一种基于旧桩的新桩布设方法、装置、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种基于旧桩的新桩布设方法、装置、设备及存储介质。


背景技术：

2.我国的电力发展经历了多次高峰，随着经济发展的需要，电力需求量的增长，现有的机组容量已不满足需求，需对不满足需求的机组拆旧建新；现有的技术方案中，对不能利用的旧桩，在其存在影响到新工程施工时，采取通过静拔法、桩周取土减摩振拔法、套钻或套冲成孔减摩吊拔法及振动沉管加水力切割拔桩法等方式将旧桩拔除，在将旧桩拔除后回填水泥土；但现有的技术方案实施技术难度大，采取拔除法对需拔除旧桩周边建筑群有影响，可能导致周边建筑群产生水平位移或沉降，存在较大的安全隐患。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供一种基于旧桩的新桩布设方法、装置、设备及存储介质，能减少工程的技术要求并避免了拔除旧桩带来的安全隐患。
4.本发明一实施例提供一种基于旧桩的新桩布设方法，包括：
5.获取目标施工位置的若干旧桩及各旧桩的桩基承载力；
6.计算目标施工位置的承重台下各旧桩当前的桩顶反力；
7.在确定任意一旧桩当前桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力时，重复执行新桩布设操作，直至布设后目标施工位置中的各桩的当前的桩顶反力均小于对应的桩基承载力；
8.所述新桩布设操作包括：
9.确定当前目标施工位置中承重台下各桩的位置以及设置在承重台上柱的位置；
10.根据当前各桩的位置以及柱的位置，布设一根新桩；其中，在布设完新桩后，承重台下各桩的形心位于柱的几何中心处，且各桩间的距离在一预设间距内；
11.计算增加新桩后目标施工位置中的各桩的当前桩顶反力。
12.进一步地，根据以下方法计算一选定桩的桩顶反力：
13.获取各桩的竖向弹簧刚度、柱的竖向力、柱的弯矩以及桩中心至柱中心的距离；
14.根据各桩的竖向弹簧刚度以及柱的竖向力计算选定桩在竖向力下产生的反力；
15.根据柱的弯矩、桩中心至柱中心的距离以及各桩的竖向弹簧刚度计算选定桩由弯矩引起的反力；
16.根据选定桩在竖向力下产生的反力以及由弯矩引起的反力计算选定桩的桩顶反力。
17.进一步地，所述根据各桩的竖向弹簧刚度以及柱的竖向力计算选定桩在竖向力下产生的反力，包括：
18.根据柱的竖向力和承重台下各桩的竖向弹簧刚度计算选定桩的竖向位移；
19.根据选定桩的竖向弹簧刚度和竖向位移计算选定桩在竖向力下产生的反力。
20.进一步地，所述根据柱的弯矩、桩中心至柱中心的距离以及各桩的竖向弹簧刚度计算选定桩由弯矩引起的反力，包括：
21.根据以下公式计算选定桩由弯矩引起的反力：
22.r
2i
＝m*yi*ki/(k1y
12
+k2y
22
+k3y
32
+
…
+kiy
i2
)
23.其中，r
2i
为第i个桩由弯矩引起的反力，m为柱的弯矩，yi为第i个桩的桩中心至柱中心的距离，ki为第i个桩的竖向弹簧刚度。
24.进一步地，在计算增加新桩后目标施工位置中的各桩的当前桩顶反力后，还包括：
25.若旧桩的桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力，在各桩间的距离在一预设间距内的前提下，沿柱和各桩的中心线，将新桩向靠近旧桩的方向移动预设距离；
26.若新桩的桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力，在各桩间的距离在一预设间距内的前提下，沿柱和各桩的中心线，将新桩向远离旧桩的方向移动预设距离。
27.在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了装置项实施例；
28.本发明一实施例对应提供了一种基于旧桩的新桩布设装置，包括：数据获取模块、计算模块和新桩布设模块；
29.所述数据获取模块，用于获取目标施工位置的若干旧桩及各旧桩的桩基承载力；
30.所述计算模块，用于计算目标施工位置的承重台下各旧桩当前的桩顶反力；
