碰樁計算方法新

1、考慮沉樁允許偏差影響時，碰樁驗算的方法陳枕南1前言在高樁碼頭樁基工程施工中，經(jīng)常會遇到正在施打的樁與已施打完畢的鄰近樁在土面以下相碰的情況，如不能及時發(fā)現(xiàn)，往往會造成斷樁事故或使樁產(chǎn)生很大的偏位，甚至還有可能損壞船機設(shè)備及造成人員傷亡。因此在高樁碼頭設(shè)計與施工規(guī)范及港口工程樁基規(guī)范中均明確規(guī)定：“在樁基工程施工前，應(yīng)結(jié)合沉樁允許偏差，校核各樁是否相碰?！背Ｓ玫呐鰳厄炈惴椒ㄊ怯嬎銉蓸堕g正位時的最短凈距，并根據(jù)經(jīng)驗予留一定的安全距離。由于沉樁偏差對兩樁間最短凈距的影響，與允許偏差的取值有關(guān)，并由兩樁間的相對位置及最短凈距處的標(biāo)高等多種因素決定?？紤]沉樁允許偏差影響時，計算兩樁間的最短凈距是在多個變

2、量最不利組合時計算其極值，顯然人為估計的安全距離有較大的隨意性。隨著微機的普及，應(yīng)用windows環(huán)境下運行的Excel軟件（電子表格），可以很方便地對上述問題進(jìn)行求解，本文將著重對此進(jìn)行闡述。2. 電子表格的使用21 電子表格的制作按驗算要求設(shè)計計算用表，在計算用表的相關(guān)單元格內(nèi)輸入計算公式和進(jìn)行各項設(shè)置，如表-1、表-2、表-3所示，為使用方便，可將其拷貝在一張軟盤上，使用時只需將軟盤插入軟驅(qū)，打開表格，即可輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行驗算。22 使用方法221 將軟盤插入軟驅(qū)，打開表-1，在2至12項內(nèi)輸入要驗算的兩根樁的各項數(shù)據(jù)，（13至22項數(shù)據(jù)自動寫入）正位時的碰樁標(biāo)高及最短凈距就會自動計算并寫入

3、數(shù)據(jù)，在結(jié)論欄內(nèi)能自動判斷正位時是否碰樁。222 選擇允許偏位時的最短凈距單元格（16項），單擊常用工具欄內(nèi)的工具，再單擊規(guī)劃求解，在打開的“規(guī)劃求解參數(shù)” 對話框中已予先進(jìn)行了各項設(shè)置，只需單擊求解，在“規(guī)劃求解結(jié)果”對話框中已選定“保存規(guī)劃求解結(jié)果”選項，只需單擊確定，允許偏差在最不利組合時的碰樁標(biāo)高、最短凈距及樁位參數(shù)（樁位坐標(biāo)、平面扭角、斜率）就會自動計算并寫入，并能自動判斷沉樁存在允許偏差時是否碰樁。 2. 2. 3 要保存上述驗算成果，將表-1中的所有數(shù)據(jù)復(fù)制到表-3中，并清除表-1中2至12項數(shù)據(jù)后，可進(jìn)行下一組樁的驗算。 2. 24 如驗算結(jié)果為碰樁時，可修正某根樁的參數(shù)（一般

4、選擇平面扭角或斜率，從而使兩樁間的最短凈距滿足不碰樁的要求。具體方法如下： （1）打開表-2，可以看到剛才驗算的兩根樁的有關(guān)數(shù)據(jù)已自動鏈接到該表內(nèi)。（2）選擇最短凈距單元格（14項）,單擊常用工具欄內(nèi)的工具，再單擊規(guī)劃求解，在打開的“規(guī)劃求解參數(shù)”對話框內(nèi)目標(biāo)值可選擇等于某一值，（一般可選正位時最短凈距-允許偏差時最短凈距）在可變單元格內(nèi)選擇要修正某根樁的參數(shù)所在的單元格名，約束范圍如有要求可輸入，（如修改某根樁的斜率不小于31）如無要求也可不輸，再單擊求解，然后單擊確定，即可對選定的某參數(shù)自動進(jìn)行修正，使其滿足不碰樁的要求。2. 2. 5 為方便初學(xué)者使用, 表中設(shè)置了向?qū)? 初學(xué)者可按向?qū)?/p>

