一种地连墙设计厚度的计算方法与流程

【技术领域】

本发明涉及地连墙设计厚度的计算技术领域，具体涉及一种地连墙设计厚度的计算方法。

背景技术：

随着施工工艺技术的提高，特别是大型开槽机广泛用于基础施工中，以地连墙作为大型基础施工时的挡土防渗结构应用越来越常见。其不但能作为基础开挖时的挡土、挡水的结构，还能作为运营时基础的一道安全屏障。为了确保地连墙能够完成其特定的功能，结构设计是否合理就显得十分重要。在地连墙众多设计参数中，其厚度为其最重要的参数之一。因该参数直接关系到结构安全和施工成本。若地连墙厚度设计太小，其往往不能抵挡基础开挖时外部的压力，不能实现其原有的功能；若地连墙厚度设计太厚，直接会增加施工成本、浪费材料，十分不经济、不环保。为了确定合理的地连墙厚度，目前较常用方法还是结合以往类似工程设计经验。随着新的施工工艺、新材料的出现，使得以往的设计经验已经不能完全吻合当今的需要，较多的设计参数偏于保守。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述存在的问题，提供一种地连墙设计厚度的计算方法，能有效的、快速的解决如何确定合理的地连墙厚度的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种地连墙设计厚度的计算方法，包括以下几种步骤：

步骤1、建立开挖阶段的地连墙有限元模型。

步骤2、在不同的开挖阶段，不同开挖阶段地连墙受力的状态满足以下公式：

式1和式2中，e为地连墙弹性模量，i为地连墙单位宽度截面惯性矩，hn为第n荷载工况下基坑的开挖深度，m为地连墙的重量，b0为地连墙的抗力计算宽度，eaik为地连墙的极限弹性量，u为地连墙的水平位移，z为地面或开挖面以下深度，bs为荷载计算宽度。

第j层支点的边界条件地连墙的厚度计算公式为：

tj＝ktj(yj-y0j)+yt0j式3

在式3中：

yj为第j层支点水平位移；

ktj为第j层支点水平刚度系数；

y0j为根据设计规范计算的支点设置前的水平位移值；

t0j为第j层支点预加力；

y为支点水平位移。

步骤3、解出式1和式2的结果并带入式3中，则获得满足地连墙水平位移时要求地连墙设计的厚度计算公式。

进一步的，所述地连墙设计的厚度计算公式为：

在式4中：

td-为地连墙厚度，单位：m；

-为地连墙外围土剪切系数；

hk一为最大开挖深度，单位：m；

ed-*为地连墙弹性模量，单位：mpa；

其中p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7为特征数，其值分别为：p1＝-5.5，p2＝0.0047，p3＝0.9，p4＝-0.035，p5＝24.92，p6＝4.42，p7＝42.6。

进一步的，在步骤2中，利用等值梁法进行计算土压力零点，计算反弯点距离挖土面的距离y时，在y处桩身主动土压力等于被动土压力，有：

解得：

在式6中：

ka为主动土压力系数，

kp为被动土压力系数，

γ为土的重度；

q为地面附加荷载；

c为土的凝聚力；

h为开挖深度。

进一步的，在式4中，所述地连墙外围土剪切系数的范围为10-40。

进一步的，在式4中，所述最大开挖深度的范围为8-20m。

进一步的，在式4中，所述地连墙弹性模量的范围为3.15e+04-3.15e+06mpa。

进一步的，在地连墙外围土剪切系数的范围值内选取数值ax，在最大开挖深度的范围值内选取数值bx，在地连墙弹性模量的范围值内选取数值cx，并将ax、bx、cx带入式4计算结果。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明提出一种确定地连墙设计厚度的简化方法，建立相应的有限元模型，该方法通过综合考虑地连墙外围土剪切系数、最大开挖深度、地连墙弹性模量，得到地连墙厚度的计算公式，对比发现本方法得到的地连墙厚度不仅能满足开挖过程中安全的要求，还能减少材料的使用。

附图说明

图1为本实施例中设计厚度和经验公式计算出结果值的对比图。

【具体实施方式】

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

实施例

结合图1，本实施例所述的一种地连墙设计厚度的计算方法，包括以下几种步骤：

步骤1、建立开挖阶段的地连墙有限元模型。

步骤2、在不同的开挖阶段，不同开挖阶段地连墙受力的状态满足以下公式：

式1和式2中，e为地连墙弹性模量，i为地连墙单位宽度截面惯性矩，hn为第n荷载工况下基坑的开挖深度，m为地连墙的重量，b0为地连墙的抗力计算宽度，eaik为地连墙的极限弹性量，u为地连墙的水平位移，z为地面或开挖面以下深度，bs为荷载计算宽度。

第j层支点的边界条件地连墙的厚度计算公式为：

tj＝ktj(yj-y0j)+yt0j式3

在式3中：

yj为第j层支点水平位移；

ktj为第j层支点水平刚度系数；

y0j为根据设计规范计算的支点设置前的水平位移值；

t0j为第j层支点预加力；

y为支点水平位移。

步骤3、解出式1和式2的结果并带入式3中，则获得满足地连墙水平位移时要求地连墙设计的厚度计算公式。

地连墙设计的厚度计算公式为：

在式4中：

td-为地连墙厚度，单位：m；

-为地连墙外围土剪切系数；

hk-为最大开挖深度，单位：m；

ed-为地连墙弹性模量，单位：mpa；

其中p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7为特征数，其值分别为：p1＝-5.5，p2＝0.0047，p3＝0.9，p4＝-0.035，p5＝24.92，p6＝4.42，p7＝42.6。

在步骤2中，利用等值梁法进行计算土压力零点，计算反弯点距离挖土面的距离y时，在y处桩身主动土压力等于被动土压力，有：

解得：

在式6中：

ka为主动土压力系数，

kp为被动土压力系数，

γ为土的重度，kn/m3；

q为地面附加荷载；

c为土的凝聚力，kpa；

h为开挖深度。

在本实施例中，地连墙外围土剪切系数的范围值为10-35；最大开挖深度的范围值为8-20m；地连墙弹性模量的范围值为3.15e+04-3.15e+06mpa。

为了验证本发明提出的地连墙厚度的简化方法的正确性，现设计不同的最大开挖深度、地连墙外围土剪切系数和地连墙弹性模量组合，即不同的ax、bx、cx值，共11中组合工况，在各个参数的选取数值范围内，其中，设计厚度为该组参数下，通过建立有限元实体模型，得到地连墙的最小厚度作为设计厚度。同时，通过本发明提出的方法计算得到地连墙厚度如表1所示。

表1设计厚度和经验公式对比

根据表1和图1所知，通过对比结果可以看出，采用式4的地连墙厚度计算结果和实际施工过程中设计厚度的结果十分接近，验证了本发明的正确性。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。