31.所述新桩布设模块，用于在确定任意一旧桩当前桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力时，重复执行新桩布设操作，直至布设后目标施工位置中的各桩的当前的桩顶反力均小于对应的桩基承载力；所述新桩布设操作包括：确定当前目标施工位置中承重台下各桩的位置以及设置在承重台上柱的位置；根据当前各桩的位置以及柱的位置，布设一根新桩；其中，在布设完新桩后，承重台下各桩的形心位于柱的几何中心处，且各桩间的距离在一预设间距内；计算增加新桩后目标施工位置中的各桩的当前桩顶反力。
32.本发明另一实施例提供了一种设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述发明实施例所述的一种基于旧桩的新桩布设方法。
33.本发明另一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述发明实施例所述的一种基于旧桩的新桩布设方法。
34.通过实施本发明具有如下有益效果：
35.本发明提供了一种基于旧桩的新桩布设方法、装置、设备及存储介质，通过获取目标施工位置所包含的旧桩及其对应的桩基承载力，通过计算其桩顶反力确认需布设的新桩数量，并以新桩布设操作确定所布设的新桩位置；通过对目标施工位置旧桩与新桩的共同受力进行分析，继而在不拔除旧桩的基础上布设新桩，该方法能减少工程的技术要求并避免了拔除旧桩带来的安全隐患。
附图说明
36.图1是本发明一实施例提供的一种基于旧桩的新桩布设方法的流程示意图。
37.图2是本发明一实施例提供的一种桩、承重台及柱的结构示意图。
38.图3是本发明一实施例提供的一种基础承台受力简图。
39.图4-图6是本发明一实施例提供的新桩布设图。
40.图7-图8是本发明一实施例提供的旧桩接头处理的结构示意图。
41.图9是本发明一实施例提供的一种基于旧桩的新桩布设装置的结构示意图。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.如图1所示，本发明一实施例提供的一种基于旧桩的新桩布设方法，包括：
44.步骤s1：获取目标施工位置的若干旧桩及各旧桩的桩基承载力；
45.步骤s2：计算目标施工位置的承重台下各旧桩当前的桩顶反力；
46.步骤s3：在确定任意一旧桩当前桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力时，重复执行新桩布设操作，直至布设后目标施工位置中的各桩的当前的桩顶反力均小于对应的桩基承载力；所述新桩布设操作包括：确定当前目标施工位置中承重台下各桩的位置以及设置在承重台上柱的位置；根据当前各桩的位置以及柱的位置，布设一根新桩；其中，在布设完新桩后，承重台下各桩的形心位于柱的几何中心处，且各桩间的距离在一预设间距内；计算增加新桩后目标施工位置中的各桩的当前桩顶反力。
47.对于步骤s1、获取需进行新桩布设的目标施工位置所需利用的旧桩的数量并确定旧桩的桩基承载力；其中，桩基承载力可通过桩弹簧刚度及桩直径确定。
48.需要补充的是，对于获取的旧桩，采用高应变法对旧桩的完整性和承载力进行验证；对灌注桩可以采用钻芯法，判定旧桩的桩身质量；根据《混凝土耐久性检验评定标准》(jgj/t 193-2009)和《工业建筑防腐蚀设计标准》(gb_50046-2018)，对桩身试样进行耐久性检验，判定其耐久性能，其中，耐久性能包括其耐腐蚀性能。
49.对于步骤s2、计算需进行新桩布设的目标施工位置的承重台下每一旧桩的桩顶反力；如图2所示，是本发明提供的一种桩、承重台及柱的结构示意图，可以理解的是，各桩位于承重台下，承重台上设置有一柱；承重台在该柱的作用下产生一向下的竖向力，图中m表示产生的竖向力；柱底产生弯矩，图中m
x
表示产生的弯矩。
50.需要说明的是，上述每一桩计算所得的桩顶反力即为每一桩在承重台及柱的作用力下所产生的反力，可以理解为每一桩的当前承重力。
