；支挡桩施打方式为：沿拟开挖范围的地表，朝拟开挖范围下方既有地下结构的两侧方向进行倾斜施打，并确保支挡桩穿过拟开挖范围底边角位置，支挡桩在施打时与地表之间的倾斜角度为，为拟开挖范围底部土体的内摩擦角；支挡桩长度保证要延伸至拟开挖范围下方既有地下结构的底部位置以下，根据既有地下结构埋深以及既有地下结构的开挖直径算得支挡桩长度满足；支挡桩截面参数确定方法如下：

根据地表开挖范围底部隆起破坏区域，确定作用在支挡桩桩前的主动土压力和作用在支挡桩桩后的被动土压力；

根据、，计算确定支挡桩在地表开挖范围底部隆起破坏区域内所受的最大的桩身弯矩计算值与最大的桩身剪力计算值；

根据与确定桩身弯矩设计值与桩身剪力设计值；桩身弯矩设计值为，桩身剪力设计值为，为支挡桩的设计安全系数，其值大于等于；

根据、，选取支挡桩桩身截面形式及参数，并进行正截面受弯承载力与斜截面受剪承载力验算，验算通过后完成桩身截面参数的设计，验算不通过时，重新调整，选取支挡桩的截面形式及参数，直至验算通过；

根据支挡桩设计参数，在既有地下结构上方地表开挖前，沿地表均匀间隔进行支挡桩施打，施打完毕后按照分层方式进行地表开挖，开挖过程中将支挡桩裸露端头部分进行切割移除，直至开挖到设计深度。

2.如权利要求1所述的地表开挖引起下卧地下结构变形的支挡桩控制方法，其特征是，主动区位于地表开挖范围两开挖边侧下方的底部水平面以下，为竖直倒立的等腰三角形区域，等腰三角形区域的斜边与地表开挖范围底部水平面的夹角为， 为拟开挖范围底部土体的内摩擦角，其中等腰三角形区域的一个顶角与开挖范围底边角重合；

被动区位于开挖范围内底部下方，为竖直倒立的等腰三角形区域，等腰三角形区域的顶边边长为开挖范围宽度，等腰三角形区域的斜边与地表开挖范围底部水平面的夹角为，形成的等腰三角形区域的两个顶角与地表开挖范围两底边角重合；

剪切区位于两侧主动区与中心位置被动区之间，剪切区为绕地表开挖范围底边角的扇形区域，剪切区的底部边界为一绕地表开挖范围底边角的对数螺旋线，对数螺旋线的方程为：，其中为主动区等腰三角形区域的斜边边长；为对数螺旋线上任意一点对应的扇形区域的半径与主动区顶边水平面之间的夹角，对数螺旋线的起始位置为主动区等腰三角形区域的底角位置，结束位置为被动区等腰三角形区域的底角位置，扇形区域对应起始位置和结束位置处的半径分别为主动区和被动区的斜边。

3.如权利要求2所述的地表开挖引起下卧地下结构变形的支挡桩控制方法，其特征是，被动区中，等腰三角形区域的斜边边长为；主动区中，等腰三角形区域的斜边边长根据扇形区底部对数螺旋线方程与被动区等腰三角形区域的斜边边长算得其长度为，主动区等腰三角形区域的顶边长度为，主动区等腰三角形区域的高度为。

4.如权利要求1所述的地表开挖引起下卧地下结构变形的支挡桩控制方法，其特征是，作用在支挡桩桩前的主动土压力，计算公式为，其中，为拟开挖范围底部土体的重度，为主动区等腰三角形区域的高度，为拟开挖范围深度,为主动土压力系数，大小为；为主动土压力合力作用方向与支挡桩侧面法线之间的夹角，主动土压力的合力作用点与开挖范围底部水平面的垂直距离为；

作用在支挡桩桩后的被动土压力，计算公式为，其中为被动土压力系数，大小为；为被动土压力合力作用方向与支挡桩侧面法线之间的夹角，被动土压力的合力作用点与开挖范围底部水平面的垂直距离为；

取或中的较大值，取或中的较大值。