CN113106998A - 一种多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，包括步骤：对既有群桩的分布和地层状况进行分析，确定既有群桩对应的候选加固方案；基于桩基非线性理论计算，分析各候选加固方案各自分别对应的第一加固效果；基于相似比振动台模型试验，确定各候选加固方案各自分别对应的第二加固效果；确定各候选加固方案各自分别对应的加固率；根据第一加固效果、第二加固效果以及加固率，确定目标加固方案。采用非线性理论快速分析既有群桩在各种候选加固方案下的内力与变形特性，并制作相似比模型试验进行分析与验证，准确、有效地分析既有群桩的力学性能。综合考虑桩基非线性理论计算、相似比振动台模型试验以及加固率，最终确定目标加固方案。

Description

一种多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法

技术领域

本发明涉及桩基性能增强技术领域，尤其涉及的是一种多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法。

背景技术

桩基以其突出的承载能力和变形控制能力，广泛应用于高层/超高层建筑、港口、水利、桥梁工程中，对于精密仪器和动力机械设备等对基础有特殊要求时，也采用桩基础。桩基可能因施工工艺导致桩身出现缩径,扩径，夹泥，离析等问题，也会受到使用期间的环境腐蚀，导致承载力低于设计值，因此，既有建(构)筑物的桩基础会因本身的缺陷或者环境腐蚀以及突发事件，其性能下降，无法继续满足抗震要求，需要进行加固提升桩基抗震性能。

现有技术中，由于桩基埋于地层中，桩基具有隐蔽性，桩基加固相对上部结构施工困难，受地层条件影响，加固效果难以控制和验证，无法得到效果较佳的加固方案。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，旨在解决现有技术中无法得到效果较佳的加固方案的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其中，包括步骤：

对既有群桩的分布和地层状况进行分析，确定所述既有群桩对应的候选加固方案；

基于桩基非线性理论计算，分析各候选加固方案各自分别对应的第一加固效果；其中，所述第一加固效果包括：第一桩内力和第一桩变形位移；

基于相似比振动台模型试验，确定各候选加固方案各自分别对应的第二加固效果；其中，所述第二加固效果包括：第二桩内力和第二桩变形位移；

确定各候选加固方案各自分别对应的加固率；

根据各候选加固方案各自分别对应的第一加固效果、第二加固效果以及加固率，确定所述既有群桩对应的目标加固方案；其中，所述目标加固方案为所有所述候选加固方案中的一个。

所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其中，所述确定各候选加固方案各自分别对应的加固率，包括：

针对每一个候选加固方案，确定该候选加固方案的加固区域高度、加固区域宽度、加固体段数以及相邻两段加固区域之间的距离；

根据该候选加固方案的加固区域高度、加固区域宽度、加固体段数以及相邻两段加固区域之间的距离，确定该候选加固方案对应的加固率。

所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其中，所述候选加固方案对应的加固率为：

其中，ρ表示加固率，D表示加固区域高度，L表示加固区域宽度，n表示加固体段数，D′表示相邻两段加固区域之间的距离。

所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其中，所述对既有群桩的分布和地层状况进行分析，确定所述既有群桩对应的候选加固方案，包括：

对既有群桩的分布和地层状况进行分析，得到所述既有群桩的群桩分布、结构设计参数、地层条件，地层参数以及地下水条件；

根据所述既有群桩的群桩分布、结构设计参数、地层条件，地层参数以及地下水条件，确定所述既有群桩对应的候选加固方案。

所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其中，所述基于桩基非线性理论计算，分析各候选加固方案各自分别对应的第一加固效果，包括：

根据所述既有群桩的受力与变形特性，确定所述既有群桩的第一原始桩内力和第一原始变形位移；

针对每一个候选加固方案，根据加固后所述既有群桩的受力与变形特性，确定该候选加固方案对应的第一加固桩内力和第一加固变形位移；

根据该候选加固方案对应的第一加固桩内力和所述第一原始桩内力，确定该候选加固方案对应的第一桩内力；

根据该候选加固方案对应的第一加固变形位移和所述第一原始变形位移，确定该候选加固方案对应的第一桩变形位移。

所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其中，所述根据所述既有群桩的受力与变形特性，确定所述既有群桩的第一原始桩内力和第一原始变形位移，包括：

