本發(fā)明屬于人工挖孔樁安全防護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種非均勻圍壓作用下人工挖孔樁預(yù)制混凝土護(hù)壁的確定方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著輸電線路電壓等級(jí)的不斷提高，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化，挖孔基礎(chǔ)、掏挖基礎(chǔ)等充分利用原狀土性能、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的掏挖類基礎(chǔ)成為輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的主要型式之一。掏挖類基礎(chǔ)基坑開挖時(shí)一般設(shè)置護(hù)壁保證基坑作業(yè)人員安全?？紤]經(jīng)濟(jì)性及施工方便性，目前輸電線路工程中人工掏挖類基礎(chǔ)護(hù)壁型式一般采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土護(hù)壁。這些現(xiàn)澆護(hù)壁的設(shè)計(jì)成果雖然滿足了工程應(yīng)用需求，但始終沒有解決現(xiàn)澆護(hù)壁固有的需現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)、早期強(qiáng)度低、易受環(huán)境和人為因素影響、施工周期長(zhǎng)等問題。

2、我國(guó)鐵路、公路、橋梁等行業(yè)已結(jié)合行業(yè)工程特點(diǎn)開展工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)組裝的預(yù)制式護(hù)壁及其施工方法的研究工作，并取得了一些理論研究。電力行業(yè)相關(guān)研究較少，亟需結(jié)合輸電線路基礎(chǔ)受力特點(diǎn)開展裝配式護(hù)壁研究設(shè)計(jì)工作。一般情況下進(jìn)行預(yù)制混凝土裝配式護(hù)壁結(jié)構(gòu)受力分析時(shí)，主要考慮護(hù)壁外側(cè)作用均勻分布的圍壓。但在實(shí)際工程中，由于施工條件、地層構(gòu)造、巖土體性質(zhì)差異等多種原因，都會(huì)導(dǎo)致作用在護(hù)壁上的側(cè)壓力是不均勻分布的，如果按照圍壓均勻進(jìn)行設(shè)計(jì)，則會(huì)帶了護(hù)壁結(jié)構(gòu)安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)澆護(hù)壁在實(shí)際工程中孔洞開挖不規(guī)則、土體不均勻，進(jìn)而造成同一高度截面處預(yù)制護(hù)壁所受圍大小不等的情況，提出一種非均勻圍壓下人工挖孔樁預(yù)制混凝土護(hù)壁的確定方法，使設(shè)計(jì)更加客觀、合理，增加施工時(shí)臨時(shí)支護(hù)護(hù)壁結(jié)構(gòu)的安全性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、一種非均勻圍壓下人工挖孔樁預(yù)制混凝土護(hù)壁的確定方法，包括以下步驟：

4、步驟1：根據(jù)人工挖孔樁的樁長(zhǎng)及直徑初步確定預(yù)制混凝土護(hù)壁管片的組成數(shù)量、管片的厚度、高度及開孔率；

5、步驟2：根據(jù)土質(zhì)情況選擇荷載非均布程度系數(shù)，建立護(hù)壁管片上的不均勻圍壓方程；

6、步驟3：建立非均布圍壓作用下預(yù)制混凝土裝配式護(hù)壁結(jié)構(gòu)計(jì)算模型；

7、步驟4：進(jìn)行非均布圍壓作用下預(yù)制混凝土裝配式護(hù)壁結(jié)構(gòu)受力分析；

8、步驟5：確定非均布圍壓作用下預(yù)制混凝土裝配式護(hù)壁管片配筋設(shè)計(jì)；

9、步驟6：若護(hù)壁厚度和開孔率不滿足《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(gb/t50010-2010)中對(duì)配筋設(shè)計(jì)要求，則調(diào)整護(hù)壁厚度、開孔率或鋼筋排布參數(shù)，直至配筋設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。

10、步驟1所述預(yù)制混凝土護(hù)壁管片的組成數(shù)量為3～6片，其中人工挖孔樁的直徑小于1.2m時(shí)為3片，直徑1.2m～1.8m為4片，直徑1.8m～2.2m為5片，直徑大于2.2m為6片；管片的厚度不小于60cm，人工挖孔樁的樁長(zhǎng)小于20m時(shí)取60cm，大于20m時(shí)取80cm；管片的高度在粉土、粉質(zhì)黏土地質(zhì)條件下取50cm，在砂土、碎石土、軟土及雜填土地質(zhì)條件下取20cm；管片的開孔率不小于40％，軟土可取40％-50％，硬土最大可取至60％。

11、步驟2根據(jù)土質(zhì)情況選擇荷載非均布程度系數(shù)，建立護(hù)壁管片上的不均勻圍壓方程的步驟為：

12、不均勻圍壓方程的分布曲線為qk＝qa(1+msinα)

13、式中，qk為護(hù)壁上各點(diǎn)所受側(cè)向土壓力；qa為最小的側(cè)壓力，其中a點(diǎn)位于過護(hù)壁中心的水平線與護(hù)壁的交叉點(diǎn)；α為護(hù)壁上側(cè)向土壓力計(jì)算點(diǎn)與護(hù)壁中心連線與通過護(hù)壁中心水平線的夾角；m為荷載非均布程度系數(shù)，m＝0表示荷載均勻分布，其中m取值根據(jù)土體特性及孔壁平滑程度確定，當(dāng)土體為粉土、黏土且孔壁較為平整規(guī)則時(shí)m取0-0.5；當(dāng)土體為碎石土、雜填土或孔壁不太平整規(guī)則時(shí)m取1.0；

