一种悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法

本发明涉及岩土工程领域，特别涉及一种悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法。

背景技术：

1、在市政道路、公路路基、铁路路基等交通工程建设中，开展深大、超大规模岩土体开挖，已形成了大量的高陡岩土质边坡。在强降雨、震动、坡体堆载条件下，产生了边坡岩土体的滑移变形、加固结构的倾覆等不利效应，因此对高陡边坡整体稳定性造成了严重的影响，尤其是边坡岩土滑体大位移、突变，甚至深层滑动，对边坡稳定性的影响更为严重。大量事实显示，高陡边坡一旦产生大规模滑坡和垮塌，修复难度极大，将产生大量的财产损失和人员伤亡。抗滑桩作为一种主动加固措施，在高陡边坡加固稳定中起到了重要的作用，因此对高陡边坡悬臂桩支护必须采取快速有效的位移和桩侧压力监测，及时实施补强加固，控制灾害发生。

2、目前，抗滑桩加固边坡的位移和桩侧压力测定的主要任务是水平位移和土压力测定，往往通过布置钻孔测斜仪、钢筋应力计、土压力盒获得桩土结构体的变形和受载状况。该方法能够获得桩体的变形和桩后土体侧压力，但是上述方法是在桩体浇筑过程中和土体回填前，预先在桩体钢筋上设置应力计，再在土体内埋置土压力盒，但是在抗滑桩加固边坡服役期间，在桩身已产生变形条件下很难实时获得桩侧压力分布及其承载可靠性，倘若测试结果和预测预报不及时或判断失误，势必错过抗滑桩补偿加固的最佳时间导致二次灾害便产生更大的损失和社会影响。因此，服役期间实时跟踪悬臂桩位移和桩侧压力监测是一个技术难题，尚缺简便安全快捷的监测方法。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种环境适应性强、操作安全、施工简捷、精度高的悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法。

2、本发明解决上述问题的技术方案是：一种悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，包括以下步骤：

3、(1)设置坐标定位采集仪和监测点计算模块；

4、(2)在抗滑桩悬臂段左或右侧面划分监测网格，选取位移和桩侧压力监测点；

5、(3)通过地面上坐标定位采集仪获取监测点的坐标；

6、(4)通过监测点计算模块计算确定桩身前后两面的转点位置；

7、(5)通过桩身变形和悬臂桩受荷段桩土界面非均布外荷载特征确定监测点位移和扰度分布；

8、(6)通过悬臂桩受荷段监测点扰度换算获得悬臂抗滑桩桩侧任何点侧向压力拟合解析式。

9、上述悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，所述步骤(1)中，坐标定位采集仪为两套，分别布置在抗滑桩加固边坡范围的两端，且地面稳定无变形区域，用于通过gps捕捉监测点位置坐标；监测点计算模块连接坐标定位采集仪，用于监测点的坐标和位移计算及桩身侧面平面几何三角换算确定桩身转点位置。

10、上述悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，所述步骤(2)中，对该悬臂段侧面进行m×n网格划分，m为网格竖向划分数，n为网格横向划分数；网格划分的网格间距为0.5～1.0m，根据抗滑桩悬臂段长度和桩身侧面尺寸确定；监测点为侧面网格节点，用于监测桩身前后两面节点位移，并计算桩侧压力。

11、上述悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，所述步骤(3)中，根据步骤(2)选取的监测点，运用gps捕捉各监测点的位置坐标；捕捉位置坐标时，坐标系原点设在坐标定位采集仪所在地面位置，由该点竖直向上和水平指向桩身方向为坐标正向。

12、上述悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，所述步骤(4)中，根据步骤(3)监测点的坐标，经坐标换算得到桩身左或右侧面平面三角形的几何边长和内角，再由正弦定理得到桩身转点至监测网格内外边界线节点的距离，确定桩身转点位置；

13、桩身转点至监测网格外边界线节点的距离ap：

14、

15、其中，

16、桩身转点至监测网格内边界线节点的距离bp＇：

17、

18、式中：a＇为网格节点a变形后的点，b＇为网格节点b变形后的点,ap为桩身转点至监测网格外边界线节点的距离，bp＇为桩身转点至监测网格内边界线节点的距离，xa和ya为监测网格外边界线监测点a的坐标，xa＇和ya＇为a＇点的坐标，xb和yb为监测网格内边界线监测点b的坐标，xb＇和yb＇为b＇点的坐标，aa＇为网格节点a变形前后的位移，bb＇为网格节点b变形前后的位移，∠apa＇和∠aa＇p为三角形δaa＇p内角，∠bb＇p＇和∠bp＇b＇为三角形δbb＇p＇内角。

19、上述悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，所述步骤(5)中，根据步骤(3)监测点坐标，通过监测点计算模块进行位移计算，获得监测网格内边界线节点的扰度：

20、

21、其中，q(y)＝ay2+by+c，a、b、c为悬臂抗滑桩桩侧压力拟合解析式系数；μ(yi)为监测点yi处的扰度，i＝1,2…m；ei为抗滑桩的抗弯刚度，q(y)为抗滑桩桩侧压力，yi，y为分别为桩侧竖向网格第i监测点和桩侧任一点的竖向坐标，l0为桩顶到转点的长度。