根据所述既有群桩在强震或者突极限荷载进入塑性或软化阶段的受力与变形特性，确定所述既有群桩的第一原始桩内力和第一原始变形位移；

所述针对每一个候选加固方案，根据加固后所述既有群桩的受力与变形特性，确定该候选加固方案对应的第一加固桩内力和第一加固变形位移，包括：

针对每一个候选加固方案，根据加固后所述既有群桩在强震或者突极限荷载进入塑性或软化阶段的受力与变形特性，确定该候选加固方案对应的第一加固桩内力和第一加固变形位移。

所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其中，所述基于相似比振动台模型试验，确定各候选加固方案各自分别对应的第二加固效果，包括：

按照预设的几何与材料相似比制作群桩模型，并开展振动台模型试验，得到所述既有群桩的第二原始桩内力和第二原始变形位移，以及加固的所述既有群桩中各候选加固方案各自分别对应的第二加固桩内力和第二加固变形位移；

针对每一个候选加固方案，根据该候选加固方案对应的第二加固桩内力以及所述第二原始桩内力，得到该候选加固方案对应的第二桩内力；

根据该候选加固方案对应的第二加固变形位移以及所述第二原始变形位移，得到该候选加固方案对应的第二桩变形位移。

所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其中，所述群桩模型包括：

岩土体；

承台，位于岩土体上；

既有群桩，嵌入所述岩土体内并与所述承台连接；

加固体，设置于所述既有群桩；

应变计，设置于所述既有群桩；

加速度计，设置于所述岩土体。

所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其中，所述加速度计有若干个，若干个所述加速度计沿所述岩土体的深度方向和长度方向排列形成阵列。

一种多段式加固的既有群桩的施工方法，其中，包括步骤：

采用上述任意一项所述多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，确定既有群桩对应的目标加固方案；

按照所述目标加固方案在所述既有群桩上注浆加固形成加固体。

有益效果：本发明采用提出的非线性理论可初步快速分析既有群桩在各种候选加固方案下的内力与变形特性，并通过制作相似比模型试验进行进一步的分析与验证，可准确、有效地分析既有群桩的力学性能。综合考虑桩基非线性理论计算、相似比振动台模型试验以及加固率，最终确定目标加固方案。

附图说明

图1是本发明中钢筋混凝土结构网格离散化的截面示意图。

图2是本发明中多段式加固的既有群桩的结构示意图。

图3是本发明中既有群桩受力示意图。

图4是本发明中多段式加固的既有群桩受力示意图。

图5是本发明中加固体和既有群桩的结构示意图。

图6是本发明中多段式加固的既有群桩工况2的结构示意图。

图7是本发明中多段式加固的既有群桩工况3的结构示意图。

图8是本发明中群桩模型的结构示意图。

图9是本发明中群桩模型的照片。

图10是本发明中多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法的第一流程图。

图11是本发明中多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法的第二流程图。

附图标记说明：

1-1、承台；1-2、既有群桩；2、加固体；3、岩土体；4-1、加速度计；4-2、应变计；D、加固区域高度；L、加固区域宽度；n、加固体段数；D'、相邻两段加固区域之间的距离；H、加固开始的深度；F、外力；S1、既有群桩的侧向位移；S2、加固后的既有群桩的侧向位移。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1-图11，本发明提供了一种多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法的一些实施例。

本发明专利公开了一种多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，该方法主要是对目前不能满足建(构)筑物抗震要求的群桩进行研究分析，然后提出一套切实可行、简便有效的加固方案的一种方法。主要基于允许桩基力学性能进入极限状态的非线性性理论计算分析，得出桩身内力和变形危险部位，对既有群桩桩身周围一定距离内、不同深度区域的岩土体进行注浆加固，即以群桩为中心，分段注浆加固承台下一定深度(H)以下岩土体区域，每一段高度(D)和宽度(L)，相邻两端之间距离(D')一定，以及注浆的段数n，均根据实际地层和桩结构情况计算分析确定。该加固方法能有效地增加群桩的整体性、改善群桩的受力、提升群桩的抗震性能、可有效地解决现有建(构)筑物的群桩不满足抗震要求的抗震性能提升问题。