14、作用在護(hù)壁上的側(cè)壓力為qb＝k'∑γihi

15、qb為最大的側(cè)壓力，其中b點(diǎn)位于過護(hù)壁中心的豎線與護(hù)壁的交叉點(diǎn)；k′為護(hù)壁側(cè)向土壓力系數(shù)；γi為護(hù)壁上側(cè)向土壓力計(jì)算點(diǎn)以上第i層土的重度；hi為護(hù)壁上側(cè)向土壓力計(jì)算點(diǎn)以上第i層土的厚度；

16、α＝90°時(shí)

17、優(yōu)選地，步驟2中，所述護(hù)壁的護(hù)壁側(cè)向土壓力系數(shù)k0、ka分別為作用在護(hù)壁上的靜止土壓力和主動(dòng)土壓力系數(shù)。

18、步驟3建立非均布圍壓作用下預(yù)制混凝土裝配式護(hù)壁結(jié)構(gòu)計(jì)算模型時(shí)，將護(hù)壁視作受對(duì)稱不均勻壓力作用的封閉圓環(huán)，建立非均布圍壓作用下預(yù)制混凝土裝配式護(hù)壁結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。

19、步驟4進(jìn)行非均布圍壓作用下預(yù)制混凝土裝配式護(hù)壁結(jié)構(gòu)受力分析，其中a、b兩點(diǎn)的內(nèi)力為：

20、na＝tqab(1+0.7854m)

21、式中，na為a截面上的軸力(kn)，t為護(hù)壁豎向計(jì)算高度(m)，b為護(hù)壁外側(cè)半徑(m)；

22、nb＝tqab(1+0.5m)

23、式中，nb為b截面上的軸力(kn)；

24、ma＝-0.1488tqab2m

25、式中，ma為a截面上的彎矩(kn·m)；

26、mb＝-0.1366tqab2m

27、式中，mb為b截面上的彎矩(kn·m)。

28、步驟5所述非均布圍壓作用下預(yù)制混凝土裝配式護(hù)壁管片配筋設(shè)計(jì)過程為：非均布圍壓作用下預(yù)制混凝土裝配式護(hù)壁截面在荷載作用下產(chǎn)生彎矩力與軸力，根據(jù)偏心受壓構(gòu)件計(jì)算理論，結(jié)合混凝土強(qiáng)度等級(jí)、彎矩大小確定管片配筋，過程如下：

29、n≤nu＝α1fcbx-fyas

30、式中，n為軸向壓力設(shè)計(jì)值，nu為軸心受壓極限承載力，α1為混凝土受壓區(qū)等效矩形應(yīng)力圖系數(shù)，fc為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，b為矩形截面寬度，x為混凝土受壓區(qū)高度，fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，as為配筋面積；

31、

32、式中，n為軸向壓力設(shè)計(jì)值，e為軸向壓力作用點(diǎn)至縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)之間的距離，mu為正截面極限抵抗彎矩設(shè)計(jì)值，h0為截面有效高度；

33、計(jì)算偏心距為：

34、式中，mmzx為最大設(shè)計(jì)彎矩值，nmax為最大設(shè)計(jì)軸力值；

35、附加偏心距為：

36、初始偏心距為：ei＝e0+ea

37、判斷偏壓類別：ei＝e0+ea＞0.3h0為大偏壓

38、

39、ei＝e0+ea≤0.3h0為小偏壓

40、

41、式中，β1為混凝土受壓區(qū)等效矩形應(yīng)力圖換算高度系數(shù)；

42、

43、式中，ξ為相對(duì)受壓區(qū)高度，ξb為界限相對(duì)受壓區(qū)高度；

44、

45、式中，ρmin為最小配筋率，h為截面高度。

46、當(dāng)配筋面積太大，根據(jù)規(guī)范不滿足構(gòu)造要求時(shí)，則增大護(hù)壁截面厚度或增大混凝土強(qiáng)度等級(jí)或減小開孔率，重新計(jì)算配筋面積，直至滿足受力要求。

47、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得的有益效果為：

48、1.在掏挖類樁孔護(hù)壁施工過程中，樁孔護(hù)壁巖土在起始狀態(tài)所受土壓力為靜止土壓力，挖孔樁在成孔過程中因?yàn)榻獬藰犊卓妆诘膫?cè)向應(yīng)力，土體發(fā)生徑向向心位移，出現(xiàn)了側(cè)向松弛變形，土壓力開始從靜止土壓力瞬間向主動(dòng)土壓力轉(zhuǎn)變，護(hù)壁實(shí)際上所承受土壓力應(yīng)該介于靜止土壓力和主動(dòng)土壓力之間。但是，目前并沒有詳細(xì)的計(jì)算方法。因此，本發(fā)明依據(jù)工程實(shí)際施工情況(卸載效應(yīng)及拱效應(yīng))，結(jié)合小孔擴(kuò)張松弛理論及既有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，提出的介于靜止土壓力和主動(dòng)土壓力之間的土壓力標(biāo)準(zhǔn)值，即為取護(hù)壁上的靜止土壓力和主動(dòng)土壓力系數(shù)的平均值的方法：和傳統(tǒng)采用靜止土壓力計(jì)算理論、主動(dòng)土壓力計(jì)算理論相比，既考慮了安全性，又考慮了經(jīng)濟(jì)性，更加合理科學(xué)。

49、2.本發(fā)明提出預(yù)制混凝土護(hù)壁外側(cè)不均勻圍壓分布近似采用函數(shù)及不均勻系數(shù)，充分考慮了不同土質(zhì)、不同施工水平及開挖面是否規(guī)范等不均勻因素對(duì)預(yù)制護(hù)壁受力的影響，較傳統(tǒng)護(hù)壁均布受壓的情況更加符合實(shí)際、更合理、更準(zhǔn)確。