CN112861208A

CN112861208A - 一种排桩支护体系转化地下连续墙支护结构的分析方法

Info

Publication number: CN112861208A
Application number: CN202110017680.8A
Authority: CN
Inventors: 于广明; 李加辉; 张旭海; 徐振; 马国松; 朱连臣; 樊延祥; 关辉; 朱向飞
Original assignee: Qingdao University of Technology
Current assignee: Qingdao University of Technology
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2041-01-07
Also published as: CN112861208B

Abstract

本发明公开一种排桩支护体系转化地下连续墙支护结构的分析方法，以排桩支护体系与地下连续墙结构等变形为原则，通过对数值模拟结果进行拟合得到地下连续墙厚度与桩径及桩间间距之间的关系；本方案结合现场实际的岩土体、喷混层及连梁参数，建立三者之间的接触面来构造三维实体模型，更加符合现场的实际施工条件，从而使该方法得出地下连续墙厚度所对应的支护结构的变形值更加符合实际；另外，本方案优化了传统方法中未考虑桩间岩土体与喷混层及连梁刚度的缺陷，对于有支护结构变形精度要求的基坑而言，采用等变形原则得到的地下连续墙厚度进行计算，可以得到更为精确的围护结构变形值，避免了传统方法中支护结构计算变形值偏大的现象。

Description

一种排桩支护体系转化地下连续墙支护结构的分析方法

技术领域

本发明属于基坑支护结构变形计算领域，具体涉及一种更为精确的排桩支护体系等效转化地下连续墙支护结构的分析方法。

背景技术

随着地铁车站的数量越来越多，深大基坑的数量也越来越多，故而应用排桩支护结构的基坑数量也随之增多。但排桩支护结构因其特殊的施工工艺，在理论分析时通常较为复杂，具体表现在：一方面，支护结构变形计算时往往需考虑桩间土与喷混层的刚度以及连梁的影响，从而导致计算较为复杂；另一方面，排桩支护虽由单个桩体并成，但群桩效应的影响还需进行考虑。但排桩支护的竖向受力形式与壁式地下连续墙是类似的，故为便于进行计算及数值模拟，工程上常将排桩支护体系转化为地下连续墙结构。

目前，工程上常采用等刚度法来进行排桩与地下连续墙的转化，但该方法忽略了连梁给分离式桩墙带来的水平向的刚度、基坑有限尺寸给墙后土体作用在桩墙上土压力带来的空间效应以及桩间喷混层刚度的影响，因此，按等刚度法转化得出的地下连续墙的厚度所对应的基坑支护结构变形值是偏大的。

故为解决该问题，亟待提出一种新型的计算分析方法，以较好的解决应用等刚度法转化支护结构变形值计算偏大的问题，以更适应对支护结构变形值有精度要求的基坑变形计算。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷，提供一种基坑排桩支护体系等效转化为地下连续墙支护结构的精确分析方法，以解决现有等刚度法转化基坑支护结构变形值偏大的问题。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种排桩支护体系转化地下连续墙支护结构的精确分析方法，包括以下步骤：

步骤1、依据支护结构变形相等原则，基于等刚度法确定地下连续墙最小厚度，并设定多组桩间间距与桩径，得到其对应的多组地下连续墙的厚度；

步骤2、据上述得到的地下连续墙的厚度以及其对应的桩间间距与桩径，以地下连续墙的厚度作为因变量，桩间间距与桩径作为自变量，采用线性、非线性函数拟合以及多元线性回归等方法进行耦合，以得到地下连续墙厚度与排桩支护体系桩间间距及桩径之间的关系式，并将该关系式作为排桩支护体系转化地下连续墙结构的依据；该方法优化了传统等刚度法转化时未考虑连梁及桩间岩土体与喷浆层的刚度而导致支护结构变形值的计算结果偏大的缺点，并首次将群桩效应也作为转化的依据之一，更加适应于对支护结构变形有精度要求的基坑变形计算，也能较好的指导基坑的安全施工。

进一步的，所述步骤1采用有限元数值模拟的手段分别对排桩支护以及地下连续墙支护条件下基坑开挖引起的支护结构变形进行计算：

步骤11、设定基坑的施工工况：计算初始地应力，并将该阶段计算得出的位移清零；施做排桩支护结构体系或地下连续墙支护结构；按照实际施工条件进行基坑开挖模拟；

步骤12、确定地下连续墙的具体厚度，因无排桩支护体系转化地下连续墙结构的准确依据，不能确定模拟所需的地下连续墙的厚度，故本文创造性的采用传统等刚度法的转化厚度为起始值，并依据两种支护体系的数值模拟结果反演地下连续墙厚度改变量与支护结构变形量之间的关系，作为后续地下连续墙厚度改变值的参考依据，地下连续墙厚度具体的确定原则为：