如图10和图11所示，本发明的一种多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，包括以下步骤：

步骤S100、对既有群桩的分布和地层状况进行分析，确定所述既有群桩对应的候选加固方案。

具体地，如图2所示，既有群桩1-2是指建立已久的群桩，既有群桩1-2是需要加固的群桩，也就是说，一些群桩由于建立已久，需要加固。群桩是指由2根以上桩基组成的桩基础，群桩用于承受荷载及建筑物重量，并传至地基。

本发明先对既有群桩1-2分布和地层状况进行分析，然后根据桩结构与地层特点提出相应的候选加固方案。可以理解的是，既有群桩1-2对应的候选加固方案可以是有多个，候选加固方案包括：加固区域高度D、加固区域宽度L、加固体段数n、相邻两段加固区域之间的距离D'以及加固开始的深度H等加固参数。不同的加固参数可以得到不同的候选加固方案，例如，不同的加固区域高度D可以得到不同的候选加固方案。

步骤S100具体包括：

步骤S110、对既有群桩的分布和地层状况进行分析，得到所述既有群桩的群桩分布、结构设计参数、地层条件，地层参数以及地下水条件。

步骤S120、根据所述既有群桩的群桩分布、结构设计参数、地层条件，地层参数以及地下水条件，确定所述既有群桩对应的候选加固方案。

具体地，在分析既有群桩1-2的分布和地层状况时，分析既有群桩1-2的基础形式，如群桩分布、结构设计参数、地层条件，地层参数、地下水条件等。根据既有群桩1-2的群桩分布、结构设计参数、地层条件，地层参数以及地下水条件，确定所述既有群桩1-2对应的候选加固方案，例如，加固体2需要连接群桩中所有的桩，加固区域的宽度需要大于既有群桩1-2所在的区域的宽度。

举例说明，对于地层条件，一般地层各种类型土体不均匀分布，在两种软硬土交界面处，桩容易产生较大的内力，因此地层中软硬土体交界面处应设为加固区域。

对于桩的结构设计参数，主要包括群桩分布范围形式和桩间距大小，由此来给出加固的平面范围需要覆盖群桩分布范围，并且多出一个桩间距的尺寸，也就是确定图5中的加固体宽度L1，L2，以及加固区平面范围S；S＝L1*L2，L1为长边尺寸(群桩最两端桩侧边缘距离+2倍桩间距)，L2为短边尺寸(另外一个方向群桩最两端桩侧边缘距离+2倍桩间距)。

地下水条件主要考虑水位，加固体范围避开地下水位液面处。

通过群桩的受力与变形特性的分析可以确定桩基危险点(如桩身变形、剪力或弯矩最大点)，在桩基危险点进行加固。具体地，根据群桩力学计算结果，找出内力和位移最大值所在位置，即为桩基危险点。

步骤S200、基于桩基非线性理论计算，分析各候选加固方案各自分别对应的第一加固效果；其中，所述第一加固效果包括：第一桩内力和第一桩变形位移。

具体地，第一加固效果是指相对于既有群桩1-2，采用候选加固方案加固既有群桩1-2后的加固效果，第一桩内力是指采用候选加固方案加固既有群桩1-2后加固桩内力与既有群桩1-2的原始桩内力之间的差值，第一桩变形位移是指采用候选加固方案加固既有群桩1-2后加固桩变形位移与既有群桩1-2的原始桩变形位移之间的差值。

在确定候选加固方案后，采用桩非线性理论计算分析各候选加固方案下，在强震或者极限荷载状况下桩内力和变形，分析对比各方案加固效果。通过理论计算得到候选加固方案对应的第一加固效果，具体基于桩基非线性理论计算分析各候选加固方案各自分别对应的第一加固效果。

步骤S200具体包括：

步骤S210、根据所述既有群桩的受力与变形特性，确定所述既有群桩的第一原始桩内力和第一原始变形位移。

具体地，根据既有群桩1-2的受力与变形特性，确定既有群桩1-2的第一原始桩内力和第一原始变形位移。

具体地，根据所述既有群桩1-2在强震或者突极限荷载进入塑性或软化阶段的受力与变形特性，确定所述既有群桩1-2的第一原始桩内力和第一原始变形位移。

桩基非线性性理论为钢筋混凝土纤维模型，进入结构非线性状态，达到峰值过后出现软化过程，三维空间钢筋混凝土截面，上每个单元的总应变ε(x,y,z)＝ε₀+ε_y+ε_z，ε₀由轴向方向的力控制，ε_z由z方向的弯矩控制，ε_y由y方向的弯矩控制。

