工程分析法的案例分析

　　1.工程分析法原理

　　工程分析法是基于形象描述实际工程破坏问题而简化的解析分析方法。用工程分析法计算盾构施工过程中，管片衬砌与周围岩土体之间150mm缝隙引起的桩体应力和位移变化。

　　盾构向前推进时，需在盾构机的后部对已安装好1．5m长的圆环砼管片进行注浆，此时，圆环管片与周围的岩土体存在15cm的间隙。当隧道在桩侧穿过时，由于间隙的存在，在隧道的一侧，作用于桩的土压力接近零，而桩的另一侧，土压力仍然存在，因而有压力差，在这种压力差的作用下，桩将产生水平位移、弯曲甚至强度破坏。因此，要分析计算宽度1．5m两截面处土的摩擦力能否平衡土压力，若不平衡，桩将产生弯曲，成为压弯构件(图la)，图1b中表示桩侧面土压力的大小。

　　

　　虽然近隧道一侧不存在土压力，但约有d/4范围内的岩体将抵抗压力差，即由图1b可知：

　　

　　

　　(1)

　　当研究隧道顶面，(2)

　　式中：γ0为H0深度范围内岩土层的平均重度，H0为地面至桩底的长度，C、、v分别为地基土的内聚力和内摩擦角。

　　由(1)和(2)得：

　　(3)

　　当H0不满足以上条件时，便会产生桩的弯曲，此时作用于桩的荷载q(kN/m)为：

　　(4)

　　在该荷载q的作用下，桩将产生弯曲，根据桩底与隧道位置的关系，弯矩为：

　　

　　偏心距　(5)

　　隧道在强风化泥质砂岩中c=100kPa,,v=0.3,

　　

　　2.工程分析法应用

　　

　　(1)对客村立交桥E4桩(上图所示)，H0 = 10.5m，c=100kPa，，，v=0.3，γ = 20kN/m则由式(1)算得，现H0为10.5m，会产生桩的弯曲，必须计算q，由式(2)及(4)得：

　　σ3 = 90kPa,q=37kPa

　　按悬臂梁考虑，

　　桩配筋为20Φ25,由该弯矩计算所得该梁桩底的最大正应力为σmax = 2MPa。

　　桩身水平位移：

　　

　　考虑到该桩不是悬臂梁，估计位移应增大1.5—1.7倍，即达到1.8～2.0mm。

　　

　　对于桩底与洞中心线持平的情况(上图所示)，桩的沉降可假定高度为r的无侧向应力σ3的柱体压缩减去已有岩体的压缩Sr加上由于侧向应力σ3消失而引起桩的沉降，即：

　　(6)

　　式中：Nb为桩底载荷，r为假定剪切面的半径 为考虑无σ3时的Er，可取：

　　(2)对客村立交桥W5桩，Nb = 1821kN,d=1.5m,

　　A = 1.77m,r=2.3m,v=0.2,γ0 = 20kN / m,

　　H0 = 13.5m,Er = 400MPa = 400000kPa,

　　

　　这表明，客村立交桥W5桩的沉降为4.7mm。