51.对于步骤s3、在实际实施过程中，在一承重台下的各桩的承重力均需小于对应桩的桩基承载力，可以理解的是，在一桩的承重力大于桩的桩基承载力时，即当前桩无法支撑当前承重台，存在坍塌风险；因此，评判一目标施工位置是否需设置新桩则需对目标位置承重台下各桩的桩顶反力进行计算，以使每一桩的桩顶反力均小于对应的桩基承载力时，才符合工程实施要求；在任意一桩的桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力时，说明当前方案所需承重力不足，因此需实施布设新桩的操作，重复执行布设新桩的操作直至各桩的桩顶反力均小于对应的桩基承载力时，才得到符合工程实施要求的方案。
52.如图4-图6所示，为本发明一实施例提供的新桩布设图，分别为布设一根新桩、两
根新桩以及三根新桩的示意图，可通过新桩布设操作中所对应的方法实施更多根桩的布设，此处不再赘述；对于新桩的布设，需先确定当前目标施工位置中承重台下各桩的位置以及设置在承重台上柱的位置，继而根据当前各桩的位置以及柱的位置，布设一根新桩；且在布设新桩后，承重台下各桩的形心位于柱的几何中心处，且各桩间的距离在一预设间距内；并在布设一新桩后，计算增加新桩后的目标施工位置中各个桩的当前桩顶反力。
53.需要说明的是，上预设间距通常为最小桩间距，即在桩为管桩时，预设间距通常为3.5倍的桩直径；在桩为灌注桩时，预设间距通常为3倍的桩直径。
54.在一个优选的实施例中，根据以下方法计算一选定桩的桩顶反力：获取各桩的竖向弹簧刚度、柱的竖向力、柱的弯矩以及桩中心至柱中心的距离；根据各桩的竖向弹簧刚度以及柱的竖向力计算选定桩在竖向力下产生的反力；根据柱的弯矩、桩中心至柱中心的距离以及各桩的竖向弹簧刚度计算选定桩由弯矩引起的反力；根据选定桩在竖向力下产生的反力以及由弯矩引起的反力计算选定桩的桩顶反力。
55.具体的，桩顶反力的计算原理为：假定基础承重台为刚体，承重台下各桩根据静载试验的结果，推算桩的竖向弹簧刚度；其中弹簧刚度可通过在试验时加载的重量与试验时加载后发生的竖向位移的比值求得；通常重量采用的单位为kn，位移采用的单位为mm；然后根据各桩的竖向弹簧刚度，考虑尚不结构的荷载，计算各桩的桩顶反力。如图3所示，本发明提供了一种基础承台受力的简图；在对一选定桩进行桩顶反力计算时，可以将桩顶反力的计算分为两部分，一部分为根据柱的竖向力以及各桩的竖向弹簧刚度计算选定桩在竖向力下产生的反力，另一部分为根据柱的弯矩、桩中心至柱中心的距离以及各桩的竖向弹簧刚度计算选定桩由弯矩引起的反力；其使用公式可表示为：
56.ri＝r
1i
+r
2i
57.其中，ri为桩i的桩顶反力，r
1i
为桩i在竖向力下产生的反力，r
2i
为桩i由弯矩引起的反力。
58.需要说明的是，上述柱中心即为柱上部荷载作用点；在对一承重台下的各桩进行桩顶反力计算时，以任意一待计算桩顶反力的桩作为选定桩，并对选定桩进行计算，其余桩作为待选定桩，在选定桩的桩顶反力计算完成后，在待选定桩中选取一桩作为选定桩，继续执行选定桩的桩顶反力计算，直至所有桩均完成桩顶反力计算时，不再选取桩进行计算。
59.在一个优选的实施例中，所述根据各桩的竖向弹簧刚度以及柱的竖向力计算选定桩在竖向力下产生的反力，包括：根据柱的竖向力和承重台下各桩的竖向弹簧刚度计算选定桩的竖向位移；根据选定桩的竖向弹簧刚度和竖向位移计算选定桩在竖向力下产生的反力。
60.具体的，可通过以下公式求得选定桩在竖向力下产生的反力：
61.r
1i
＝ki*
△
1i
62.其中，ki为桩i的竖向弹簧刚度，
△
1i
为竖向力f作用下基础刚体的竖向位移；
63.竖向力f作用下基础刚体的竖向位移可通过如下公式求得：
[0064][0065]
在一个优选的实施例中，所述根据柱的弯矩、桩中心至柱中心的距离以及各桩的竖向弹簧刚度计算选定桩由弯矩引起的反力，包括：
[0066]
根据以下公式计算选定桩由弯矩引起的反力：
[0067][0068]
其中，r
2i
为第i个桩由弯矩引起的反力，m为柱的弯矩，yi为第i个桩的桩中心至柱中心的距离，ki为第i个桩的竖向弹簧刚度。
[0069]
具体的，根据变形的几何关系可以得到如下关系式：
[0070][0071]
其中，
△
21
,
△
22
,
△
23
,...
