嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算方法及终端设备与流程

本发明属于基桩承载力计算技术领域，尤其涉及一种嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算方法及终端设备。

背景技术：

为了保证嵌岩桩的稳定性，我国相关规范对嵌岩桩桩端所需持力层厚度给出了规定值：《建筑地基基础设计规范(gb50007-2011)》要求嵌岩灌注桩端以下3倍桩径且不小于5m范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，且在桩底应力扩散范围内应无岩体临空面；《建筑桩基技术规范(jgj94-2008)》要求桩端以下硬持力层的厚度不宜小于3倍桩径；《岩土工程勘察规范(gb50021-2001)(2009年)》要求大直径嵌岩桩的勘探深度应为桩端以下桩径的3倍并不应小于5m，当相邻桩底的及基岩面起伏较大时应适当加深；《广东省建筑地基基础设计规范(dbj15-31-2003)》规定桩端以下支撑岩层的厚度不小于3倍桩径且不小于2m，当顶板满足冲切承载力要求时，顶板的厚度不小于溶洞平面尺寸。

由此可见，当嵌岩桩桩端存在下伏溶洞时，桩端平面以下的溶洞顶板厚度不应小于3倍桩径。然后，相关规范主要的参考指标是基桩直径，没有考虑到与空洞相关的其它因素的影响，在空洞存在情况下的对嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算值不准确。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算方法及终端设备，以解决现有技术中在溶洞存在情况下的对嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算值不准确的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算方法，包括：

获取嵌岩桩的直径d、所述嵌岩桩的桩端的空洞顶板的岩石的单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt和岩体完整性指数kv；

根据所述岩石的单轴抗压强度σc和单轴抗拉强度σt，计算所述岩石的软硬程度指标mi的值；

根据所述岩石的岩体完整性指数kv，确定所述空洞顶板所对应的桩底荷载折减系数ψr的值；

根据所述空洞顶板所对应的桩底荷载折减系数ψr的值，和所述空洞顶板的岩石的软硬程度指标mi的值，计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3；

根据所述岩石的单轴抗压强度σc和岩体完整性指数kv，计算所述空洞顶板的岩体分级指标rmr的值；

根据所述嵌岩桩的直径d、所述空洞顶板的岩体分级指标rmr的值和所述第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3，计算所述空洞顶板的厚度h。

本发明实施例的第二方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被处理器执行时实现如下步骤：

获取嵌岩桩的直径d、所述嵌岩桩的桩端的空洞顶板的岩石的单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt和岩体完整性指数kv；

根据所述岩石的单轴抗压强度σc和单轴抗拉强度σt，计算所述岩石的软硬程度指标mi的值；

根据所述岩石的岩体完整性指数kv，确定所述空洞顶板所对应的桩底荷载折减系数ψr的值；

根据所述空洞顶板所对应的桩底荷载折减系数ψr的值，和所述空洞顶板的岩石的软硬程度指标mi的值，计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3；

根据所述岩石的单轴抗压强度σc和岩体完整性指数kv，计算所述空洞顶板的岩体分级指标rmr的值；

根据所述嵌岩桩的直径d、所述空洞顶板的岩体分级指标rmr的值和所述第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3，计算所述空洞顶板的厚度h。

本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机可读指令，所述处理器执行所述计算机可读指令时实现如下步骤：

获取嵌岩桩的直径d、所述嵌岩桩的桩端的空洞顶板的岩石的单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt和岩体完整性指数kv；

根据所述岩石的单轴抗压强度σc和单轴抗拉强度σt，计算所述岩石的软硬程度指标mi的值；

根据所述岩石的岩体完整性指数kv，确定所述空洞顶板所对应的桩底荷载折减系数ψr的值；

根据所述空洞顶板所对应的桩底荷载折减系数ψr的值，和所述空洞顶板的岩石的软硬程度指标mi的值，计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3；

根据所述岩石的单轴抗压强度σc和岩体完整性指数kv，计算所述空洞顶板的岩体分级指标rmr的值；

根据所述嵌岩桩的直径d、所述空洞顶板的岩体分级指标rmr的值和所述第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3，计算所述空洞顶板的厚度h。

本发明提供了一种嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算方法及终端设备，包括：获取嵌岩桩的直径，嵌岩桩桩端的空洞顶板的岩石的单轴抗压强度、单轴抗拉强度和岩体完整性指数；根据岩石的单轴抗压强度和单轴抗拉强度，计算岩石的软硬程度指标；根据岩石的岩体完整性指数，确定桩底荷载折减系数；根据桩底荷载折减系数和岩石的软硬程度指标，计算第一系数至第三系数；根据岩石的单轴抗压强度和岩体完整性指数，计算空洞顶板的岩体分级指标；根据嵌岩桩的直径、岩体分级指标和第一系数至第三系数，计算空洞顶板的厚度。本发明综合考虑了空洞顶板的各项因素，采用本发明可以通过计算直接得到空洞顶板的临界厚度，提高了计算空洞顶板临界厚度的准确性，明确嵌岩桩满足稳定性要求的最低空洞顶板的厚度，为合理设计嵌岩桩竖向承载力奠定基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算装置的结构框图；

