CN111507041B - 一种可回收锚索回收期支护桩水平位移计算方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种可回收锚索回收期支护桩水平位移计算方法，所述方法包括：根据基坑开挖到底时支护桩水平变形数据，采用非极限土压力计算公式反算支护桩所受土压力；获得支护桩所受土压力后，建立回收期荷载结构模型，计算锚索回收过程中支护桩水平位移变形。当基坑开挖到底锚索回收之前，用于计算锚杆回收时支护桩位移变形情况，防止因盲目回收导致基坑变形过大。计算中首先根据基坑开挖到底时支护桩水平变形数据，采用非极限土压力计算公式反算支护桩所受土压力，根据弹性地基杆系有限元理论，建立荷载结构模型，计算锚索回收过程中支护桩水平位移变形情况，准确的求得锚索回收过程中支护桩变形情况，确保基坑安全。

Description

一种可回收锚索回收期支护桩水平位移计算方法
技术领域
本申请涉及基坑工程技术领域，具体涉及一种可回收锚索回收期支护桩水平位移计算方法。
背景技术
桩锚支护结构因其在基坑变形控制、方便土方开挖等方面的优势在基坑支护中得到了广泛应用，同时当前工程建设中“绿色、低碳、节能、减排”的发展理念日益受到人们重视，极大的推动了可回收锚索技术的发展与进步。
目前国内外可回收式锚索有许多类型，像“U”型可拆除回收式、主、副工作索式、热熔式等，这些可回收锚索都已经在诸多实际工程中得到应用，但基坑设计理论未能随着新兴技术的发展而同步更新，针对可回收锚索的研究大多集中在作用机理、承载能力与回收工艺，对回收期锚索回收过程中基坑变形控制问题的研究较为缺乏。
发明内容
本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种可回收锚索回收期支护桩水平位移计算方法，所述方法包括：根据基坑开挖到底时支护桩水平变形数据，采用非极限土压力计算公式反算支护桩所受土压力；获得支护桩所受土压力后，建立回收期荷载结构模型，计算锚索回收过程中支护桩水平位移变形。
采用上述实现方式，当基坑开挖到底锚索回收之前，用于计算锚杆回收时支护桩位移变形情况，防止因盲目回收导致基坑变形过大。计算中首先根据基坑开挖到底时支护桩水平变形数据，采用非极限土压力计算公式反算支护桩所受土压力，根据弹性地基杆系有限元理论，建立荷载结构模型，计算锚索回收过程中支护桩水平位移变形情况，在完善桩锚设计理论的同时，准确的求得锚索回收过程中支护桩变形情况，确保基坑安全。
结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述非极限土压力计算公为：
Figure BDA0002473751450000021
其中：hi为土层厚度；γi为土层的有效重度，k0为朗肯静止和主动土压力系数，H为基坑深度，s为支护桩水平位移，Ei为土体在侧向卸载条件下的初始切线弹性模量，D'为基坑坑底影响深度，
Figure BDA0002473751450000022
D为围护桩坑底插入深度，
Figure BDA0002473751450000023
为土体内摩擦角。
结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述Ei＝E0v0，其中E0为土体竖向变形模量，v0为泊松比。
结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述v0取值为0.25～0.6，其中不同土质对应的所述v0不同。
结合第一方面，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述获得支护桩所受土压力后，建立回收期荷载结构模型包括：用弹性支承单元来表示锚杆，用土层弹簧即坑底弹簧和回填土弹簧分别来表示坑底土及桩与结构侧墙之间的回填土，建立回收期荷载结构模型。
结合第一方面，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述计算锚索回收过程中支护桩水平位移变形包括：以开挖面以上挡土结构为梁单元，开挖面以下部分为弹性地基梁单元，梁端为铰支约束，锚杆为弹性支承单元，获得支护桩所受土压力后，将其作用于支护桩后，建立基坑回收期计算模型，通过所述基坑回收期计算模型计算锚索回收过程中支护桩水平位移变形。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种可回收锚索回收期支护桩水平位移计算方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种回收期荷载结构模型示意图；
图3为本申请实施例提供的一种回填土计算模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。
图1为本申请实施例提供的一种可回收锚索回收期支护桩水平位移计算方法的流程示意图，参见图1，所述方法包括：
S101，根据基坑开挖到底时支护桩水平变形数据，采用非极限土压力计算公式反算支护桩所受土压力。
根据基坑开挖到底时支护桩水平变形数据s，采用非极限土压力计算公式反算支护桩所受土压力，公式如下：
Figure BDA0002473751450000031
其中：hi为土层厚度，γi为土层的有效重度，k0为朗肯静止和主动土压力系数，H为基坑深度，s为支护桩水平位移，Ei为土体在侧向卸载条件下的初始切线弹性模量，D'为基坑坑底影响深度，
Figure BDA0002473751450000032
D为围护桩坑底插入深度，
Figure BDA0002473751450000033
为土体内摩擦角。
其中Ei也可以近似认为是土体的水平变形模量，一般地质勘察报告中都不提供该参数Ei，可以通过以下算法求得：该法通过室内试验或原位测试确定的是土体竖向变形模量，假设土体的应力-应变关系近似符合弹性理论公式，则可得Ei＝E0v0，其中E0为土体竖向变形模量，v0为泊松比，一般土的泊松比变化范围为0.25～0.6，不同土质对应的所述v0不同，其中黏性土取大值，砂性土取小值。
土体常规三轴试验是保持σ3不变的情况下，加减轴向应力，而支护结构墙后土体的应力变化则相当于保持σ1不变的情况下，加减轴向应力σ3的三轴试验。对常规三轴试验而言，(σ1-σ3)-εα曲线的初始切线斜率(初始切线模量)Ei随σ3变化。如果在对数纸上点绘lg(Ei/p')和lg(σ3/p')的关系，则近似地为一直线，这里p'为大气压力，设直线的截距为m，于是有:Ei＝kp'(σ3/p')式中：k＝10m。假设支护结构墙后土体的应力变化也符合此规律，则可得Ei＝kp'(σ1/p'),这里σ1＝γh。
S102，获得支护桩所受土压力后，建立回收期荷载结构模型，计算锚索回收过程中支护桩水平位移变形。
根据弹性地基杆系有限元理论，将S1中计算所得土压力作用于支护桩后，用弹性支承单元来表示锚杆，用土层弹簧即坑底弹簧和回填弹簧分别来表示坑底土及桩与结构侧墙之间的回填土，建立回收期荷载结构模型如图1所示。
图2所示为回填土计算模型图，其中多边形AFPOEN为桩与结构侧墙之间的回填土，三角形NCD为被动区土体，CB线右侧实际存在的土体为多边形AFPOEDC，取回填土的高度为z0，L点距A点的距离为zL，C点距A点距离为zC。通过有限元和工程实例的对比分析，同时考虑到与悬臂开挖相比，回填土对支护桩位移和内力大小的降低程度和多边形ACDEOPF与三角形ABC的面积之比有关，根据“m”法的基本假定，对回填土计算模型中任意深度z处的水平向基床系数按如下方法确定：
当0≤z≤z0时，有k＝αβmz；
当z0≤z≤zL时，有k＝αβmz0+m(z-z0)；
当zL≤z≤zC时，有k＝m(z-z0)；
式中：z为从反压土顶面到计算点的深度，m为地基基床系数随深度变化的比例系数；α为反压土堤的形状系数，与与多边形ANEOPF的形状有关；β为引入的回填土松弛修正系数，可根据土质条件等结合经验综合确定。
考虑回填土具有一定的宽度，并考虑其形状而对α进行修正。对于回填土的影响深度，根据有限元分析结果与经典土压力理论，可近似地取被动区极限滑移面最大影响深度L点，其中BC、EL、HG和FM与水平面的夹角均为
Figure BDA0002473751450000051
Figure BDA0002473751450000052
为对应滑移线所在土层摩擦角(为简化起见，当土层摩擦角相差不大时，可近似地取滑移线通过土层的平均摩擦角)。例如图2中G点处α为
Figure BDA0002473751450000053
图2中M点为回填土坡顶平面里侧F点对应滑移线与挡土桩的交点。根据上述计算方法，从反压土坡顶A点至M点之间的α值为1。
一个示意性实施例，某基坑工程项目采用桩锚支护，基坑开按深度7.9m，支护桩长13.5m，设置两道可回收锚索。基坑开挖到底后测得支护桩深层水平位移最大为11.79mm，依据说明书公开的计算方法，求得锚索回收完成后支护桩深层水平位移最大为21.2mm，并与现场实测数据较为吻合。由此可见采用本实施例的计算方法，可较为准确的求得锚索回收过程中支护桩变形情况，确保基坑安全。
由上述实施例可知，本实施例提供了一种可回收锚索回收期支护桩水平位移计算方法，当基坑开挖到底锚索回收之前，用于计算锚杆回收时支护桩位移变形情况，防止因盲目回收导致基坑变形过大。计算中首先根据基坑开挖到底时支护桩水平变形数据，采用非极限土压力计算公式反算支护桩所受土压力，根据弹性地基杆系有限元理论，建立荷载结构模型，计算锚索回收过程中支护桩水平位移变形情况，在完善桩锚设计理论的同时，准确的求得锚索回收过程中支护桩变形情况，确保基坑安全。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本申请未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本申请的技术方案并非是对本申请的限制，如来替代，本申请仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本申请的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本申请的宗旨，也应属于本申请的权利要求保护范围。

