CN115033973A - 基于天然源面波计算基坑双排桩桩间土对桩侧压力的方法 - Google Patents

基于天然源面波计算基坑双排桩桩间土对桩侧压力的方法 Download PDF

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CN115033973A CN202210958055.8A CN202210958055A CN115033973A CN 115033973 A CN115033973 A CN 115033973A CN 202210958055 A CN202210958055 A CN 202210958055A CN 115033973 A CN115033973 A CN 115033973A
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Abstract

本发明公开了一种基于天然源面波计算基坑双排桩桩间土对桩侧压力的方法，包括：采集天然源面波数据，通过数据处理得到基坑底面以上地层厚度、地层层数和面波速度，进而确定双排桩影响系数、基坑底面以上各土层影响因子、双排桩间水平距离的变化值、基坑深度影响系数、基坑底面以上土层等效内摩擦角、初始应力影响系数，再利用公式直接计算基坑双排桩桩间土对桩侧的压力。该方法充分利用了天然源面波勘探设备轻便、无损、效率高、不受场地和人文干扰因素影响等优点，无需成孔、计算方便快捷、成本低，可用于粘土、砂土、碎石土等不同类型的土体且场地适应性强，在钻探、预钻式旁压、静力触探实施困难地区优势明显，具有较大使用推广价值。

Description

基于天然源面波计算基坑双排桩桩间土对桩侧压力的方法
技术领域
本发明涉及工程地质勘察领域，尤其是涉及一种基于天然源面波计算基坑双排桩桩间土对桩侧压力的方法。
背景技术
双排桩是铁路、工民建等工程基坑常用的一种支护结构，桩间土对桩侧的压力是双排桩设计的关键参数，目前主要是通过钻探取样室内试验及预钻式旁压、静力触探等原位测试方法获取压缩模量计算或者根据地区经验获得。
城市地区由于建筑密集，环保要求和赔偿费高，钻探取样实施难度大，粗颗粒土地层取样困难，且通过室内试验获取的压缩模量离散性较高；预钻式旁压同样需成孔，成本高；静力触探主要适合于细颗粒土，在砂土、碎石土等粗颗粒土层勘察效果较差；同时，根据地区经验计算的双排桩桩间土对桩侧的压力误差较大。
发明内容
针对现有基坑双排桩桩间土对桩侧压力计算方法存在的困难，本发明提供一种计算过程简单、快捷且计算精度较高的基于天然源面波计算基坑双排桩桩间土对桩侧压力的方法。
为此，本发明采用以下技术方案：
一种基于天然源面波计算基坑双排桩桩间土对桩侧压力的方法，包括以下步骤：
S1，场地天然源面波勘探：将多个三分量节点式地震仪等间距线性排列布置，用于采集一定时间的天然源面波数据；
S2，天然源面波数据处理：以测点处节点式地震仪为中心，沿观测系统方向前后各 选取相同数量的多个三分量节点式地震仪采集的天然源面波数据，并以测点处的三分量节 点式地震仪为虚拟炮点位置，通过干涉理论提取测点位置频散曲线，反演得到基坑底面以 上每层土的厚度
Figure 371269DEST_PATH_IMAGE001
、地层层数
Figure 28646DEST_PATH_IMAGE002
和面波速度
Figure 603984DEST_PATH_IMAGE003
，并确定每层土的类型；
S3，确定双排桩影响系数
Figure 205867DEST_PATH_IMAGE004
：
Figure 665798DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 177682DEST_PATH_IMAGE006
为双排桩的初始排间距，单位为m；
Figure 923921DEST_PATH_IMAGE007
为桩的直径，单位为m；
S4，确定基坑底面以上各土层的影响因子
Figure 747521DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 11143DEST_PATH_IMAGE009
；
S5，测量双排桩间的当前排间距，得到排间距的变化值
Figure 236588DEST_PATH_IMAGE010
：当排间距减小时
Figure 294674DEST_PATH_IMAGE012
为 正值，当排间距增加时，取
Figure 871148DEST_PATH_IMAGE013
；
S6，计算基坑深度影响系数
Figure 672882DEST_PATH_IMAGE014
；
S7，计算基坑底面以上土层等效内摩擦角
Figure 752834DEST_PATH_IMAGE015
；
S8，计算初始应力影响系数
Figure 247400DEST_PATH_IMAGE016
；
S9，通过公式