图3为本发明实施例提供的一种嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例提供了一种嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算方法。结合图1，该方法包括：

s101，获取嵌岩桩的直径d、所述嵌岩桩的桩端的空洞顶板的岩石的单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt和岩体完整性指数kv。

具体的，可通过勘察及测量的方式获取嵌岩桩的直径d、所述嵌岩桩的桩端的空洞顶板的岩石的单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt和岩体完整性指数kv。

s102，根据所述岩石的单轴抗压强度σc和单轴抗拉强度σt，计算所述岩石的软硬程度指标mi的值。

可选的，通过如下公式计算所述岩石的软硬程度指标mi的值：

s103，根据所述岩石的岩体完整性指数kv，确定所述空洞顶板所对应的桩底荷载折减系数ψr的值。

可选的，若kv大于0.75，则ψr等于0.5；

若kv大于0.55小于等于0.75，则ψr等于0.4；

kv大于0.35小于等于0.55，则ψr等于0.3；

kv大于0.15小于等于0.35，则ψr等于0.2；

kv小于等于0.15，则ψr等于0.1。

s104，根据所述空洞顶板所对应的桩底荷载折减系数ψr的值，和所述空洞顶板的岩石的软硬程度指标mi的值，计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3。

可选的，若ψr等于0.1，则计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3的公式为：

若ψr等于0.2，则计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3的公式为：

若ψr等于0.3，则计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3的公式为：

若ψr等于0.4，则计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3的公式为：

若ψr等于0.5，则计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3的公式为：

s105，根据所述岩石的单轴抗压强度σc和岩体完整性指数kv，计算所述空洞顶板的岩体分级指标rmr的值。

可选的，通过如下公式计算所述空洞顶板的岩体分级指标rmr的值：

rmr＝0.4923σc+41.0250kv+3.1540

s106，根据所述嵌岩桩的直径d、所述空洞顶板的岩体分级指标rmr的值和所述第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3，计算所述空洞顶板的厚度h。

可选的，在本发明实施例中，建立临界厚径比公式，该公式用于表示空洞顶板的临界厚度h，即满足稳定性的最低厚度，与嵌岩桩直径d的比值。

该公式为：

基于该公式，在通过步骤s01至步骤s105使得嵌岩桩的直径d、所述空洞顶板的岩体分级指标rmr的值和所述第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3已知的情况下，通过如下公式计算所述空洞顶板的临界厚度h：

进一步的，为便于理解本发明提出的技术方案，本发明实施例提供如下实例：

某工程实例试桩地层的钻孔柱状图如下图1所示。溶洞距离地表深度约为25m，溶洞高度为2.27m，溶洞顶板厚度为0.72m，溶洞跨径取5.0m，嵌岩桩直径为0.8m。根据实测数据，溶洞顶板岩体为微风化石灰岩，密度为2710kg/m3，岩石的单轴抗压强度σc取100mpa，单轴抗拉强度σt取11.0mpa，岩芯破碎，采取率低，岩体完整性较差，岩体完整性指数kv取0.3。

根据岩石的单轴抗压强度σc和单轴抗拉强度σt，计算所述岩石的软硬程度指标：

岩体完整性指数kv取0.3时，由于kv大于0.15小于等于0.35，则ψr等于0.2；

当ψr等于0.2时，则计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3的公式为：

由于计算得到mi＝9，则计算得到第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3的值分别为222.04、44.68和0.3963；

根据岩石的单轴抗压强度σc和岩体完整性指数kv，计算空洞顶板的岩体分级指标rmr＝0.4923×100+41.0250×0.3+3.1540＝64.69；

根据空洞顶板的岩体分级指标rmr的值和第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3的值，带入公式：

得到临界厚径比的值

由于嵌岩桩直径为0.8米，则空洞顶板的最低厚度，即临界厚度为1.624米，大于空洞顶板的实际厚度0.72米，说明基桩嵌岩段端阻力充分发挥作用时，溶洞顶板将失稳，即当前的溶洞顶板厚度不能提供足够的端阻力，此时嵌岩桩需要下穿溶洞并嵌入溶洞底板一定深度以提高其极限承载能力。

本发明提供了一种嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算方法，包括：获取嵌岩桩的直径，嵌岩桩桩端的空洞顶板的岩石的单轴抗压强度、单轴抗拉强度和岩体完整性指数；根据岩石的单轴抗压强度和单轴抗拉强度，计算岩石的软硬程度指标；根据岩石的岩体完整性指数，确定桩底荷载折减系数；根据桩底荷载折减系数和岩石的软硬程度指标，计算第一系数至第三系数；根据岩石的单轴抗压强度和岩体完整性指数，计算空洞顶板的岩体分级指标；根据嵌岩桩的直径、岩体分级指标和第一系数至第三系数，计算空洞顶板的厚度。本发明综合考虑了空洞顶板的各项因素，采用本发明可以通过计算直接得到空洞顶板的临界厚度，提高了计算空洞顶板临界厚度的准确性，明确嵌岩桩满足稳定性要求的最低空洞顶板的厚度，为合理设计嵌岩桩竖向承载力奠定基础。

