CN112431236B - 一种新型支护桩危险点的判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种支护桩危险点的判定方法，包括以下步骤：埋设测斜管；收集监测数据；计算相对位移，获取危险点；对危险点进行验证。本发明使用相对位移法对支护桩深层水平位移进行分析，找出支护桩上的危险点，并用数值模拟的方法对相对位移法分析的结果进行检验，有效增强正确找到支护桩危险点的能力，找到桩身实际危险点后可以通过相应措施，达到保护支护桩的目的，增强支护桩的抗风险能力，降低防护成本。

Description

一种新型支护桩危险点的判定方法

技术领域

本发明涉及基坑支护桩位移监测技术领域，具体涉及一种支护桩危险点的判定方法。

背景技术

支护桩常见于基坑及边坡支护、滑坡治理等工程，用于承载水平方向的土压力或滑坡推力。在支护体系的设计有效期内，一般采用预埋测斜管的方式对支护桩进行水平位移监测。监测单位定期观测并以变形允许值作为支护桩安全稳定性的判定标准，超限报警，向委托方反馈分析建议，为优化设计和指导施工提供依据，保障支护体系和周边环境安全。

在进行支护桩水平位移监测数据分析时，目前认为桩体水平位移最大值处的应力状态是最危险的，因此，通常把桩体水平位移最大处看作危险点。在危险点处位移超过允许值时，即采取相应加固措施。但该种危险点判定方法并不能涵盖所有情况。

为弥补实际工程中桩体水平位移最大值处并非最危险点处而导致的判断不准问题，本发明首先利用测斜数据对桩体进行了有限元模拟分析，以找出桩体的最大应力点(实际危险点)。建模所用测斜数据近似抛物线型桩，如图1a所示，测斜数据间距为0.5m。在实际工作中，测斜并非将桩体各处的水平位移均测出，而是按照固定间距测到某一深度为止。因此在构建有限元模型时，其边界条件应选为桩体底部仅限制纵向位移(重力方向)的单向约束，如图1b所示。该约束条件可考虑最后一个测点(最深处)水平位移对该点以上桩体的影响。同时，不限定该点转动，即认为该点仍可因弯矩而产生转角，使其与实际情况相符。

模型边界设置后，参考位移法，将各深度的水平位移作为边界约束条件作用在桩身各处，即以若干个集中荷载去逼近实际的外荷载条件，并限定其各点位移与实际相同。以此方法可以逼近桩体真实的受力情况，已知水平位移测点数越多则计算结果越接近实际。参考工程实例将支护桩截面取为直径为1.2m的圆形截面，单元类型为B22梁单元，单元尺寸统一取为1cm；其中，钢筋混凝土的弹性模量E和泊松比v分别取为31.5GPa和0.2。为使计算结果区分度更为明显，选用的抛物线数据为一事故基坑的监测数据，此时桩体位移值已超过允许位移值。

模型计算得到全桩的主应力面最大主应力和最小主应力的分布曲线如图2所示：由于建模时桩单元局部坐标选择以向上为正。因此，最大主应力对应着最大拉应力，而最小主应力对应着最大压应力。经对比，桩体最大拉应力出现在4.53m深度处；最大压应力处为1.06m深度附近。由于，桩体最大水平位移位置分别为深度1m(最大负水平位移)和12.5m(最大正水平位移)处。所以桩体水平大位移最大处并不一定是桩体应力状态最危险处。

因此，研究一种能有效判别支护桩危险点的方法具有重要的实际应用价值。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提供一种支护桩危险点的判定方法。

本发明的技术方案是：

一种支护桩危险点的判定方法，包括以下步骤：

埋设测斜管；

收集监测数据；

计算相对位移，获取危险点；

对危险点进行验证。

作为本发明的进一步技术方案为：所述埋设测斜管，具体为：所述测斜管包括探头、套管、电缆和显示器，所述探头设置于套管内部，所述套管设置于顺坡向导槽内，所述探头通过电缆与显示器连接。