5、進(jìn)行操作,在輸入?yún)?shù)時,還設(shè)置了提示和警告語,當(dāng)輸入數(shù)據(jù)錯誤時,會自動發(fā)出警告。 2. 2. 6 打開向?qū)У姆椒ㄊ菃螕舫Ｓ霉ぞ邫趦?nèi)的視圖，再單擊批注，再次單擊批注可以關(guān)閉。(見表-1，表-2) 2. 3 注意事項 2. 31 如果驗算斜樁與直樁是否相碰，直樁的斜率1n為0，平面扭角可輸入斜樁的平面扭角±90o （直樁垂直度存在偏差時，實際上也是斜樁，兩斜樁的水平投影垂直相交時，為最不利情況）。2. 32 當(dāng)兩樁的樁尖標(biāo)高不一致時，a樁輸入樁尖標(biāo)高較高的樁，因設(shè)置表格內(nèi)判別碰樁時，以a樁的樁尖標(biāo)高為準(zhǔn)。233 方樁的半徑取方樁外接園的半徑。3采用的驗算公式（正位時）式中： h： 兩樁最

6、短凈距處的標(biāo)高（米）。 ha、hb: a樁和b樁的樁頂標(biāo)高（米）。 xa、ya、xb、yb : a樁和b樁樁頂中心的坐標(biāo)。 a、b: a樁和b樁的平面扭角，指以樁頂為原點，斜樁水平投影的坐標(biāo)方位角。 na、nb: a樁和 b樁的斜率。 S： 兩樁軸線間的最短距離。 S。：兩樁間的最短凈距。 ra、rb： a 樁和b樁的半徑，方樁時取外接圓半徑。 當(dāng)考慮沉樁允許偏差影響時，上述公式中的xa、ya、a、na、xb、yb、b、nb均為與允許偏差值有關(guān)的八個變量，驗算兩樁間最短凈距，就是求解上述變量在最不利組合時的極值，可直接應(yīng)用Excel中的“規(guī)劃求解”程序能很方便地求解結(jié)果。4碰樁驗算公式的推導(dǎo)

7、41 最短凈距處標(biāo)高計算公式的推導(dǎo) a樁和 b樁的樁頂坐標(biāo)分別為 xa、ya 和xb、yb，它們的樁頂標(biāo)高分別為ha、hb，樁尖標(biāo)高分別為 ha0和hb0。平面扭角分別為a、和b，斜率分別為na和nb，樁半徑分別為ra和rb。假設(shè) a樁和 b樁在標(biāo)高為 h的水平面內(nèi)有最短距離，則： a樁和b樁在標(biāo)高為h的水平面內(nèi)的坐標(biāo)分別為： （4） xahxa+(ha-h)cosa/na yahya+(ha-h)sina/naxbhXb+(hb-h)cosb/nb ybhyb+(hb-h)sinb/nb a樁和b樁軸線在標(biāo)高為h的水平面內(nèi)的距離為： S2xa-xb+（hah）cosa/na-(hb-h)cosanb2 +ya-yb+（ha-h）sina/na-（hb-h）sinb/nb2 （5） 當(dāng)（5）式存在極值時，即（5）式的一階導(dǎo)數(shù)為零時，a樁 和b樁在標(biāo)高為h的水平面內(nèi)的軸線距離最短。即： 2（xa-xb+hacosa/na-hcosa/na-hbcosb/nb+hcosb/nb）× （cosb/nb -cosa/na）+2（ya-yb+hasina/na-hsina/na -hbsinb/nb +hsinb/nb ）×（sinb/nb sina/na）=0 整理后： 上式即為（1）式。 42 a樁和b樁間最短距離計算公式的推導(dǎo)用（1