△
2i
分别为弯矩m作用下基础刚体的竖向位移；
[0072]
根据弯矩平衡原则，可以得到以下关系式：
[0073]
k1△
21
y1+k2△
22
y2+k3△
23
y3+
…
+ki△
2i
yi＝m
[0074]
根据上述变形的关系得到的关系式和弯矩平衡原则下得到的关系式可以得到上述用于计算选定桩由弯矩引起的反力的计算公式；
[0075]
根据上述计算公式可以得到桩顶反力的转化计算公式如下：
[0076][0077]
根据上述公式即可根据柱的竖向力、柱的弯矩、承重台下各桩的竖向弹簧刚度以及桩中心至柱中心的距离计算得到选定桩的桩顶反力。
[0078]
在一个优先的实施例中，在计算增加新桩后目标施工位置中的各桩的当前桩顶反力后，还包括：若旧桩的桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力，在各桩间的距离在一预设间距内的前提下，沿柱和各桩的中心线，将新桩向靠近旧桩的方向移动预设距离；若新桩的桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力，在各桩间的距离在一预设间距内的前提下，沿柱和各桩的中心线，将新桩向远离旧桩的方向移动预设距离。
[0079]
具体的，由于旧桩的位置以及桩基承载力是固定的，在进行新桩布设时，若根据桩顶反力计算公式计算得到各桩的桩顶反力后，若旧桩的桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力，则沿柱和各桩的中心线将新桩向靠近旧桩的方向移动，以使新桩分走旧桩的部分承载力；若新桩的桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力，则沿柱和各桩的中心线将新桩向远离旧桩的方向移动，以使旧桩分走新桩的部分承载力；此对新桩的移动操作均需在各桩间满足最小桩间距要求的前提下实施。
[0080]
需要补充的是，如果柱底有弯矩，则可以把弯矩沿着桩和柱中心线方向换算成竖向力的等效偏心距，使得荷载作用的形心点与各桩的形心点重叠，该操作可以使得弯矩引起的竖向力影响减小到可以不考虑的程度，从而只需计算竖向力引起的桩顶反力，同时，该方法下竖向力也是按各桩的桩弹簧刚度分配的，继而使得桩和承重台的受力更为合理。
[0081]
本发明还提供了一种对于旧桩为灌注桩时，对旧桩接头的处理方案，具体为：凿除旧桩桩顶浮浆段，将已有露出的桩身钢筋采用焊接接长处理，在焊接时，焊接接头应考虑50％的接头率错开处理，顶部箍筋按加密处理；按照50％的接头率错开处理可以避免钢筋焊接点在荷载作用下接头同时失效，提高接头的可靠性，因此，通过该方案处理后的接头可以更好的传递上部结构和基础的荷载；如图7、图8所示，具体实施过程包括：对长纵筋接长
programmable gate array，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，所述处理器是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个终端设备的各个部分。
[0097]
所述存储器可用于存储所述计算机程序，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0098]
在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了存储介质项实施例。
[0099]
本发明一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述存储介质所在设备执行本发明中任意一项所述的一种基于旧桩的新桩布设方法。
[0100]
所述存储介质为计算机可读存储介质，所述计算机程序存储在所述计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0101]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于旧桩的新桩布设方法，其特征在于，包括：获取目标施工位置的若干旧桩及各旧桩的桩基承载力；计算目标施工位置的承重台下各旧桩当前的桩顶反力；在确定任意一旧桩当前桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力时，重复执行新桩布设操作，直至布设后目标施工位置中的各桩的当前的桩顶反力均小于对应的桩基承载力；所述新桩布设操作包括：确定当前目标施工位置中承重台下各桩的位置以及设置在承重台上柱的位置；根据当前各桩的位置以及柱的位置，布设一根新桩；其中，在布设完新桩后，承重台下各桩的形心位于柱的几何中心处，且各桩间的距离在一预设间距内；计算增加新桩后目标施工位置中的各桩的当前桩顶反力。