CN110924403A - 一种人工挖孔井微型灌注桩支护安全性判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人工挖孔井微型灌注桩支护安全性判定方法，属于桥梁建筑施工领域，通过确定微型灌注桩的施工长度

和与竖向线之间的施工角度

、施工长度和施工角度、人工挖孔井底的埋深

、桩侧土体的饱和重度γ_sat、桩侧处土体的粘聚力

和内摩擦角

、挖孔井底处的主动土压力强度σ_a0和向下桩身范围内对应一半深度处的主动土压力强度σ_a1、灌注桩远离挖孔井一侧的主动土压力合力

、桩体最危险点处的最大剪应力τ_max、桩体最危险点处的弯矩M_max、桩体最危险点处由于弯矩引起的最大拉应力σ_max及对上述结果进行安全性判别确定桩体是否处于安全状态，保证施工安全进行。

Description

一种人工挖孔井微型灌注桩支护安全性判定方法

技术领域

本发明涉及一种安全性预测方法，特别是一种人工挖孔井微型灌注桩支护安全性预测方法，属于建筑桥梁施工领域。

背景技术

在位于地下水位下的软弱地层里，采用人工挖孔形式危险性较大，主要原因是井壁土体由于强度较低，在水平土压力作用下向井内移动，导致井壁不能够自稳，无法向下开挖。因此，在该种地层里，事先对井壁土体进行支护，保持井壁的稳定性非常重要，采用微型灌注桩进行支护是较好的手段之一，能够有效地对周围土体进行支挡，然而微型灌注桩作为一种较新的支护桩，虽已在工程中得到了成功应用，但桩体安全性基本上基于施工经验，缺乏相应的理论进行指导，在施工安全方面没有得到保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种人工挖孔井微型灌注桩支护安全性预测方法，通过判断桩体受到的最大剪应力τ_max必须小于桩体材料的允许剪应力［τ］，同时桩体受到的最大拉应力σ_max必须小于桩体材料的允许拉应力［σ］，判断桩体处于安全状态，提高施工安全系数。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种人工挖孔井微型灌注桩支护安全性预测方法，其特征在于：（1）确定微型灌注桩的施工长度L和与竖向线之间的施工角度θ：确定灌注桩的施工长度和施工角度；

（2）确定人工挖孔井底的埋深z₀：人工挖孔井底的埋深，即灌注桩施工后桩顶的埋深；

（3）确定桩侧土体的饱和重度γ_sat：在井壁周边采用钻探方法取原状土样，测出土体的密度ρ、土体的相对密度d _s和土体的含水量w，然后通过下式计算出土体的饱和重度，由常规土工参数换算公式，得到下式：

其中，g为重力加速度，ρ_w为水密度，取1.0g/cm³；

（4）确定桩侧处土体的粘聚力c和内摩擦角φ：在井壁周边采用钻探方法取原状土样，运回实验室进行直接剪切试验，测出土体的粘聚力和内摩擦角；

（5）确定挖孔井底处的主动土压力强度σ_a0和向下桩身范围内对应一半深度处的主动土压力强度σ_a1：

（6）确定灌注桩远离挖孔井一侧的主动土压力合力E_a：

（7）确定桩体最危险点处的最大剪应力τ_max：

其中，d为灌注桩的桩径；

（8）确定桩体最危险点处的弯矩M_max：

（9）确定桩体最危险点处由于弯矩引起的最大拉应力σ_max：

（10）安全性判别：桩体受到的最大剪应力τ_max必须小于桩体材料的允许剪应力［τ］，同时桩体受到的最大拉应力σ_max必须小于桩体材料的允许拉应力［σ］，即两者必须同时满足，桩体处于安全状态，否则其一或其二不满足，桩体处于破坏状态。

所述的步骤1）中所述的注桩的施工长度位于0.8~2.0m之间，与竖向线之间的施工角度呈3~15°之间。

所述的步骤3）中利用环刀法测出土体的密度ρ、利用比重瓶法测出土体的相对密度d _s，利用烘干法测出土体的含水量w。

本发明带来的有益效果为：当井内采用微型灌注桩支护后，随着井内土体的开挖，灌注桩受到井外土体的压力越来越大，灌注桩内受到剪应力和拉应力也越来越大，同时为考虑到灌注桩不会发生整体滑动破坏，每次允许开挖的深度限于挖孔井底向下桩身范围内对应一半深度处，通过比较桩体受到的最大剪应力τ_max、桩体材料的允许剪应力、桩体受到的最大拉应力σ_max、桩体材料的允许拉应力［σ］之间的大小，确定桩体是否稳定安全。

具体实施方式

一种人工挖孔井微型灌注桩支护安全性预测方法，其特征在于：（1）确定微型灌注桩的施工长度L和与竖向线之间的施工角度θ：确定灌注桩的施工长度和施工角度；

（2）确定人工挖孔井底的埋深z₀：人工挖孔井底的埋深，即灌注桩施工后桩顶的埋深；

（3）确定桩侧土体的饱和重度γ_sat：在井壁周边采用钻探方法取原状土样，测出土体的密度ρ、土体的相对密度d _s和土体的含水量w，然后通过下式计算出土体的饱和重度，由常规土工参数换算公式，得到下式：