作为本发明的进一步技术方案为：所述收集监测数据；具体包括：将探头轮子定向于第一方向，将探头下放沿套管向下移动至套管底部，静置时间定值后，提升探头读取第一方向的值；

将探头提升至地表后，转动探头方向，将探头轮子定向于第二方向，放入套管内向下移动至套管底部，静止时间定值后，提升探头读取第二方向值。

进一步的，所述第一方向和第二方向的夹角为180度。

作为本发明的进一步技术方案为：所述收集监测数据；还包括，初次观测要在填砂后第二固定时间后，其中初始值为首次测量组的平均值。

作为本发明的进一步技术方案为：所述计算相对位移，获取危险点；具体包括：

将探头在测斜管内自下而上以一定间距逐段滑动量测，获得每测段的倾斜角及水平位移增量，计算任意深度的水平位移；

按照监测周期定期进行监测单根桩单次的不同深度测量结果，并以测量的深度为纵坐标，测量的深度的深层水平位移为横坐标建立单根桩的位移曲线；

计算测量的深度的相邻两监测点深层水平位移的平均值，该平均值与实际测出的该点深层水平位移的差值为该点的相对位移；

以测量的深度为纵坐标，各点相对水平位移为横坐标建立单桩相对位移曲线；

单桩相对位移曲线上的最大正相对位移对应的监测点为抗拉最危险点，最大负相对位移对应的监测点为抗压最危险点。

作为本发明的进一步技术方案为：所述对危险点进行验证；具体为：

选择若干监测的支护桩；

对所选的验证支护桩进行数值模拟分析验证。

作为本发明的进一步技术方案为：所述选择若干监测的支护桩的数量不少于总监测支护桩数量的1/4。

作为本发明的进一步技术方案为：所述对所选的验证支护桩进行数值模拟分析验证；具体包括：

采用参考位移法，将各深度的水平位移作为边界约束条件作用在桩身各处，即以若干个集中荷载去逼近实际的外荷载条件，并限定其各点位移与实际相同；

模拟出桩身全场的应力变化曲线，根据主应力面最大主应力和最小主应力的分布图可得出桩身实际抗压和抗拉危险点所在的位置；

将用相对位移法计算出的最危险点的位置与桩身实际抗压和抗拉危险点所在位置进行对比，若差距在差值范围内，则判断用相对位移法所求得的危险点准确。

本发明的有益效果为：

本发明使用相对位移法对支护桩深层水平位移进行分析，找出支护桩上的危险点，并用数值模拟的方法对相对位移法分析的结果进行检验，有效增强正确找到支护桩危险点的能力，找到桩身实际危险点后可以通过相应措施，达到保护支护桩的目的，增强支护桩的抗风险能力，降低防护成本。

附图说明

图1a为本发明背景技术中抛物线型测斜曲线图；

图1b为本发明背景技术中建模方法示意图；

图2a为本发明背景技术中最大应力分布曲线图；

图2b为本发明背景技术中最小应力分布曲线图；

图3为本发明提出的一种支护桩危险点的判定方法流程图；

图4为本发明提出的测斜计算原理示意图；

图5为为挠度计算方法示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

参见图3，为本发明提出的一种支护桩危险点的判定方法流程图；

如图3所示，一种支护桩危险点的判定方法，包括以下步骤：

步骤101，埋设测斜管；

步骤102，收集监测数据；

步骤103，计算相对位移，获取危险点；

步骤104，对危险点进行验证。

本发明实施例中，在步骤101中，埋设测斜管，具体为：所述测斜管包括探头、套管、电缆和显示器，所述探头设置于套管内部，所述套管设置于顺坡向导槽内，所述探头通过电缆与显示器连接。