由轴力和两个方向的平衡方程有：

其中，N_s表示梁单元轴力、M_z表示梁单元z方向弯矩、M_y表示梁单元y方向弯矩，σ_ij为每个纤维截面单元对应的应力、A_ij为每个纤维截面单元对应的面积，i、j分别代表y方向网格个数和z方向网格个数组合，n代表截面网格总数，E_ij代表截面单元应力应变曲线该点应变对应的切向刚度，y_i和z_j对应图1所示的位置，ε₀表示zy坐标系原点处的应变，

表示绕着z轴方向旋转的曲率，

表示绕着y轴方向旋转的曲率。

对公式左右两边同时微分有：

其中，K_s表示截面刚度矩阵，δ_e表示节点位移。

每个状态截面的刚度矩阵可分为两部分，一部分由钢筋贡献，另一部分由混凝土贡献，原则上混凝土那部分刚度分为核心区的混凝土刚度和非核心区的混凝土刚度；每部分的刚度都由对应的纤维单元的刚度组成。

步骤S220、针对每一个候选加固方案，根据加固后所述既有群桩的受力与变形特性，确定该候选加固方案对应的第一加固桩内力和第一加固变形位移。

具体地，既有群桩1-2在采用候选加固方案加固后，根据加固的既有群桩1-2的受力与变形特性，确定候选加固方案对应的第一加固桩内力和第一加固变形位移。

具体地，针对每一个候选加固方案，根据加固后所述既有群桩1-2在强震或者突极限荷载进入塑性或软化阶段的受力与变形特性，确定该候选加固方案对应的第一加固桩内力和第一加固变形位移。

步骤S230、根据该候选加固方案对应的第一加固桩内力和所述第一原始桩内力，确定该候选加固方案对应的第一桩内力。

步骤S240、根据该候选加固方案对应的第一加固变形位移和所述第一原始变形位移，确定该候选加固方案对应的第一桩变形位移。

具体地，在得到第一加固桩内力和第一原始桩内力后，根据第一加固桩内力和第一原始桩内力得到第一桩内力，第一桩内力＝第一加固桩内力-第一原始桩内力。在得到第一加固桩变形位移和第一原始桩变形位移后，根据第一加固桩变形位移和第一原始桩变形位移得到第一桩变形位移，第一桩变形位移＝第一加固桩变形位移-第一原始桩变形位移。

可以理解的是，如图3和图4所示，根据桩基弹塑性理论，将加固区域视为施加在桩身上的约束，分析加固前后桩身内力和侧向位移，加固后的桩头弯矩、侧向位移(S₁和S₂)均减小。经过加固后的既有群桩1-2在强震或者极限荷载状况下桩内力和变形位移更小，第一加固桩内力小于第一原始桩内力，第一加固变形位移小于第一原始变形位移。例如，在相同外力F作用下，既有群桩1-2的侧向位移S₂小于加固后的既有群桩1-2的侧向位移S₁。

步骤S300、基于相似比振动台模型试验，确定各候选加固方案各自分别对应的第二加固效果；其中，所述第二加固效果包括：第二桩内力和第二桩变形位移。

具体地，在进行桩基非线性理论计算分析后，按照一定的几何与材料相似比，实施各种加固方案下的振动台模型试验，分析对比各方案加固效果。

如图8所示，所述群桩模型包括：

岩土体3；

承台1-1，位于岩土体3上；

既有群桩1-2，嵌入所述岩土体3内并与所述承台1-1连接；

加固体2，设置于所述既有群桩1-2；

应变计4-2，设置于所述既有群桩1-2；

加速度计4-1，设置于所述岩土体3。

所述加速度计4-1有若干个，若干个所述加速度计4-1沿所述岩土体3的深度方向和长度方向排列形成阵列。

具体地，根据实际情况建立1：50相似比的振动台模型试验，模型尺寸为长(x)1.2，宽(y)0.5m，高(z)0.5m。

见图8和图9，模型试验的模型桩基布置于中间位置，上部结构重6kg，群桩为3×3的9桩结构，模型桩采用铝合金管模拟，长500mm，直径20mm，桩底部采用打孔方形板固定9根桩(如图5所示)。在中间一排桩安装测量计，每跟桩的两侧分别安装10个应变计4-2，3跟桩共安装10*2*3＝60个应变计4-2，安装位置见图8。在A、B所在的竖向位置安装共8个加速度计4-1，其他测量计安装见图8。