Figure 45592DEST_PATH_IMAGE017
计算第
Figure 665665DEST_PATH_IMAGE018
层土中计算点处双排桩桩间 土对桩侧的压力，其中：
Figure 334544DEST_PATH_IMAGE019
为双排桩影响系数；
Figure 12DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 285499DEST_PATH_IMAGE021
为土层影响因子；
Figure 429036DEST_PATH_IMAGE022
为基坑底面以上第
Figure 483580DEST_PATH_IMAGE023
层土体的面波速度，单位为m/s；
Figure 319949DEST_PATH_IMAGE024
为双排桩间水平距离的变化值，单位为为m；
Figure 827153DEST_PATH_IMAGE025
为初始应力影响系数；
Figure 774381DEST_PATH_IMAGE026
为基坑深度影响系数；
Figure 949010DEST_PATH_IMAGE027
为等效内摩擦角；
Figure 690701DEST_PATH_IMAGE028
为双排桩外侧第
Figure 950781DEST_PATH_IMAGE029
层土中计算点的主动土压力强度标准值，单位为
Figure 436120DEST_PATH_IMAGE030
。
其中，步骤S4中土体类型影响因子
Figure 465256DEST_PATH_IMAGE031
和
Figure 377849DEST_PATH_IMAGE032
的确定方法为：当第
Figure 859645DEST_PATH_IMAGE033
层土为粘土时，
Figure 273309DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 29388DEST_PATH_IMAGE035
；当第
Figure 503095DEST_PATH_IMAGE036
层土为砂土时，
Figure 347554DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 299330DEST_PATH_IMAGE038
；当第
Figure 912845DEST_PATH_IMAGE033
层土为 碎石土时，
Figure 291873DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 889208DEST_PATH_IMAGE040
。
步骤S6中，基坑深度影响系数
Figure 379095DEST_PATH_IMAGE041
的计算公式为
Figure 112696DEST_PATH_IMAGE042
，其中，
Figure 928205DEST_PATH_IMAGE043
为双排桩影响系 数；
Figure 747257DEST_PATH_IMAGE044
为基坑埋深，单位为m。
步骤S7中，基坑底面以上等效内摩擦角
Figure 40835DEST_PATH_IMAGE045
的确定方法为，
Figure 487997DEST_PATH_IMAGE046
，其中
Figure 349773DEST_PATH_IMAGE047
为基坑底面以上各土层按厚度加权的等效面波速度， 单位为m/s。所述等效面波速度
Figure 780755DEST_PATH_IMAGE047
通过下式计算：
Figure 753390DEST_PATH_IMAGE048
，
其中，
Figure 55058DEST_PATH_IMAGE049
为基坑底面以上第
Figure 90666DEST_PATH_IMAGE050
层土体的面波速度，单位为m/s；
Figure 8943DEST_PATH_IMAGE051
为基坑底面以上第
Figure 519690DEST_PATH_IMAGE050
层土体的厚度，单位为m；
Figure 472603DEST_PATH_IMAGE052
为基坑底面以上土层的层数。
步骤S8中，初始应力影响系数
Figure 207341DEST_PATH_IMAGE053
根据地区观测资料及经验确定，无经验地区按
Figure 222701DEST_PATH_IMAGE054
计算。
优选的是，步骤S1中，所述一定时间为1小时。
在本发明的一个实施例中，步骤S2中，以测点处节点式地震仪为中心，沿观测系统方向前后各选取3个三分量节点式地震仪采集的天然源面波数据。