本发明实施例中，在步骤102中，收集监测数据；具体包括：将探头轮子定向于第一方向，将探头下放沿套管向下移动至套管底部，静置时间定值后，提升探头读取第一方向的值；

将探头提升至地表后，转动探头方向，将探头轮子定向于第二方向，放入套管内向下移动至套管底部，静止时间定值后，提升探头读取第二方向值。

本发明实施例中，布设支护桩时，按照《工程测量规范GB50026-2016》等相关规范要求埋设测斜管。先在对应的施工之前测量3次，取其平均值作为初始值。当土体发生位移时，测斜管也随之变形并发生倾斜变化。将探头在测斜管内自下而上以一定间距逐段滑动量测，就可获得每测段的倾斜角及水平位移增量，通过计算就可得到任意深度的水平位移。

具体操作如下：①探头、电缆和显示器之间的连接要严密；②探头首先插入顺坡向的那对导槽，探头轮子定向于“A+”轴；③下放探头时要匀速缓慢，避免撞击探头；④要等待5～10分钟，使探头温度和地下温度平衡后，再提升探头进行测读“A+”值；⑤每次测量深度要尽可能准确，要等读数稳定后再进行记录；⑥当探头回到地表时，把探头从套管中拿出，转180°后再将探头重新插入同一对导槽中进行测读“A-”值；⑦初次观测要在填砂24小时以后，可将最初两次测量的平均值作为初始值。

本发明实施例中，在步骤103中，计算相对位移，获取危险点；具体包括：

将探头在测斜管内自下而上以一定间距逐段滑动量测，获得每测段的倾斜角及水平位移增量，计算任意深度的水平位移；

按照监测周期定期进行监测单根桩单次的不同深度测量结果，并以测量的深度为纵坐标，测量的深度的深层水平位移为横坐标建立单根桩的位移曲线；

计算测量的深度的相邻两监测点深层水平位移的平均值，该平均值与实际测出的该点深层水平位移的差值为该点的相对位移；

以测量的深度为纵坐标，各点相对水平位移为横坐标建立单桩相对位移曲线；

单桩相对位移曲线上的最大正相对位移对应的监测点为抗拉最危险点，最大负相对位移对应的监测点为抗压最危险点。

按照监测周期定期进行监测，单根桩单次的不同深度测量结果为ai(i＝1、2、3、……、n)，一般以0.5m为一个测量深度。并以测量的深度为纵坐标，该深度的深层水平位移为横坐标建立单根桩的位移曲线。

对上述监测结果的位移曲线进行进一步处理，计算每一个监测深度的相对位移值Δai(i＝1、2、3、……、n-1)，相对位移法是先计算该监测深度在步骤A中计算出的相邻两监测点深层水平位移的平均值，该平均值与实际测出的该点深层水平位移的差值为该点的相对位移。并以测量的深度为纵坐标，各点相对水平位移为横坐标建立单桩相对位移曲线，曲线上的最大正相对位移对应的监测点为抗拉最危险点，最大负相对位移对应的监测点为抗压最危险点。

本发明实施例中，在步骤104中，对危险点进行验证；具体为：选择若干监测的支护桩，对所选的验证支护桩进行数值模拟分析验证。

其中，选择若干监测的支护桩的数量不少于总监测支护桩数量的1/4。

本发明实施例中，对所选的验证支护桩进行数值模拟分析验证；具体包括：

采用参考位移法，将各深度的水平位移作为边界约束条件作用在桩身各处，即以若干个集中荷载去逼近实际的外荷载条件，并限定其各点位移与实际相同；

以此方法逼近桩体真实的受力情况，已知水平位移测点数越多则计算结果越接近实际；

模拟出桩身全场的应力变化曲线，根据主应力面最大主应力和最小主应力的分布图可得出桩身实际抗压和抗拉危险点所在的位置；

将用相对位移法计算出的最危险点的位置与桩身实际抗压和抗拉危险点所在位置进行对比，若差距在差值0.5m范围内，则可认为用相对位移法所求得的危险点为准确的。

本发明实施例中，不同深度测量结果为ai(i＝1、2、3、……、n)的计算原理某深度累计位移计算方法：

A_当前值＝(A_0当前值-A_180当前值)/2，A_原始值＝(A_0原始值-A_180原始值)/2； (1)