2.如权利要求1所述的一种基于旧桩的新桩布设方法，其特征在于，根据以下方法计算一选定桩的桩顶反力：获取各桩的竖向弹簧刚度、柱的竖向力、柱的弯矩以及桩中心至柱中心的距离；根据各桩的竖向弹簧刚度以及柱的竖向力计算选定桩在竖向力下产生的反力；根据柱的弯矩、桩中心至柱中心的距离以及各桩的竖向弹簧刚度计算选定桩由弯矩引起的反力；根据选定桩在竖向力下产生的反力以及由弯矩引起的反力计算选定桩的桩顶反力。3.如权利要求2所述的一种基于旧桩的新桩布设方法，其特征在于，所述根据各桩的竖向弹簧刚度以及柱的竖向力计算选定桩在竖向力下产生的反力，包括：根据柱的竖向力和承重台下各桩的竖向弹簧刚度计算选定桩的竖向位移；根据选定桩的竖向弹簧刚度和竖向位移计算选定桩在竖向力下产生的反力。4.如权利要求2所述的一种基于旧桩的新桩布设方法，其特征在于，所述根据柱的弯矩、桩中心至柱中心的距离以及各桩的竖向弹簧刚度计算选定桩由弯矩引起的反力，包括：根据以下公式计算选定桩由弯矩引起的反力：其中，r
2i
为第i个桩由弯矩引起的反力，m为柱的弯矩，y
i
为第i个桩的桩中心至柱中心的距离，k
i
为第i个桩的竖向弹簧刚度。5.如权利要求1所述的一种基于旧桩的新桩布设方法，其特征在于，在计算增加新桩后目标施工位置中的各桩的当前桩顶反力后，还包括：若旧桩的桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力，在各桩间的距离在一预设间距内的前提下，沿柱和各桩的中心线，将新桩向靠近旧桩的方向移动预设距离；若新桩的桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力，在各桩间的距离在一预设间距内的前提下，沿柱和各桩的中心线，将新桩向远离旧桩的方向移动预设距离。6.一种基于旧桩的新桩布设装置，其特征在于，包括：数据获取模块、计算模块和新桩布设模块；所述数据获取模块，用于获取目标施工位置的若干旧桩及各旧桩的桩基承载力；所述计算模块，用于计算目标施工位置的承重台下各旧桩当前的桩顶反力；
所述新桩布设模块，用于在确定任意一旧桩当前桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力时，重复执行新桩布设操作，直至布设后目标施工位置中的各桩的当前的桩顶反力均小于对应的桩基承载力；所述新桩布设操作包括：确定当前目标施工位置中承重台下各桩的位置以及设置在承重台上柱的位置；根据当前各桩的位置以及柱的位置，布设一根新桩；其中，在布设完新桩后，承重台下各桩的形心位于柱的几何中心处，且各桩间的距离在一预设间距内；计算增加新桩后目标施工位置中的各桩的当前桩顶反力。7.一种设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所诉处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任意一项所述的一种基于旧桩的新桩布设方法。8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述存储介质所在设备执行如权利要求1至5中任意一项所述的一种基于旧桩的新桩布设方法。

技术总结
本发明公开了一种基于旧桩的新桩布设方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：获取目标施工位置的若干旧桩及各旧桩的桩基承载力；计算目标施工位置的承重台下各旧桩当前的桩顶反力；在确定任意一旧桩当前桩顶反力大于或等于对应的桩基承载力时，重复执行新桩布设操作，直至布设后目标施工位置中的各桩的当前的桩顶反力均小于对应的桩基承载力；所述新桩布设操作包括：确定当前目标施工位置中承重台下各桩的位置以及设置在承重台上柱的位置；根据当前各桩的位置以及柱的位置，布设一根新桩；其中，在布设完新桩后，承重台下各桩的形心位于柱的几何中心处，且各桩间的距离在一预设间距内；计算增加新桩后目标施工位置中的各桩的当前桩顶反力。当前桩顶反力。当前桩顶反力。


技术研发人员：林伟斌 马旻 郑伯兴 王靖 刘蒙 梁金放 甘志成 张赢
受保护的技术使用者：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/7/7