[发明专利]一种深水无封底嵌岩钢板桩围堰嵌固深度的计算方法

说明书

本发明涉及围堰嵌固深度计算方法领域，具体为一种深水无封底嵌岩钢板桩围堰嵌固深度的计算方法，其包括以下步骤：S1、假设条件：踢脚破坏临界状态，槽口硬岩应力等效作用深度h_e＝1m，且应力沿竖向等效作用深度呈均匀分布；不考虑渗流效应对水压力的影响；不考虑桩、回填土和硬岩之间的相互作用；定义各个符号以及其对应含义；S2、建立临界状态平衡方程；S3、代入计算，分为两种情况，分别为嵌固深度大于槽口硬岩应力等效作用深度和嵌固深度不大于槽口硬岩应力等效作用深度；S4、结合S3中的两种情况，综合得到嵌固深度的范围计算公式。本发明能够快速地给出一个有理论支撑的嵌固深度范围，与工程实际经验值以及三维有限元模拟结果均保持一致。

技术领域

本发明涉及围堰嵌固深度计算方法领域，具体是一种深水无封底嵌岩钢板桩围堰嵌固深度的计算方法。

背景技术

无封底嵌岩钢板桩围堰可以用于基础地质条件为硬岩的深水桥址区域的低桩承台施工，为承台的施工提供干作业环境。例如第二松花江特大桥3、广东穗莞深城际轨道工程SZH-5东江北干流特大桥等均采用了该围堰施工方法。该工艺首先使用机械在硬岩地基上开槽，然后回填黏土。这样就可以采用常规的打桩设备插打钢板桩，并同步对回填土进行注浆。为了保证围堰底部的密封性以及引孔槽口的稳定性，根据工程经验通常采用增加钢板桩嵌入岩层的长度即增加钢板桩嵌固深度的措施。如果嵌固深度不足，可能导致引孔槽口的“踢脚破坏”，进一步导致基坑渗漏及失稳，但如果嵌固深度过大，又会增加施工难度及成本。针对如何确定无封底嵌岩钢板桩的嵌固深度问题，目前尚没有可供参考的规范或研究，通常根据工程经验来确定，没有理论支撑，可靠性较差。

发明内容

本发明目的是针对背景技术中存在的无封底嵌岩钢板桩的嵌固深度无法计算的问题，提出一种深水无封底嵌岩钢板桩围堰嵌固深度的计算方法。

本发明的技术方案：一种深水无封底嵌岩钢板桩围堰嵌固深度的计算方法，包括以下步骤：

S1、假设条件：踢脚破坏临界状态，槽口硬岩应力等效作用深度h_e＝1m，且应力沿竖向等效作用深度呈均匀分布；不考虑渗流效应对水压力的影响；不考虑桩、回填土和硬岩之间的相互作用；定义各个符号以及其对应含义：h_q为嵌固深度，即钢板桩底面距基坑表面距离；h_z为底层支撑高度，即底层支撑距基坑表面距离；h_w为水深，即水位线距基坑表面距离；h_e为槽口硬岩应力等效作用深度；F₁为梯形分布水荷载等效合力，F₂为三角形分布水荷载等效合力，h₁为等效合力F₁距梯形顶面距离，h₂为等效合力F₂距基坑表面的距离，σ_e为硬岩等效应力，在临界平衡状态可以取硬岩的承载力σ_c；γ为水容重；

S2、建立临界状态平衡方程，以钢板桩为考察对象，为保证其稳定性，对支撑点o取矩，则有：岩体极限应力产生的力矩≥水压力的力矩，即：

S3、代入计算，若嵌固深度大于槽口硬岩应力等效作用深度，即h_q＞h_e＝1m，则取h_e＝1m，代入平衡方程：σ_c·(h_z+0.5)≥F₁·h₁+F₂·(h₂+h_z)，计算得到：