(1)将利用等刚度法计算得到的排桩支护体系转化地下连续墙的厚度作为数值模拟分析时的地下连续墙最小厚度；

(2)对地下连续墙的厚度进行调整，调整原则为：

记录改变地下连续墙厚度时支护结构变形的变化值，并根据两者对应的数据进行函数拟合，以得到改变地连墙厚度后对应支护结构变形的增量；

以排桩支护体系与地下连续墙支护下，支护结构的变形差值为依据，通过上述函数拟合结果反推地下连续墙厚度的增加量，从而确定一个新的厚度；

以此类推，得到排桩支护与地下连续墙支护条件下，围护结构的变形值一致时对应地下连续墙的厚度，从而确定该桩径及桩间间距情况下对应的转化地下连续墙厚度；

(3)设定多组桩径及桩间间距不同的排桩支护结构体系，并根据上述原则分别得出对应地多组下连续墙的厚度。

进一步的，目前，对于地下连续墙结构数值模拟结果的分析均为选择某一截面提取结果，然后作折线图进行分析，但该处理方法无法确定地下连续墙结构的整体变形趋势与排桩支护体系是否一致，故所述步骤12中，为得到地下连续墙支护条件下围护结构的变形值，该专利首次利用测量板模式对围护结构的整体变形形式进行研究。

进一步的，所述步骤2中，创造性的以两种支护结构等变形为准则，以传统等刚度法为基础，并反演地下连续墙厚度改变量与支护结构变形量之间的关系，从而得到地下连续墙厚度与排桩支护体系桩间间距及桩径之间的关系式，且该方法首次将桩间岩土体、喷混层、连梁以及群桩的共同受力、连续变形考虑在内，即将群桩效应作为转化依据之一，从而得到目前最为精确的转化计算结果。。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本方案首次以排桩支护体系与地下连续墙结构等变形为原则，并通过对数值模拟结果进行函数拟合以及线性回归得到地下连续墙厚度与桩径及桩间间距之间的关系：

(1)本方案结合现场实际的岩土体、喷混层及连梁参数，建立三者之间的接触面来构造三维实体模型，从而使桩间岩土体与喷混层、连梁以及桩三者变形连续、共同受力，进而将桩间岩土体与喷混层的刚度以及连梁的联系作用考虑在内，并将群桩效应作为转化依据，使该转化方法更加符合现场的实际施工条件，从而使该方法得出地下连续墙厚度所对应的支护结构的变形值更加符合实际；

(2)本方案所述的转化分析方法优化了传统方法中未考虑桩间岩土体与喷混层及连梁刚度的缺陷，且由于本方案考虑了间岩土体与喷混层、连梁与桩三者的共同作用以及群转效应，故对于有支护结构变形精度要求的基坑而言，采用等变形原则得到的地下连续墙厚度进行计算，可以得到更为精确的围护结构变形值，避免了传统方法中支护结构计算变形值偏大的现象。

附图说明

图1为本发明排桩支护体系及地下连续墙支护结构的变形示意图，其中(a)为排桩支护条件下围护结构变形形式示意图(b)为地下连续墙支护条件下围护结构变形示意图；

图2为本发明排桩支护体系转化为地下连续墙支护结构的流程框图。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例。

本实施例采用有限元数值模拟的手段，对排桩支护条件下基坑开挖时支护结构的变形进行计算，以得到对应支护体系的变形。其工作原理在于：通过排桩支护体系与地下连续墙支护结构变形一致的原则得到几组不同桩径及桩间间距下排桩支护体系所对应的地下连续墙支护结构的厚度，然后采用有限元数值模拟的手段，并对模拟计算结果进行函数耦合与多元线性回归，从而得到地下连续墙厚度h与桩径d及桩间间距l之间的关系式；其中，采用传统等刚度法的转化厚度为起始值，并依据两种支护体系的数值模拟结果反演地下连续墙厚度改变量与支护结构变形量之间的关系，作为后续地下连续墙厚度改变值的参考依据，并将群桩效应作为转化依据之一。

目前并无排桩体系转化地下连续墙结构的准确依据，故本实施例以等变形为原则来建立一个新型排桩转化地下连续墙结构的准确计算方法。具体的，如图1和图2所示，下面通过具体实施方式进一步详细说明，包括以下步骤：

步骤1、依据支护结构变形相等原则，基于等刚度法确定地下连续墙最小厚度，并设定多组桩间间距与桩径，得到其对应的地下连续墙的厚度；

依托排桩支护体系及地下连续墙支护结构变形值一致的原则来确定地下连续墙与桩间间距及桩径之间的关系式，变形一致原则即排桩支护条件下基坑开挖时支护结构的变形值与地下连续墙支护条件下基坑开挖导致的支护结构的变形值一致。

