[发明专利]考虑顶进扭矩影响的矩形顶管对临近桩基影响的评价方法

说明书

本发明涉及一种考虑顶进扭矩影响的矩形顶管对临近桩基影响的评价方法，首先，查清顶管穿越范围地层的分布、各地层基本物理力学性质、上覆土厚度等，计算顶管的顶推力；其次，采用Mindlin解答通过积分求解顶管顶进过程中的顶推力和扭矩在桩基上引起的空间三个方向的附加应力；再次，根据弹性地基梁理论，计算附加应力作用下的桩基的附加变形和附加内力；最后，评价顶管顶进对桩基的影响。优点：本发明提供了一种快速实用的临近桩基时顶管顶进影响的评价方法。采用Mindlin解答计算顶管顶进在临近桩基上的附加应力，避免复杂的有限元方法进行三维计算分析，节省大量的计算时间；采用弹性地基梁解答不需要复杂计算即可获得临近桩基的附加变形和内力。

技术领域

本发明是考虑顶进扭矩影响的矩形顶管对临近桩基影响的评价方法，属于地下工程施工技术领域。

背景技术

现代城市地下工程建设周边环境越来越复杂，遇到了大量的高架桥梁桩基、高层建筑桩基、地铁隧道、几十种之多的各种地下管线等等，将不可避免会遇到临近已有建(构)筑物基础或桩基的问题，如何快速有效评价顶管顶进时的影响成为了一个重要的技术问题。目前工程中对于如何评价顶管顶进的这种影响，大多采用有限元等数值分析方法，不仅耗时，且一般工程单位并不掌握这种复杂的技术手段。实际工程中，大多根据相应的类似工程经验采取较为保守的加固措施。当某顶管穿越工程出现一些问题时(大多数情况下，施工经验不足导致对风险把握不准造成的)，此时容易放大该问题而采用更大范围更严的加固措施，而没有从顶管对地层及临近桩基的影响机理出发探讨顶管顶进时的影响，故造成较大的资源浪费。

发明内容

本发明提出的是考虑顶进扭矩影响的矩形顶管对临近桩基影响的评价方法，旨在解决临近既有桩基顶管顶进时快速、简便的影响分析评价方法。利用已有Mindlin解答和弹性地基梁解答分别快速确定顶管机顶进过程中在临近桩基上的附加应力，以及由此产生的附件变形和内力，并与现有的相关规范进行比较，确定其影响程度。避免采用复杂的有限元三维分析方法，该方法是一种简单、实用、便于推广的分析方法。

本发明的技术解决方案：一种考虑顶进扭矩影响的矩形顶管对临近桩基影响评价方法，包括如下步骤：

步骤一、查清顶管顶进范围地层的分布、各地层基本物理力学性质、上覆土厚度、地下水位和顶管机尺寸和相关参数等，采用相关规范或公开文献中的计算公式计算顶管的顶推力和刀盘扭矩。

步骤二、采用Mindlin解答，通过编制该解答的数值积分小程序，求解顶管顶进过程中的顶推力引起桩基在空间三个方向的附加应力；

Mindlin解答如下

式中P——半无限地基中某一点作用的水平集中力。

在顶管开挖面面积上对以上3个方向应力进行积分求解即可获得顶管顶推力引起的临近桩基上各点附加应力。

步骤三、采用Kelvin解答，通过编制该解答的数值积分小程序，求解顶管顶进过程中的刀盘扭矩引起桩基在空间三个方向的附加应力。并将以上两部分计算的附加应力进行叠加。

Kelvin解答如下：

式中P——无限地基中某一点作用的集中力。

在矩形顶管开挖面上，以对角线为界划分为4个区，以水平剪应力的形式分别作用于各区。在各个区面积上对以上3个方向应力进行积分求解即可获得刀盘扭矩引起的临近桩基上各点附加应力。

步骤四、根据弹性地基梁理论，计算附加应力作用下的桩基的附加变形和附加内力(弯矩和剪力)；