[發明專利]一種長短樁組合支護結構的計算方法

有效

• 申請號: 201611024325.9
• 申請日: 2016-11-17
• 公開（公告）號: CN106759373B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 陳斌;丁洪元;昌鈺;寧國立;劉耀峰;肖玉成;潘獻義;葉坤;黃靜
• 申請（專利權）人: 中冶集團武漢勘察研究院有限公司
• 主分類號: E02D17/04
• 分類號: E02D17/04;G06F17/50
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務所(普通合伙) 42212
• 代理人: 胡清堂

本發明提供一種長短樁組合支護結構的計算方法，對長短樁組合支護結構進行設計時，對選取的最薄弱和危險區段的含N_p根樁的局部單元模型，短支護樁樁底以上部分的土壓力由長支護樁、短支護樁共同承擔，短支護樁樁底以下部分的土壓力完全由長支護樁獨立承擔；通過假定各樁樁底的彎矩和剪力均為零構成2N_p個邊界條件、假定各樁樁頂的彎矩為零構成N_p個邊界條件、假定各樁的樁頂位移相同構成N_p?1個邊界條件、假定局部單元模型中的冠梁處于平衡狀態構成1個邊界條件等合計構成4N_p個邊界條件，采用基于布羅伊登法迭代的打靶算法求解基于彈性抗力法理論的局部單元模型的控制方程組，進而得到支護樁樁身的位移、轉角、彎矩和剪力。該發明提出了局部單元模型的概念，只需對最危險區域進行計算，在滿足設計安全性的同時，能夠考慮長短樁組合結構共同作用的空間效應，物理概念明確，計算簡單；提出的基于布羅伊登法迭代的打靶算法對初值的設置不敏感，收斂速度快，穩定性好。

技術領域

本發明涉及深基坑支護工程技術領域，特別是指一種長短樁組合支護結構計算方法。

背景技術

在深厚軟土地區的基坑支護設計過程中，為了保證基坑的整體抗滑移穩定、抗隆起穩定及抗傾覆穩定等要求，基坑支護樁需要穿過深厚軟土進入下覆性能較好的地層，支護樁的樁長主要由軟土層下覆穩定地層的埋深確定，與基坑的開挖深度關系不大，在這種情況下，當基坑開挖深度加深時，支護設計一般只需調整支護樁的樁徑、樁身的配筋及外加的水平內支撐的層數，支護樁的樁長變化不大。由此造成的結果是：對于開挖深度7～10m左右的中等深度的基坑，其支護樁長度在20m以上，甚至達到30多米，大大地增加了基坑支護的造價，極度浪費了國家和社會的資源，與當今全社會提倡的低碳環保理念背道而馳。

采用長短樁組合支護結構，既能節省鋼筋、混凝土、水泥等建筑材料的用量，又能節省工期，從而為建設方節省投資，減少資源浪費，達到低碳環保、節能減排的目標。

發明內容

本發明針對深厚軟土地區基坑工程中支護樁樁長過長且相鄰的支護樁樁長一致而造成社會資源極大浪費的現狀，提供一種長短樁組合支護結構計算方法，該方法適用于任意地層和工況，在深厚軟土地層經濟效益尤其顯著。

本發明所采用的技術方案是：

一種長短樁組合支護結構的計算方法，包括以下步驟：

步驟1，沿基坑壁依次間隔布置若干長支護樁區和短支護樁區，所述長支護樁區由多根長支護樁構成，所述短支護樁區由多根短支護樁構成，所述長支護樁和短支護樁的樁頂由冠梁連接；

步驟2，局部單元模型的選取。對長短樁組合支護結構進行設計時，為提高效率，可根據支護樁平面布置的方式，選擇最薄弱和危險區段的若干根長短樁作為局部單元模型進行分析計算。所述的最薄弱和危險區段為(n_i-1+m_i+n_i)/m_i數值最大的區段，包括長、短支護樁和部分冠梁。其中m_i表示第i個長支護樁區長支護樁的根數，n_i表示第i個短支護樁區短支護樁的根數，第i-1個短支護樁區和第i個短支護樁區分別位于第i個長支護樁區的兩側。

步驟3，計算模型的簡化。對選定的局部單元模型，短支護樁樁底以上部分的土壓力由長支護樁、短支護樁共同承擔，單根支護樁承擔的土壓力計算寬度L₁為樁間距s，短支護樁樁底以下部分的土壓力完全由長支護樁獨立承擔，單根支護樁承擔的土壓力計算寬度L₂即為(0.5n_i-1+m_i+0.5n_i)/m_i倍的樁間距；假定樁頂部分冠梁相對支護樁為完全剛性。

步驟4，控制方程的建立。對選定的局部單元模型中的單根支護樁，根據彈性抗力法的理論，其控制方程為：