22、上述悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，所述步骤(6)中，悬臂桩受荷段即桩身转点以上部分；根据步骤(5)网格内边界线监测点扰度，结合受荷段桩土界面非均布外荷载分布，运用最小二乘法计算得到悬臂抗滑桩桩侧任何点侧向压力拟合解析式的系数，即可得到悬臂抗滑桩桩侧任何点侧压力分布；

23、将q(y)＝ay2+by+c代入式(3)得：

24、

25、将y＝y1，μ＝μ(yi)；y＝y2，μ＝μ(y2)；……y＝ym，μ＝μ(ym)代入式(4)，通过最小二乘法得到桩侧任何点侧向压力拟合解析式的系数：

26、q(y)＝a0y2+b0y+c0

27、进一步得到桩侧任何点侧向压力拟合解析式

28、

29、式中：a0，b0，c0为桩侧任何点侧向压力拟合解析式的系数。

30、本发明的有益效果在于：

31、1、本发明方法可以克服服役期间抗滑桩转点位置、桩身变形和桩侧压力监测方案或监测结果不合理造成的抗滑桩断裂、边坡滑坡和人为误判因素、技术复杂、危险性较大、监测成本较高等问题，保证了快捷监测方法具有环境适应性强、操作安全、施工简捷、成本少、精度高，还能及时反馈和长期监测桩身变形和桩侧压力分布，进而对桩身承载稳定性进行评价，主动控制抗滑桩加固边坡的整体失稳破坏。

32、2、根据悬臂抗滑桩转点位置、桩身变形和桩侧压力实时分布和监测数据技术可知，本发明的悬臂抗滑桩桩侧压力现场监测方法所得桩体承载稳定和及时补偿加固的时间，充分发挥了监测数据的时效性，对桩体安全承载和边坡整体稳定性进行快速判别和主动加固具有较好的理论意义和经济社会价值。

技术特征：

1.一种悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，其特征在于，所述步骤(1)中，坐标定位采集仪为两套，分别布置在抗滑桩加固边坡范围的两端，且地面稳定无变形区域，用于通过gps捕捉监测点位置坐标；监测点计算模块连接坐标定位采集仪，用于监测点的坐标和位移计算及桩身侧面平面几何三角换算确定桩身转点位置。

3.根据权利要求1所述的悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对该悬臂段侧面进行m×n网格划分，m为网格竖向划分数，n为网格横向划分数；网格划分的网格间距为0.5～1.0m，根据抗滑桩悬臂段长度和桩身侧面尺寸确定；监测点为侧面网格节点，用于监测桩身前后两面节点位移，并计算桩侧压力。

4.根据权利要求1所述的悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，其特征在于，所述步骤(3)中，根据步骤(2)选取的监测点，运用gps捕捉各监测点的位置坐标；捕捉位置坐标时，坐标系原点设在坐标定位采集仪所在地面位置，由该点竖直向上和水平指向桩身方向为坐标正向。

5.根据权利要求1所述的悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据步骤(3)监测点的坐标，经坐标换算得到桩身左或右侧面平面三角形的几何边长和内角，再由正弦定理得到桩身转点至监测网格内外边界线节点的距离，确定桩身转点位置；

6.根据权利要求1所述的悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，其特征在于，所述步骤(5)中，根据步骤(3)监测点坐标，通过监测点计算模块进行位移计算，获得监测网格内边界线节点的扰度：

7.根据权利要求6所述的悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，其特征在于，所述步骤(6)中，悬臂桩受荷段即桩身转点以上部分；根据步骤(5)网格内边界线监测点扰度，结合受荷段桩土界面非均布外荷载分布，运用最小二乘法计算得到悬臂抗滑桩桩侧任何点侧向压力拟合解析式的系数，即可得到悬臂抗滑桩桩侧任何点侧压力分布；

技术总结
本发明公开了一种悬臂抗滑桩桩侧压力监测方法，包括以下步骤：设置坐标定位采集仪和监测点计算模块；在抗滑桩悬臂段左或右侧面划分监测网格，选取位移和桩侧压力监测点；通过地面上坐标定位采集仪获取监测点的坐标；通过监测点计算模块计算确定桩身前后两面的转点位置；通过桩身变形和悬臂桩受荷段桩土界面非均布外荷载特征确定监测点位移和扰度分布；通过悬臂桩受荷段监测点扰度换算获得悬臂抗滑桩桩侧任何点侧向压力拟合解析式。本发明方法可以克服服役期间抗滑桩转点位置、桩身变形和桩侧压力监测方案或监测结果不合理造成的抗滑桩断裂、边坡滑坡和人为误判因素、技术复杂、危险性较大、监测成本较高等问题，保证了快捷监测方法具有环境适应性强、操作安全、施工简捷、成本少、精度高。

技术研发人员：王军,刘林
受保护的技术使用者：湖南工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12