本发明的基于天然源面波计算基坑双排桩桩间土对桩侧压力的方法，通过在地面设计合理的观测系统，采集天然源面波数据，通过数据处理得到基坑底面以上地层厚度、地层层数和面波速度，进而确定双排桩影响系数、基坑底面以上各土层影响因子、双排桩间水平距离的变化值、基坑深度影响系数、基坑底面以上土层等效内摩擦角、初始应力影响系数，然后计算基坑双排桩桩间土对桩侧的压力。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1. 本发明直接应用天然源面波勘探结果进行基坑双排桩桩间土对桩侧压力的计算，计算过程简单、快捷，计算所需参数来源于天然源面波勘察，无需钻探、触探等，从而避免了钻探取样、室内土工试验由于土体扰动导致测试结果不准、触探难以穿透粗颗粒地层以及根据地区经验计算的桩间土对桩侧压力误差较大的问题。
2. 该方法场地适应性强，为无损检测，对场地破坏小，所用设备简单，勘察成本低，勘察效率高，在不利用经验修正系数的情况下，仍然具有较高的计算精度，应用前景广阔。
3. 该方法充分利用了天然源面波勘探设备轻便、无损、效率高、不受场地和人文干扰因素影响等优点，无需成孔、计算方便快捷、成本低，可用于粘土、砂土、碎石土等不同类型的土体，且场地适应性强，在建筑密集的城市等钻探、预钻式旁压、静力触探实施困难地区优势明显，具有较大的使用推广价值。
附图说明
图1为本发明的基于天然源面波计算基坑双排桩桩间土对桩侧压力的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的计算方法进行详细说明。
实施例一
如图1所示，本发明的基于天然源面波计算基坑双排桩桩间土对桩侧压力的方法包括以下步骤：
S1：场地天然源面波勘探：采用三分量节点式地震仪，等间距线性排列布置，采集1小时的天然源面波数据。
S2：天然源面波数据处理：以测点处三分量节点式地震仪为中心，沿观测系统方向 前后各选取3个地震仪采集的天然源面波数据，并以测点处节点式地震仪为虚拟炮点位置， 通过干涉理论提取测点位置频散曲线，反演得到基坑底面以上每层土的厚度
Figure 927352DEST_PATH_IMAGE051
、地层层数
Figure 344558DEST_PATH_IMAGE052
和面波速度
Figure 843672DEST_PATH_IMAGE049
，并确定每层土的类型。
S3：利用公式计算双排桩影响系数
Figure 346329DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 323512DEST_PATH_IMAGE055
，其中：
Figure 860804DEST_PATH_IMAGE056
为双排桩的初始排间距，单位为m；
Figure 265241DEST_PATH_IMAGE057
为桩的直径，单位为m。
S4：确定基坑底面以上各土层影响因子
Figure 255193DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 36067DEST_PATH_IMAGE059
，当第
Figure 424936DEST_PATH_IMAGE050
层土为粘土时，
Figure 265853DEST_PATH_IMAGE060
，
Figure 602156DEST_PATH_IMAGE061
；当第
Figure 62088DEST_PATH_IMAGE050
层土为砂土时，
Figure 433026DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 585790DEST_PATH_IMAGE063
；当第
Figure 284756DEST_PATH_IMAGE050
层土为 碎石土时，
Figure 407433DEST_PATH_IMAGE064
，
Figure 632878DEST_PATH_IMAGE065
。
S5：测量双排桩间的当前排间距，得到排间距的变化值
Figure 690963DEST_PATH_IMAGE066
，当排间距减小时
Figure 267438DEST_PATH_IMAGE066
为 正值，当排间距增加时，取
Figure 69172DEST_PATH_IMAGE067
。
S6：计算基坑深度影响系数
Figure 149124DEST_PATH_IMAGE068
，根据公式
Figure 643690DEST_PATH_IMAGE069
计算，其中：
Figure 176302DEST_PATH_IMAGE070
为双排桩影响系数；
Figure 516148DEST_PATH_IMAGE071
为基坑埋深，单位为m。
S7：计算基坑底面以上土层等效内摩擦角
Figure 716185DEST_PATH_IMAGE072
，根据公式
Figure 240708DEST_PATH_IMAGE073
计算，其中，
Figure 392772DEST_PATH_IMAGE074
为基坑底面以上各土层按厚度加权的等效面 波速度，根据公式
Figure 660943DEST_PATH_IMAGE075
计算，其中：
Figure 590853DEST_PATH_IMAGE049
为基坑底面以上第