本实施例采用有限元数值模拟的手段分别对排桩支护以及地下连续墙支护条件下，基坑开挖引起的支护结构变形进行计算，因转化准确依据的缺失，数值模拟进行三维建模时无法确定地下连续墙支护结构的厚度，从而无法计算得出结果。故为解决该问题，本实施例利用传统等刚度法计算排桩支护体系转化地下连续墙的厚度时未考虑连梁的联系作用以及桩间岩土体与喷混层刚度的影响而导致支护结构变形过大的特点，即考虑到传统等刚度法转化的地下连续墙结构刚度弱化的效果，将该厚度作为数值模拟计算时选取地下连续墙厚度的最小值，然后进行三维模型的建立并计算，以得到该支护条件下支护结构的变形，具体包括：

首先，设定基坑的施工工况，主要包括三个：(1)初始地应力的计算，并将该阶段计算得出的位移清零，以模拟地层的初始应力场，减小模型的计算误差；(2)施做排桩支护结构体系或地下连续墙支护结构；(3)按实际施工条件进行基坑开挖模拟；

其次，确定地下连续墙的具体厚度，该转化方法中地下连续墙厚度的确定原则为：

(1)利用传统等刚度法计算排桩支护体系转化地下连续墙的厚度时未考虑连梁的联系作用以及桩间岩土体与喷混层刚度的影响而导致支护结构变形过大的特点，即考虑到传统等刚度法转化的地下连续墙结构刚度弱化的效果，将该厚度作为数值模拟计算时选取地下连续墙厚度的最小值；(2)然后进行三维模型的建立并计算，以得到该支护条件下支护结构的变形；其中，为得到地下连续墙支护条件下围护结构的变形值，建立模型时需预先在地下连续墙上施加测量板，以便于研究支护结构的整体变形形式。

但上述方式只能确定地下连续墙厚度的最小值，并未使得两种条件下支护结构的变形值一致，故还需对地下连续墙的厚度进行调整，调整原则为：

(1)记录改变地下连续墙厚度时支护结构变形的变化值，并根据两者对应的数据进行函数拟合，以得到改变地下连续墙厚度后对应支护结构变形的增量，为后续地下连续墙厚度的调整建立基础；(2)其次，以排桩支护体系与地下连续墙支护下，支护结构的变形差值为依据，通过上述拟合关系式反演地下连续墙厚度的增加量，从而将该反演结果作为地下连续墙厚度改变的依据。以此类推，得到排桩支护与地下连续墙支护条件下，围护结构的变形值一致时对应地下连续墙的厚度，从而确定一组该桩径及桩间间距情况下对应的转化地下连续墙厚度；

以此类推，设定多组桩径及桩间间距不同的排桩支护结构体系，并根据上述原则分别得出对应地多组下连续墙的厚度；

步骤2、据上述得到的地下连续墙的厚度以及其对应的桩间间距与桩径，采用Origin软件，以地下连续墙的厚度作为因变量，桩间间距与桩径作为自变量，基于线性函数或非线性函数进行耦合，并进行多元线性回归，以得到地下连续墙厚度与排桩支护体系桩间间距及桩径之间的关系式；

最后通过现场排桩支护条件下基坑支护结构变形值的监测数据与采用本实施例转化方法得到的地下连续墙厚度所对应支护结构的变形值进行对比验证，验证方法为：结合现场排桩支护体系下基坑开挖实例，采用测斜仪等仪器进行现场监测，从而得到支护体系的变形值；其次，依据本文等变形的方法计算该排桩支护体系转化的地下连续墙的厚度，然后依托数值模拟的手段对支护结构变形进行计算，得出的计算值为现场监测值进行对比验证。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种排桩支护体系转化地下连续墙支护结构的分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤2、据上述得到的地下连续墙的厚度以及其对应的桩间间距与桩径，以地下连续墙的厚度作为因变量，桩间间距与桩径作为自变量进行耦合，以得到地下连续墙厚度与排桩支护体系桩间间距及桩径之间的关系。

2.根据权利要求1所述的排桩支护体系转化地下连续墙支护结构的分析方法，其特征在于：所述步骤1采用有限元数值模拟的手段分别对排桩支护以及地下连续墙支护条件下基坑开挖引起的支护结构变形进行计算：

步骤12、确定地下连续墙的具体厚度，其确定原则为：

(2)对地下连续墙的厚度进行调整，调整原则为：

3.根据权利要求2所述的排桩支护体系转化地下连续墙支护结构的分析方法，其特征在于：所述步骤12中，为得到地下连续墙支护条件下围护结构的变形值，剪力模型预先在地下连续墙上施加测量板。