式中：

A_0当前值--当前用探头对准A⁺轴方向的测斜仪读数；

A_180当前值--当前用探头对准A^-轴方向的测斜仪读数；

A_0当前值--施工开始前用探头对准A⁺轴方向的测斜仪读数；

A_180当前值--施工开始前用探头对准A^-轴方向的测斜仪读数；

d_i--在第i测段计算出的深层水平位移；

a_i--第i个测点的深层水平位移；

本发明实施例中，相对位移的计算方法是基于《建筑变形测量规范》JGJ 8给出的挠度计算公式(示意图如图5所示)，将各小段两端的水平位移监测数据视作梁段的整体位移进行扣除，则可以根据小段中点的水平位移计算出小梁段中点的相对挠度f1。

Δs_AE＝s_E-s_A； (5)

Δs_AB＝s_B-s_A； (6)

其中，

S_A--上一监测点深层水平位移值；

S_B--下一监测点深层水平位移值；

S_E--计算点的深层水平位移值；

L_AE--计算点与上一监测点的距离；

L_EB--计算点与下一监测点的距离；

目前采用的测斜仪一般测点间距多为0.5m，且间距相同，LAE与LEB相等，所以ΔSAB为SA和SB的算术平均值。

本发明提供的一种新型支护桩危险点的判定方法，使用相对位移法处理通过测斜仪收集的支护桩深层水平位移数据，找到桩身抗压抗拉应力的最危险点，并通过有限元分析检验危险点位置的准确性。可有效辅助判断桩体的最不利受力位置，在支护桩危险点判定领域具有较高的应用价值。

以上对本发明进行了详细介绍，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (8)

1.一种支护桩危险点的判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

埋设测斜管；

收集监测数据；

计算相对位移，获取危险点；

对危险点进行验证；

所述计算相对位移，获取危险点；具体包括：

将探头在测斜管内自下而上以一定间距逐段滑动量测，获得每测段的倾斜角及水平位移增量，计算任意深度的水平位移；

按照监测周期定期进行监测单根桩单次的不同深度测量结果，并以测量的深度为纵坐标，测量的深度的深层水平位移为横坐标建立单根桩的位移曲线；

计算测量的深度的相邻两监测点深层水平位移的平均值，该平均值与实际测出的该点深层水平位移的差值为该点的相对位移；

以测量的深度为纵坐标，各点相对水平位移为横坐标建立单桩相对位移曲线；

单桩相对位移曲线上的最大正相对位移对应的监测点为抗拉最危险点，最大负相对位移对应的监测点为抗压最危险点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述埋设测斜管，具体为：所述测斜管包括探头、套管、电缆和显示器，所述探头设置于套管内部，所述套管设置于顺坡向导槽内，所述探头通过电缆与显示器连接。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述收集监测数据；具体包括：将探头轮子定向于第一方向，将探头下放沿套管向下移动至套管底部，静置时间定值后，提升探头读取第一方向的值；

将探头提升至地表后，转动探头方向，将探头轮子定向于第二方向，放入套管内向下移动至套管底部，静止时间定值后，提升探头读取第二方向值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一方向和第二方向的夹角为180度。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述收集监测数据；还包括，初次观测要在填砂后第二固定时间后，其中初始值为首次测量组的平均值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对危险点进行验证；具体为：

选择若干监测的支护桩；

对所选的验证支护桩进行数值模拟分析验证。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述选择若干监测的支护桩的数量不少于总监测支护桩数量的1/4。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对所选的验证支护桩进行数值模拟分析验证；具体包括：

采用参考位移法，将各深度的水平位移作为边界约束条件作用在桩身各处，以若干个集中荷载去逼近实际的外荷载条件，并限定其各点位移与实际相同；

模拟出桩身全场的应力变化曲线，根据主应力面最大主应力和最小主应力的分布图可得出桩身实际抗压和抗拉危险点所在的位置；

将用相对位移法计算出的最危险点的位置与桩身实际抗压和抗拉危险点所在位置进行对比，若差距在差值范围内，则判断用相对位移法所求得的危险点准确。

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