Figure 286276DEST_PATH_IMAGE050
层土体的面波速度，单位为m/s；
Figure 934426DEST_PATH_IMAGE076
为基坑底面以上第
Figure 6288DEST_PATH_IMAGE050
层土体的厚度，单位为m；
Figure 790704DEST_PATH_IMAGE077
为基坑底面以上土层的层数。
S8：计算初始应力影响系数
Figure 657029DEST_PATH_IMAGE078
，根据地区观测资料及经验确定，无经验地区按
Figure 526896DEST_PATH_IMAGE079
计算。
S9：通过将上述各参数的值代入公式
Figure 402448DEST_PATH_IMAGE080
，计算第
Figure 306950DEST_PATH_IMAGE050
层 土中计算点处双排桩桩间土对桩侧的压力，其中：
Figure 344176DEST_PATH_IMAGE081
为双排桩影响系数；
Figure 966919DEST_PATH_IMAGE082
、
Figure 380582DEST_PATH_IMAGE083
为土层影响因子，其与土体类型有关；
Figure 139591DEST_PATH_IMAGE049
为基坑底面以上第
Figure 347718DEST_PATH_IMAGE050
层土体的面波速度，单位为m/s；
Figure 51232DEST_PATH_IMAGE084
为双排桩间水平距离的变化值，单位为m；
Figure 141023DEST_PATH_IMAGE053
为初始应力影响系数；
Figure 879172DEST_PATH_IMAGE085
为基坑深度影响系数；
Figure 399146DEST_PATH_IMAGE086
为等效内摩擦角；
Figure DEST_PATH_IMAGE087
为支护结构外侧第
Figure 262060DEST_PATH_IMAGE050
层土中计算点的主动土压力强度标准值，单位为
Figure 17527DEST_PATH_IMAGE088
。

Claims (8)

1.一种基于天然源面波计算基坑双排桩桩间土对桩侧压力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，场地天然源面波勘探：将多个三分量节点式地震仪等间距线性排列布置，用于采集一定时间的天然源面波数据；
S2，天然源面波数据处理：以测点处节点式地震仪为中心，沿观测系统方向前后各选取 相同数量的多个三分量节点式地震仪采集的天然源面波数据，并以测点处的三分量节点式 地震仪为虚拟炮点位置，通过干涉理论提取测点位置频散曲线，反演得到基坑底面以上每 层土的厚度
Figure 329820DEST_PATH_IMAGE001
、地层层数
Figure 213463DEST_PATH_IMAGE002
和面波速度
Figure 828115DEST_PATH_IMAGE003
，并确定每层土的类型；
S3，确定双排桩影响系数
Figure 672574DEST_PATH_IMAGE004
：
Figure 889929DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 503444DEST_PATH_IMAGE006
为双排桩的初始排间距，单位为m；
Figure 148052DEST_PATH_IMAGE007
为桩 的直径，单位为m；
S4，确定基坑底面以上各土层的影响因子
Figure 479807DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 969694DEST_PATH_IMAGE009
；
S5，测量双排桩间的当前排间距，得到排间距的变化值
Figure 827929DEST_PATH_IMAGE010
：当排间距减小时
Figure 256155DEST_PATH_IMAGE011
为正 值，当排间距增加时，取
Figure 199840DEST_PATH_IMAGE012
；
S6，计算基坑深度影响系数
Figure 634363DEST_PATH_IMAGE013
；
S7，计算基坑底面以上土层等效内摩擦角
Figure 347104DEST_PATH_IMAGE014
；
S8，计算初始应力影响系数
Figure 208881DEST_PATH_IMAGE015
；
S9，通过公式
Figure 374283DEST_PATH_IMAGE016
计算第
Figure 612498DEST_PATH_IMAGE017
层土中计算点处双排桩桩间土 对桩侧的压力，其中：
Figure 320691DEST_PATH_IMAGE018
为双排桩影响系数；
Figure 478003DEST_PATH_IMAGE019
、
Figure 865122DEST_PATH_IMAGE020