其中，g为重力加速度，ρ_w为水密度，取1.0g/cm³；

（4）确定桩侧处土体的粘聚力c和内摩擦角φ：在井壁周边采用钻探方法取原状土样，运回实验室进行直接剪切试验，测出土体的粘聚力和内摩擦角；

（5）确定挖孔井底处的主动土压力强度σ_a0和向下桩身范围内对应一半深度处的主动土压力强度σ_a1：

（6）确定灌注桩远离挖孔井一侧的主动土压力合力E_a：

（7）确定桩体最危险点处的最大剪应力τ_max：

其中，d为灌注桩的桩径；

（8）确定桩体最危险点处的弯矩M_max：

（9）确定桩体最危险点处由于弯矩引起的最大拉应力σ_max：

（10）安全性判别：桩体受到的最大剪应力τ_max必须小于桩体材料的允许剪应力［τ］，同时桩体受到的最大拉应力σ_max必须小于桩体材料的允许拉应力［σ］，即两者必须同时满足，桩体处于安全状态，否则其一或其二不满足，桩体处于破坏状态。

所述的步骤1）中所述的注桩的施工长度位于0.8~2.0m之间，与竖向线之间的施工角度呈3~15°之间。

所述的步骤3）中利用环刀法测出土体的密度ρ、利用比重瓶法测出土体的相对密度d _s，利用烘干法测出土体的含水量w。

实施例：我国东南沿海某城市采用顶管法安装雨水管道，每隔一段距离需要在竖向上开挖工作竖井，竖井采用人工挖孔法，每向下挖0.8~1.0m，在井壁四周浇筑钢筋混凝土进行支护。当开挖到3.2m时，地下水丰富，土体软弱，无法继续向下开挖，采用微型灌注桩对井壁土体进行预支护，采用本发明的方法对微型灌注桩的安全性进行判别。

根据现场施工机械条件、土质条件和施工环境等确定，本工程中微型灌注长度L确定为1.0m，灌注角度θ为8°；井内开挖到深度3.2m时停止开挖，开始施工微型灌注桩；桩体采用C20水泥浆；在井壁周边采用钻探方法取原状土样，运回实验室利用环刀法测出土体的密度ρ为1.85g/cm3，利用比重瓶法测出土体的相对密度d _s为2.71，利用烘干法测出土体的含水量w为23.4%，然后计算出土体的饱和重度γ_sat为19.1kN/m3；在井壁周边采用钻探方法取原状土样，运回实验室进行直接剪切试验，测出桩侧处土体的粘聚力c为16kPa，内摩擦角φ为11°；进一步计算挖孔井底处的主动土压力强度σ_a0为15.2kPa，向下桩身范围内对应一半深度处的主动土压力强度σ_a1为21.6kPa；灌注桩远离挖孔井一侧的主动土压力合力E_a为9.1kN/m；桩体最危险点处的最大剪应力τ_max为0.076MPa，桩体最危险点处由于弯矩引起的最大拉应力σ_max为0.88MPa，两者分别小于桩体材料的允许剪应力［τ］=1.76MPa，小于桩体材料的允许拉应力［σ］=1.1MPa，综上所述，桩体处于安全状态。

以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种人工挖孔井微型灌注桩支护安全性预测方法，其特征在于：（1）确定微型灌注桩的施工长度L和与竖向线之间的施工角度θ：确定灌注桩的施工长度和施工角度；

（2）确定人工挖孔井底的埋深z₀：人工挖孔井底的埋深，即灌注桩施工后桩顶的埋深；

（3）确定桩侧土体的饱和重度γ_sat：在井壁周边采用钻探方法取原状土样，测出土体的密度ρ、土体的相对密度d _s和土体的含水量w，然后通过下式计算出土体的饱和重度，由常规土工参数换算公式，得到下式：

其中，g为重力加速度，ρ_w为水密度，取1.0g/cm³；

（4）确定桩侧处土体的粘聚力c和内摩擦角φ：在井壁周边采用钻探方法取原状土样，运回实验室进行直接剪切试验，测出土体的粘聚力和内摩擦角；

（5）确定挖孔井底处的主动土压力强度σ_a0和向下桩身范围内对应一半深度处的主动土压力强度σ_a1：

（6）确定灌注桩远离挖孔井一侧的主动土压力合力E_a：

（7）确定桩体最危险点处的最大剪应力τ_max：

其中，d为灌注桩的桩径；

（8）确定桩体最危险点处的弯矩M_max：

（9）确定桩体最危险点处由于弯矩引起的最大拉应力σ_max：

（10）安全性判别：桩体受到的最大剪应力τ_max必须小于桩体材料的允许剪应力［τ］，同时桩体受到的最大拉应力σ_max必须小于桩体材料的允许拉应力［σ］，即两者必须同时满足，桩体处于安全状态，否则其一或其二不满足，桩体处于破坏状态。

2.如权利要求1所述的人工挖孔井微型灌注桩支护安全性预测方法，其特征在于：所述的步骤1）中所述的注桩的施工长度位于0.8~2.0m之间，与竖向线之间的施工角度呈3~15°之间。

3.如权利要求1所述的人工挖孔井微型灌注桩支护安全性预测方法，其特征在于：所述的步骤3）中利用环刀法测出土体的密度ρ、利用比重瓶法测出土体的相对密度d _s，利用烘干法测出土体的含水量w。