本申請涉及一種基坑開挖工程的，尤其是涉及一種基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法。

背景技術(shù)：

1、對地下空間資源的開發(fā)利用的過程中，由于地下空間開發(fā)規(guī)模的擴大，使得基坑工程不斷向“深大近”方向發(fā)展。在深基坑支護體系中，當水平支撐較長時，通常設(shè)置鋼立柱和立柱樁來支承每個水平支撐，從而減少水平支撐在自重作用下的豎向撓度變形，降低水平支撐構(gòu)件的長細比，增加支撐體系的穩(wěn)定。在基坑開挖的過程中，由于開挖土方進行卸載，使坑底土體失去壓力而發(fā)生向上的回彈隆起，從而會造成立柱樁的隆起。例如某地鐵站的基坑在開挖過程中，立柱樁隆起達到80mm，在立柱樁隆起時會對水平支撐產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力，當附加內(nèi)力過大超過設(shè)計的限值，會造成水平支撐被破壞，造成基坑的支護體系失穩(wěn)。

2、相關(guān)技術(shù)中公開了根據(jù)立柱樁的工作原理，在mindlin應力解計算基坑土體回彈基礎(chǔ)上建立了立柱樁隆起的計算方法，還有基于溫度影響的荷載傳遞法模型力學加載部分基礎(chǔ)上，考慮樁周土剪切位移影響，建立立柱樁豎向承載和隆起的計算模型。已有的基坑開挖過程中立柱樁隆起計算方法尚不成熟，部分方法力學作用機制不嚴格，部分方法過于復雜而難以工程實用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了采用荷載傳遞法建立了立柱樁豎向承載的簡化模型，分析基坑開挖過程中立柱樁隆起的問題，本申請?zhí)峁┮环N基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法。

2、本申請?zhí)峁┮环N基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法，包括如下步驟：

4、(1)將單個立柱樁劃分出多個樁單元，并對立柱樁的受力條件做出合理化假設(shè)，建立立柱樁豎向承載的荷載傳遞模型；

5、(2)分析立柱樁豎向承載的荷載傳遞模型中每個樁單元的豎向承載力及立柱樁的樁頂和樁底的邊界條件，建立立柱樁豎向承載特性的控制方程；

6、(3)建立坑底土體回彈引起立柱樁隆起簡化模型，并利用坑底土體回彈引起立柱樁隆起簡化模型得出立柱樁各節(jié)點位移增量；

7、(4)采用mindlin解結(jié)合e-lgp模型計算坑底土體分層隆起量，再結(jié)合坑底土體分層隆起量和坑底土體回彈引起立柱樁隆起簡化模型對立柱樁的隆起量進行計算，計算基坑開挖至不同深度時引起基坑底面以下各層土體的隆起量。

8、通過采用上述技術(shù)方案，采用荷載傳遞法建立了立柱樁豎向承載的簡化模型，結(jié)合基于mindlin解的基坑底分層回彈量計算，最終建立了基坑開挖卸載回彈引起立柱樁隆起的簡化計算方法，得出的計算結(jié)果更接近于實測結(jié)果，能夠分析基坑開挖過程中立柱樁隆起的問題。

9、優(yōu)選的，對立柱樁的受力條件做出合理假設(shè)包括立柱樁僅起到傳遞支撐系統(tǒng)豎向荷載作用，不考慮立柱樁的側(cè)摩阻力作用，立柱樁的樁身截面形狀、材料性質(zhì)沿樁長均勻分布；只考慮樁的軸向變形，不考慮樁的徑向變形以及樁側(cè)法向應力的變化對樁力學特性的影響；同一個樁單元范圍內(nèi)樁周土的剪切位移均勻分布；立柱樁位移以向下為正，立柱樁應變和應力以壓為正，立柱樁的樁側(cè)阻力以向上為正。

10、優(yōu)選的，立柱樁豎向承載的荷載傳遞模型中立柱樁總長為l，立柱樁分為n個樁單元；樁單元和節(jié)點均由樁頂向下依次編號。

11、優(yōu)選的，分析立柱樁豎向承載的荷載傳遞模型中每個樁單元的豎向承載力，得出考慮土體剪切位移的立柱樁豎向承載的荷載傳遞法控制方程，biδui-(ai+ai+1)δui+1+bi+1δui+2＝0，式中，