模型试验对3种工况进行了试验，见下表1、图6以及图7：

表1 3种工况模型试验参数

分析工况	D/m	D’/m	H/m	L/m	加固体尺寸/m	加固率
							1	0	0	0	0	0	0
2	0.03	0.3	0.05	0.2	0.2*0.2	60％
							3	0.03	0.6	0.05	0.2	0.2*0.2	43％

步骤S300具体包括：

步骤S310、按照预设的几何与材料相似比制作群桩模型，并开展振动台模型试验，得到所述既有群桩1-2的第二原始桩内力和第二原始变形位移，以及加固的所述既有群桩1-2中各候选加固方案各自分别对应的第二加固桩内力和第二加固变形位移。

具体地，对既有群桩1-2按照预设的几何与材料相似比制作群桩模型，并开展振动台模型试验，得到既有群桩1-2的第二原始桩内力和第二原始变形位移。对加固后的既有群桩1-2按照预设的几何与材料相似比制作群桩模型，并开展振动台模型试验，得到第二加固桩内力和第二加固变形位移。

步骤S320、针对每一个候选加固方案，根据该候选加固方案对应的第二加固桩内力以及所述第二原始桩内力，得到该候选加固方案对应的第二桩内力。

步骤S330、根据该候选加固方案对应的第二加固变形位移以及所述第二原始变形位移，得到该候选加固方案对应的第二桩变形位移。

具体地，在得到第二加固桩内力和第二原始桩内力后，根据第二加固桩内力和第二原始桩内力得到第二桩内力，第二桩内力＝第二加固桩内力-第二原始桩内力。在得到第二加固桩变形位移和第二原始桩变形位移后，根据第二加固桩变形位移和第二原始桩变形位移得到第二桩变形位移，第二桩变形位移＝第二加固桩变形位移-第二原始桩变形位移。

步骤S400、确定各候选加固方案各自分别对应的加固率。

具体地，加固率是指加固土量与加固桩身范围总土量的比值。不同的候选加固方案的加固率不相同，加固率越高，则成本越高，加固率越低，则成本越低。然而加固率过低，虽然成本较低，但加固效果较差，因此需要综合考虑加固效果和加固率。

步骤S400具体包括：

步骤S410、针对每一个候选加固方案，确定该候选加固方案的加固区域高度、加固区域宽度、加固体段数以及相邻两段加固区域之间的距离。

步骤S420、根据该候选加固方案的加固区域高度、加固区域宽度、加固体段数以及相邻两段加固区域之间的距离，确定该候选加固方案对应的加固率。

所述候选加固方案对应的加固率为：

其中，ρ表示加固率，V₁表示加固土量，V₂表示加固桩身范围总土量，D表示加固区域高度，L表示加固区域宽度，n表示加固体段数，D′表示相邻两段加固区域之间的距离。

步骤S500、根据各候选加固方案各自分别对应的第一加固效果、第二加固效果以及加固率，确定所述既有群桩对应的目标加固方案；其中，所述目标加固方案为所有所述候选加固方案中的一个。

具体地，综合考虑桩基非线性理论计算、相似比振动台模型试验以及加固率，最终确定目标加固方案，因此，目标加固方案是经济有效的加固方案。加固效果E＝桩基位移抑制率R/加固体体积V，也就是单位加固体积对应的桩基位移抑制率，其中，位移抑制率R＝加固后位移减小量(L-L0)/未加固时位移量L0，L为加固后桩基位移，也就是相对于未加固情况，加固后位移减小百分比。针对每个候选加固方案，该候选加固方案具有第一加固效果E1、第二加固效果E2以及加固率ρ，其中，E1和E2均采用E＝R/V进行计算。

