[发明专利]一种基于协调变形的加筋式桩板墙及其设计、施工方法

权利要求书

1.一种基于协调变形的加筋式桩板墙的设计方法，包括桩板墙墙体、加筋体和设置于两者之间的反滤层(30)，桩板墙墙体由翼缘桩(10)和挡土板(20)构成，翼缘桩(10)沿线路方向单侧设置，挡土板(20)挂设在相邻翼缘桩(10)的翼缘上，加筋体由分层填筑压实形成的墙后填筑体(A)和分层铺设于其内的土工格栅(40)构成，所述翼缘桩(10)桩背处设置竖向间隔连接栓(11)，各连接栓(11)的两端分别通过预埋件固定在相邻两根翼缘桩(10)上，所述土工格栅(40)通过上下相邻的两根连接栓(11)形成反包，实现桩板墙墙体与土工格栅(40)的连接，分层铺设过程中对土工格栅(40)逐层施加一定的初始拉拔力，使土工格栅(40)处于拉紧状态且产生部分变形，在分层填筑墙后填筑体(A)的同时，同步分层施作反滤层(30)，设计方法包括如下步骤：

S01.计算假定条件

(1)假定每根翼缘桩承受相邻两桩“中-中”岩土侧向压力，作用于桩上的力主要有岩土侧向压力、土工格栅筋材拉力及翼缘桩锚固段桩周岩土作用力，不计桩体自重、桩底反力及桩与岩土间摩阻力；

(2)将翼缘桩、翼缘桩锚固段桩周岩土及土工格栅视作为一整体，翼缘桩桩简化为受横向变形约束的弹性地基梁，连接点翼缘桩的位移与土工格栅拉拔位移相；

(3)考虑土工格栅的拉拔位移，假定坡体内潜在破裂面为库伦破裂面，土压力按库伦主动土压力计算，土压力分布简化为梯形和三角形；

(4)假定土工格栅拉拔力与拉拔位移成正比例关系，其比例系数通过现场拉拔试验确定；

S02.计算确定土工格栅拉拔力

根据变形协调原理，按地基系数法确定土工格栅拉拔力及翼缘桩桩身内力，翼缘桩锚固段O点处的剪力Q₀及弯矩M₀计算如下：

式中：M、Q分别为土压力作用于翼缘桩O点的弯矩及剪力；R_j为第j层土工格栅的拉拔力，L_j为第j层土工格栅与翼缘桩连接点距O点的距离；

由位移变形协调原理，每处连接点土工格栅的拉拔位移Δi与该土工格栅所处连接点翼缘桩的水平位移f_i相等，建立位移平衡方程如下：

f_i＝Δi

Δi＝δ_i(R_i-R_io)

式中：X₀、分别为翼缘桩锚固段顶端O点处桩的位移及转角；Δ_iq及Δ_ij分别为岩土压力及土工格栅拉拔力R_j作用于i点翼缘桩的位移；Δ_ij＝R_jδ_ij，δ_ij为土工格栅拉拔力R_j作用于i点的位移系数；δ_i为第i层土工格栅的拉拔系数，即单位拉拔力作用下土工格栅的拉拔位移，可通过在现场选择具有代表性地段开展拉拔试验确定；R_io为第i层土工格栅初始拉拔力；

当土压力为梯形分布时，联立求解上述方程，由结构力学计算确定如下：

式中：q₀＝q₂-q₁

当j≥i，则

当j＜i，则

X₀、由地基系数法确定：

式中：φ₁、φ₂、φ₃为无量纲系数；β为桩的变形系数；E为桩的弹性模量；I为桩的截面惯性矩；

令：

则：

联解上述相关公式可得：

令ζ_ij＝A_i+B_iL_j+δ_ij，C_i＝A_iQ+B_iM+Δ_iq+δ_iR_i0，则

解上述线性方程组，可确定土工格栅拉拔力R_i；

S03.计算确定非锚固段桩身内力

令L₀＝0，L_n+1＝L，R_n+1＝0，当y＝L-L_i时，取k＝n+1-i(i＝1,2,...,n)，有：

式中：Q_y，M_y分别为桩身剪力和弯矩；Q(y)，M(y)分别为土压力作用于桩上的剪力及弯矩；k为从桩顶往下数土工格栅的拉拔点的个数；

S04.按普通锚固桩计算方法计算锚固段桩身内力。