12、下標i的取值范圍為1～n-1，ηi為考慮樁周土體剪切變形的修正系數(shù)，δui、ui+1為第i個樁單元上截面和下截面的位移增量，e為樁身混凝土的彈性模量；a為樁體橫截面面積，每個樁單元初始長度為δli＝l/n，d為樁的直徑，ksi為第i個樁單元中心點處樁側(cè)土的剪切剛度系數(shù)，r0為樁的半徑，gi為第i個樁單元樁周土體的剪切模量，rm為樁的影響半徑。

13、優(yōu)選的，結(jié)合立柱樁的樁頂和樁底的邊界條件和荷載傳遞法控制方程，建立立柱樁豎向承載特性的控制方程，[k]{δu}＝{δf}，式中，{δu}＝{δu1,δu2,δu3,…,δun,δun+1}t為樁單元的節(jié)點位移向量；{δf}＝{δf1,0,0,…,0,0}t為樁單元的節(jié)點荷載向量；[k]為的立柱樁的整體剛度矩陣，該矩陣中的非零元素表示為，

14、

15、優(yōu)選的，建立坑底土體回彈引起立柱隆起簡化模型，對坑底土體回彈與立柱樁之間的約束情況進行如下合理假設(shè)：不考慮立柱樁對坑底土體回彈變形的影響，鋼立柱在豎向荷載作用下僅產(chǎn)生豎向變形，不考慮鋼立柱屈曲變形影響和采用剛度系數(shù)kt的彈簧模擬內(nèi)支撐對鋼立柱豎向位移的約束作用。

16、優(yōu)選的，利用坑底土體回彈引起立柱樁隆起簡化模型得出立柱樁各節(jié)點位移增量，各節(jié)點位移增量控制方程[ke]{δu}＝{δfe}，式中，

17、{δfe}＝{c1δwe1+δf2,-c1δwe1-c2δwe2,…,-cn-1δwen-1-cnδwen,-cnδwen}t為由坑底土體回彈引起的樁單元等效荷載向量；[ke]為的坑底土體回彈引起立柱樁隆起的整體剛度矩陣，δf2為各道支撐傳遞給立柱的荷載增量，δwei為坑底土體回彈引起的樁周土體位移增量，下標i的取值范圍為1～n-1，

18、優(yōu)選的，采用mindlin解結(jié)合e-lgp模型計算坑底土體分層隆起量，確定基坑回彈影響深度，基坑回彈影響深度l0處的自重應力σv與基坑卸荷量σc之間關(guān)系為σc＝0.25σv，式中，h為基坑開挖深度；分別為基坑開挖范圍內(nèi)和坑底以下基坑回彈隆起范圍內(nèi)土體平均重度。

19、優(yōu)選的，采用mindlin解結(jié)合e-lgp模型計算坑底土體分層隆起量，采用分層總和法計算坑底以下任一層土體的回彈量，以及任一層土體中心位置處的回彈值，式中，si,j為坑底表面j點以下第i層土的回彈量；σu(i,j)為坑底面j點以下第i層土由基坑開挖卸載引起的附加應力；ebi為第i層土的回彈模量，通過式計算第i層土的隆起位移，計算基坑開挖至不同深度時引起基坑底面以下各層土體的隆起量。

20、綜上所述，本申請包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

21、1.通過采用荷載傳遞法建立了立柱樁豎向承載的簡化模型，結(jié)合基于mindlin解的基坑底分層回彈量計算，最終建立了基坑開挖卸載回彈引起立柱樁隆起的簡化計算方法，得出的計算結(jié)果更接近于實測結(jié)果，能夠分析基坑開挖過程中立柱樁隆起的問題；

22、2.通過分別采用殘余應力法與基于mindlin解法的基坑回彈計算法對基坑回彈進行了計算，并結(jié)合立柱樁隆起簡化模型，分析了基坑開挖完成后立柱樁不同深度的立柱樁隆起情況進行預判，避免立柱樁受力超出設(shè)計極限；