根据各候选加固方案对应的第一加固效果E1、第二加固效果E2以及加固率ρ，确定既有群桩对应的目标加固方案，具体可以采用单位加固率最大效果的候选加固方案作为目标加固方案，例如，对比各候选加固方案单位加固率最大效果E/ρ，具体有E1/ρ和E2/ρ，当然也可以先计算加固效果平均值E_ave＝(E1+E2)/2，然后计算E_ave/ρ。

参见表1，分析试验结果可知：

工况1无加固时桩头弯矩最大，工况2、工况3多段加固桩头弯矩明显减小；在工况1～工况3中，取工况2最深加固区域部位桩身弯矩进行分析，由于该处无加固土体和加固土体形成了软硬界面，工况2的桩身弯矩较无加固时有放大效应，但是，和工况1无加固时的桩头弯矩相比，放大后的弯矩要小许多；在工况1～工况3中，取工况3最深加固区域部位桩身弯矩进行分析，由于无加固土体和加固土体形成了软硬界面，工况3的桩身弯矩较无加固时也存在放大效应，但是，和工况1无加固时的桩头弯矩相比，放大后的弯矩要小许多；对比工况2和工况3，工况2产生的弯矩放大效应比工况3大，且工况3下的桩身其他部位弯矩比工况2小。在相同的加固体2体积下，沿着桩身加固范围越大，加固率越小，加固效果较佳。

综上所述，本发明具有如下有益效果：

1、针对无法满足现行抗震要求的既有群桩，根据实际桩基和地层条件提出一种多段式加固的群桩抗震性能提升方法，对桩基敏感部位进行多段加固，灵活适应地层变化，可以有效地增加既有群桩整体性，约束群桩位移，减小各桩所受内力，抑制群桩变形，从而提高其抗震性能。

2、本方法运用桩基非线性性理论计算分析各种情况下的群桩的内力与变形特性，计算所采用的非线性理论能充分考虑强震或极限荷载作用下桩结构进入非线性状态后的应变软化或破损阶段，得到桩基内力和变形最大位置，可以精确快速寻找到易损发生部位并制定最优加固方案，能准确研究分析加固前后群桩的受力变化规律及抗震性能提升效果。

3、针对既有群桩多段式加固方法，采用不同加固方案进行了相似比振动台模型试验，能准确验证加固前后群桩的受力变化规律及增强效果。

4、特别的，本发明提出了加固率的概念，即，加固率＝加固土量V₁/加固桩身范围总土量V₂，借助加固率可有效地评价加固效果与经济性的关系，为制定方实际工程加固案提供可靠参考。

5、该抗震性能提升方法可广泛使用于各种既有群桩力学性能提升方案的快速制定和优化。

基于上述任意一实施例多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，本发明还提供了一种多段式加固的既有群桩的施工方法的较佳实施例：

本发明实施例的多段式加固的既有群桩的施工方法，包括以下步骤：

A100、采用上述任意一项所述多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，确定既有群桩对应的目标加固方案。

A200、按照所述目标加固方案在所述既有群桩上注浆加固形成加固体。

具体地，本发明采用提出的非线性理论可初步快速分析既有群桩在无加固和各种加固方案下的内力与变形特性，并通过制作相似比模型试验进行进一步的分析与验证，可准确、有效地分析既有群桩在强震或极限状态下的力学性能，加固可以通过简单的机械注浆实现。

实际加固工程可根据研究分析计算得到的结果以及群桩内力和变形规律制定出符合工程的具体抗震性能提升方法，使其满足建筑(构筑)物不断提高的抗震要求。

本发明首次提出了一种桩基非线性计算分析方法，能够精确的计算桩基在强震或者突极限荷载进入塑性或软化阶段的内力和变形特性。另外，本发明提出的加固率这一概念，加固率的评价加固效果和工程经济效益的重要指标，为方案制定提供重要依据。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其特征在于，包括步骤：

对既有群桩的分布和地层状况进行分析，确定所述既有群桩对应的候选加固方案；

基于桩基非线性理论计算，分析各候选加固方案各自分别对应的第一加固效果；其中，所述第一加固效果包括：第一桩内力和第一桩变形位移；

基于相似比振动台模型试验，确定各候选加固方案各自分别对应的第二加固效果；其中，所述第二加固效果包括：第二桩内力和第二桩变形位移；

确定各候选加固方案各自分别对应的加固率；

根据各候选加固方案各自分别对应的第一加固效果、第二加固效果以及加固率，确定所述既有群桩对应的目标加固方案；其中，所述目标加固方案为所有所述候选加固方案中的一个。

2.根据权利要求1所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其特征在于，所述确定各候选加固方案各自分别对应的加固率，包括：