图2为本发明实施例提供的一种嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算装置示意图，结合图2，该装置包括：参数获取单元21、岩石软硬程度指标计算单元22、桩底荷载折减系数计算单元23，第一系数至第三系数计算单元24，岩体分级指标计算单元25，空洞顶板厚度计算单元26；

所述参数获取单元21，用于获取嵌岩桩的直径d、所述嵌岩桩的桩端的空洞顶板的岩石的单轴抗压强度σc、单轴抗拉强度σt和岩体完整性指数kv；

所述岩石软硬程度指标计算单元22，用于根据所述岩石的单轴抗压强度σc和单轴抗拉强度σt，计算所述岩石的软硬程度指标mi的值；

所述桩底荷载折减系数计算单元23，用于根据所述岩石的岩体完整性指数kv，确定所述空洞顶板所对应的桩底荷载折减系数ψr的值；

所述第一系数至第三系数计算单元24，用于根据所述空洞顶板所对应的桩底荷载折减系数ψr的值，和所述空洞顶板的岩石的软硬程度指标mi的值，计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3；

所述岩体分级指标计算单元25，用于根据所述岩石的单轴抗压强度σc和岩体完整性指数kv，计算所述空洞顶板的岩体分级指标rmr的值；

所述空洞顶板厚度计算单元26，用于根据所述嵌岩桩的直径d、所述空洞顶板的岩体分级指标rmr的值和所述第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3，计算所述空洞顶板的厚度h。

可选的，所述岩石软硬程度指标计算单元22用于：

通过如下公式计算所述岩石的软硬程度指标mi的值：

可选的，桩底荷载折减系数计算单元23用于：

若kv大于0.75，则ψr等于0.5；

若kv大于0.55小于等于0.75，则ψr等于0.4；

kv大于0.35小于等于0.55，则ψr等于0.3；

kv大于0.15小于等于0.35，则ψr等于0.2；

kv小于等于0.15，则ψr等于0.1。

可选的，第一系数至第三系数计算单元24用于：

若ψr等于0.1，则计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3的公式为：

若ψr等于0.2，则计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3的公式为：

若ψr等于0.3，则计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3的公式为：

若ψr等于0.4，则计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3的公式为：

若ψr等于0.5，则计算第一系数χ1、第二系数χ2和第三系数χ3的公式为：

可选的，岩体分级指标计算单元25用于：

通过如下公式计算所述空洞顶板的岩体分级指标rmr的值：

rmr＝0.4923σc+41.0250kv+3.1540

可选的，空洞顶板厚度计算单元26用于：

通过如下公式计算所述空洞顶板的厚度h：

本发明提供了一种嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算装置，该装置通过获取嵌岩桩的直径，嵌岩桩桩端的空洞顶板的岩石的单轴抗压强度、单轴抗拉强度和岩体完整性指数；根据岩石的单轴抗压强度和单轴抗拉强度，计算岩石的软硬程度指标；根据岩石的岩体完整性指数，确定桩底荷载折减系数；根据桩底荷载折减系数和岩石的软硬程度指标，计算第一系数至第三系数；根据岩石的单轴抗压强度和岩体完整性指数，计算空洞顶板的岩体分级指标；根据嵌岩桩的直径、岩体分级指标和第一系数至第三系数，计算空洞顶板的厚度。本发明综合考虑了空洞顶板的各项因素，采用本发明提供的装置可以通过计算直接得到空洞顶板的临界厚度，提高了计算空洞顶板临界厚度的准确性，明确嵌岩桩满足稳定性要求的最低空洞顶板的厚度，为合理设计嵌岩桩竖向承载力奠定基础。

图3为本发明实施例提供的一种终端设备的示意图。如图3所示，该实施例的终端设备3包括：处理器30、存储器31以及存储在所述存储器31中并可在所述处理器30上运行的计算机程序32，例如嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算程序。所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各个嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至106，或者，所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图2所示模块21至26的功能。

示例性的，所述计算机程序32可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器31中，并由所述处理器30执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序32在所述终端设备3中的执行过程。

所述终端设备3可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器30、存储器31。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是终端设备3的示例，并不构成对终端设备3的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器30可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器31可以是所述终端设备3的内部存储单元，例如终端设备3的硬盘或内存。所述存储器31也可以是所述终端设备3的外部存储设备，例如所述终端设备3上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，所述存储器31还可以既包括所述终端设备3的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器31用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器31还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述嵌岩桩桩端的空洞顶板厚度的计算方法的步骤。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使对应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。