23、3.通過在基坑分步開挖的施工工況，分析立柱樁隆起和樁土間的荷載傳遞特性，可分析立柱樁隆起受分步開挖過程的影響。

技術(shù)特征：

1.一種基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法，其特征在于：步驟(1)中對立柱樁的受力條件做出合理假設(shè)包括立柱樁僅起到傳遞支撐系統(tǒng)豎向荷載作用，不考慮立柱樁的側(cè)摩阻力作用，立柱樁的樁身截面形狀、材料性質(zhì)沿樁長均勻分布；只考慮樁的軸向變形，不考慮樁的徑向變形以及樁側(cè)法向應力的變化對樁力學特性的影響；同一個樁單元范圍內(nèi)樁周土的剪切位移均勻分布；立柱樁位移以向下為正，立柱樁應變和應力以壓為正，立柱樁的樁側(cè)阻力以向上為正。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法，其特征在于：立柱樁豎向承載的荷載傳遞模型中立柱樁總長為l，立柱樁分為n個樁單元；樁單元和節(jié)點均由樁頂向下依次編號。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法，其特征在于：分析立柱樁豎向承載的荷載傳遞模型中每個樁單元的豎向承載力，得出考慮土體剪切位移的立柱樁豎向承載的荷載傳遞法控制方程，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法，其特征在于：結(jié)合立柱樁的樁頂和樁底的邊界條件和荷載傳遞法控制方程，建立立柱樁豎向承載特性的控制方程，[k]{δu}＝{δf}，式中，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法，其特征在于：步驟3中建立坑底土體回彈引起立柱隆起簡化模型，對坑底土體回彈與立柱樁之間的約束情況進行如下合理假設(shè)：不考慮立柱樁對坑底土體回彈變形的影響，鋼立柱在豎向荷載作用下僅產(chǎn)生豎向變形，不考慮鋼立柱屈曲變形影響和采用剛度系數(shù)kt的彈簧模擬內(nèi)支撐對鋼立柱豎向位移的約束作用。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法，其特征在于：利用坑底土體回彈引起立柱樁隆起簡化模型得出立柱樁各節(jié)點位移增量，各節(jié)點位移增量控制方程[ke]{δu}＝{δfe}，式中，

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法，其特征在于：步驟4中采用mindlin解結(jié)合e-lgp模型計算坑底土體分層隆起量，確定基坑回彈影響深度，基坑回彈影響深度l0處的自重應力σv與基坑卸荷量σc之間關(guān)系為σc＝0.25σv，式中，h為基坑開挖深度；分別為基坑開挖范圍內(nèi)和坑底以下基坑回彈隆起范圍內(nèi)土體平均重度。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法，其特征在于：步驟4中采用mindlin解結(jié)合e-lgp模型計算坑底土體分層隆起量，采用分層總和法計算坑底以下任一層土體的回彈量，以及任一層土體中心位置處的回彈值，式中，si,j為坑底表面j點以下第i層土的回彈量；σu(i,j)為坑底面j點以下第i層土由基坑開挖卸載引起的附加應力；

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種基坑開挖工程的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基坑開挖引起立柱樁隆起分析方法，其包括將單個立柱樁劃分出多個樁單元，并對立柱樁的受力條件做出合理化假設(shè)，建立立柱樁豎向承載的荷載傳遞模型，分析立柱樁豎向承載的荷載傳遞模型中每個樁單元的豎向承載力及立柱樁的樁頂和樁底的邊界條件，建立立柱樁豎向承載特性的控制方程，建立坑底土體回彈引起立柱樁隆起簡化模型，并利用坑底土體回彈引起立柱樁隆起簡化模型得出立柱樁各節(jié)點位移增量，再結(jié)合坑底土體分層隆起量和坑底土體回彈引起立柱樁隆起簡化模型對立柱樁的隆起量進行計算。本申請具有分析基坑開挖過程中立柱樁隆起的問題的效果。

技術(shù)研發(fā)人員：柴少強,蔡東波,陳勇,王巍,周慶,李坤,范賢斌,王寶慶,閆志紅
受保護的技術(shù)使用者：中交一公局第七工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26