针对每一个候选加固方案，确定该候选加固方案的加固区域高度、加固区域宽度、加固体段数以及相邻两段加固区域之间的距离；

根据该候选加固方案的加固区域高度、加固区域宽度、加固体段数以及相邻两段加固区域之间的距离，确定该候选加固方案对应的加固率。

3.根据权利要求2所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其特征在于，所述候选加固方案对应的加固率为：

其中，ρ表示加固率，D表示加固区域高度，L表示加固区域宽度，n表示加固体段数，D′表示相邻两段加固区域之间的距离。

4.根据权利要求1所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其特征在于，所述对既有群桩的分布和地层状况进行分析，确定所述既有群桩对应的候选加固方案，包括：

对既有群桩的分布和地层状况进行分析，得到所述既有群桩的群桩分布、结构设计参数、地层条件，地层参数以及地下水条件；

根据所述既有群桩的群桩分布、结构设计参数、地层条件，地层参数以及地下水条件，确定所述既有群桩对应的候选加固方案。

5.根据权利要求1所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其特征在于，所述基于桩基非线性理论计算，分析各候选加固方案各自分别对应的第一加固效果，包括：

根据所述既有群桩的受力与变形特性，确定所述既有群桩的第一原始桩内力和第一原始变形位移；

针对每一个候选加固方案，根据加固后所述既有群桩的受力与变形特性，确定该候选加固方案对应的第一加固桩内力和第一加固变形位移；

根据该候选加固方案对应的第一加固桩内力和所述第一原始桩内力，确定该候选加固方案对应的第一桩内力；

根据该候选加固方案对应的第一加固变形位移和所述第一原始变形位移，确定该候选加固方案对应的第一桩变形位移。

6.根据权利要求5所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其特征在于，所述根据所述既有群桩的受力与变形特性，确定所述既有群桩的第一原始桩内力和第一原始变形位移，包括：

根据所述既有群桩在强震或者突极限荷载进入塑性或软化阶段的受力与变形特性，确定所述既有群桩的第一原始桩内力和第一原始变形位移；

所述针对每一个候选加固方案，根据加固后所述既有群桩的受力与变形特性，确定该候选加固方案对应的第一加固桩内力和第一加固变形位移，包括：

针对每一个候选加固方案，根据加固后所述既有群桩在强震或者突极限荷载进入塑性或软化阶段的受力与变形特性，确定该候选加固方案对应的第一加固桩内力和第一加固变形位移。

7.根据权利要求1所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其特征在于，所述基于相似比振动台模型试验，确定各候选加固方案各自分别对应的第二加固效果，包括：

按照预设的几何与材料相似比制作群桩模型，并开展振动台模型试验，得到所述既有群桩的第二原始桩内力和第二原始变形位移，以及加固的所述既有群桩中各候选加固方案各自分别对应的第二加固桩内力和第二加固变形位移；

针对每一个候选加固方案，根据该候选加固方案对应的第二加固桩内力以及所述第二原始桩内力，得到该候选加固方案对应的第二桩内力；

根据该候选加固方案对应的第二加固变形位移以及所述第二原始变形位移，得到该候选加固方案对应的第二桩变形位移。

8.根据权利要求7所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其特征在于，所述群桩模型包括：

岩土体；

承台，位于岩土体上；

既有群桩，嵌入所述岩土体内并与所述承台连接；

加固体，设置于所述既有群桩；

应变计，设置于所述既有群桩；

加速度计，设置于所述岩土体。

9.根据权利要求8所述的多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，其特征在于，所述加速度计有若干个，若干个所述加速度计沿所述岩土体的深度方向和长度方向排列形成阵列。

10.一种多段式加固的既有群桩的施工方法，其特征在于，包括步骤：

采用权利要求1-9任意一项所述多段式加固的既有群桩抗震性能提升方法，确定既有群桩对应的目标加固方案；

按照所述目标加固方案在所述既有群桩上注浆加固形成加固体。

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