Claims (4)

1.一种可回收锚索回收期支护桩水平位移计算方法，其特征在于，所述方法包括：
根据基坑开挖到底时支护桩水平变形数据，采用非极限土压力计算公式反算支护桩所受土压力；
获得支护桩所受土压力后，建立回收期荷载结构模型，计算锚索回收过程中支护桩水平位移变形；
所述获得支护桩所受土压力后，建立回收期荷载结构模型包括：用弹性支承单元来表示锚杆，用土层弹簧即坑底弹簧和回填土弹簧分别来表示坑底土及桩与结构侧墙之间的回填土，建立回收期荷载结构模型；
所述计算锚索回收过程中支护桩水平位移变形包括：以开挖面以上挡土结构为梁单元，开挖面以下部分为弹性地基梁单元，梁端为铰支约束，锚杆为弹性支承单元，获得支护桩所受土压力后，将其作用于支护桩后，建立基坑回收期计算模型，通过所述基坑回收期计算模型计算锚索回收过程中支护桩水平位移变形。
2.根据权利要求1所述的可回收锚索回收期支护桩水平位移计算方法，其特征在于，所述非极限土压力计算公式为：
，
其中：为土层厚度；为土层的有效重度，为朗肯静止和主动土压力系数， H为基坑深度，s为支护桩水平位移，为土体在侧向卸载条件下的初始切线弹性模量，为基坑坑底影响深度，，D为围护桩坑底插入深度，为土体内摩擦角。
3.根据权利要求2所述的可回收锚索回收期支护桩水平位移计算方法，其特征在于，所述，其中为土体竖向变形模量，为泊松比。
4.根据权利要求3所述的可回收锚索回收期支护桩水平位移计算方法，其特征在于，所述取值为 0.25～0.6，其中不同土质对应的所述不同。
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