为土层影响因子；
Figure 907027DEST_PATH_IMAGE021
为基坑底面以上第
Figure 328781DEST_PATH_IMAGE022
层土体的面波速度，单位为m/s；
Figure 532360DEST_PATH_IMAGE023
为双排桩间水平距离的变化值，单位为m；
Figure 672355DEST_PATH_IMAGE024
为初始应力影响系数；
Figure 986793DEST_PATH_IMAGE025
为基坑深度影响系数；
Figure 528632DEST_PATH_IMAGE026
为等效内摩擦角；
Figure 900183DEST_PATH_IMAGE027
为双排桩外侧第
Figure 527474DEST_PATH_IMAGE028
层土中计算点的主动土压力强度标准值，单位为
Figure 645602DEST_PATH_IMAGE029
。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，土体类型影响因子
Figure 776370DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 321751DEST_PATH_IMAGE031
的确 定方法为：当第
Figure 436338DEST_PATH_IMAGE032
层土为粘土时，
Figure 358158DEST_PATH_IMAGE033
，
Figure 609010DEST_PATH_IMAGE034
；当第
Figure 325294DEST_PATH_IMAGE035
层土为砂土时，
Figure 927176DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 246162DEST_PATH_IMAGE037
；当第
Figure 492467DEST_PATH_IMAGE032
层土为碎石土时，
Figure 504285DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 468830DEST_PATH_IMAGE039
。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S6中，基坑深度影响系数
Figure 325928DEST_PATH_IMAGE040
通过下式计 算：
Figure 692318DEST_PATH_IMAGE041
，
其中，
Figure 875038DEST_PATH_IMAGE042
为双排桩影响系数；
Figure 52511DEST_PATH_IMAGE043
为基坑埋深，单位为m。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S7中，基坑底面以上等效内摩擦角
Figure 978878DEST_PATH_IMAGE044
的 确定方法为，
Figure 199775DEST_PATH_IMAGE045
，其中
Figure 553396DEST_PATH_IMAGE046
为基坑底面以上各土层按厚度加权的 等效面波速度，单位为m/s。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述等效面波速度
Figure 86009DEST_PATH_IMAGE047
通过下式计算：
Figure 957013DEST_PATH_IMAGE048
，
其中，
Figure 891471DEST_PATH_IMAGE049
为基坑底面以上第
Figure 556938DEST_PATH_IMAGE032
层土体的面波速度，单位为m/s；
Figure 717792DEST_PATH_IMAGE050
为基坑底面以上第
Figure 985963DEST_PATH_IMAGE051
层 土体的厚度，单位为m；
Figure 774927DEST_PATH_IMAGE052
为基坑底面以上土层的层数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S8中，初始应力影响系数根据地区观 测资料及经验确定，无经验地区按
Figure 876875DEST_PATH_IMAGE053
计算。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S1中，所述一定时间为1小时。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤S2中，以测点处三分量节点式地震仪为中心，沿观测系统方向前后各选取3个地震仪采集的天然源面波数据。
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