(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210578059.3 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 浙江大学 地址 310025 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 于洋　石博　吕庆　孙红月　 (74)专利代理 机构 杭州新泽知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 33311 专利代理师 管宾 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) (54)发明名称 一种消除缩颈缺陷影响的水平受荷灌注桩 设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种消除缩颈缺陷影响的水 平受荷灌注桩设计方法， 包括以下步骤： 选定灌 注桩的直径和长度作为设计参数， 得到M个设计 组合； 利用电子表格计算模型对缩颈发生位置、 缩颈量和饱和砂土参数随机性的量化表征与定 量计算； 得到符合安全性指标的设计组合并评价 稳健性得到最优设计组合。 本发 明利用电子表格 高效计算方法和随机模拟方法， 利用电子表格高 效计算方法和随机模拟方法， 在综合考虑了造 价、 安全性和稳健性优化目标， 实现了不确定条 件下灌注桩的设计参数的多目标优化。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 114936402 A 2022.08.23 CN 114936402 A 1.一种消除缩颈缺陷影响的水平受荷灌注桩设计方法， 其特 征在于， 其包括以下步骤： 步骤1、 根据规范要求和设计经验， 选定灌注桩的直径和长度作为设计参数， 二者不同 的组合形成M个备选设计方案； 步骤2、 针对每一种设计方案， 利用电子表格建立水平荷载作用下的灌注桩计算模型， 模型采用差 分方法对桩身进 行离散， 离散后桩单元的截面尺 寸、 抗弯刚度、 承载力均在相应 的单元格中输入， 结合饱和砂土的力学参数； 步骤3、 将缩颈发生的位置、 缩颈量和饱和砂土参数作为三个随机变量， 通过Monte ‑ Carlo模拟生成N组缩颈位置、 缩颈量和饱和砂土力学参数， 并赋值给对应的单元格， 利用电 子表格法计算该设计方案对应的N组灌注桩变形、 弯 矩和剪力； 步骤4、 统计N组灌注桩变形、 弯矩和剪力的平均值和标准差， 当变形、 弯矩和剪力的均 值小于规范规定的限值时， 该设计方案满足安全要求； 步骤5、 对于满足安全要求的设计方案， 利用统计的到的变形、 全局和剪力的标准差评 价灌注桩受力 响应对不确定性因素 的敏感性， 如果标准差越小， 说明灌注桩的受力 响应对 不确定性因素的变化越不敏感， 即对应的设计方案稳健 性越好； 步骤6、 对每个备选设计方案重 复步骤1‑步骤5， 筛选出所有满足安全要求的设计方案， 并计算响应的造价； 步骤7、 在造价、 变形标准差、 弯矩标准差和剪力标准差四维空间中， 对每个指标进行归 一化处理， 计算每个设计方案距离坐标原点的距离， 距离最小的点对应的设计为平衡造价 与各指标 稳健性的最优设计。 2.根据权利要求1所述的消除缩颈缺陷影响的水平 受荷灌注桩设计方法， 其特征在于， 所述的不确定因素包括缩颈位置、 缩颈量和饱和砂土参数。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114936402 A 2一种消除缩颈缺陷影响的水 平受荷灌注桩设计方 法 技术领域 [0001]本发明属于灌注桩技术领域， 尤其涉及一种消除缩颈缺陷影响的水平受荷灌注桩 设计方法。 背景技术 [0002]桩基础是不良地基中常用的基础形式， 在工程建设领域中发着至关重要的作用。 在饱和砂土地层中， 灌注桩 是一种常用的桩基础形式。 然而， 饱和砂土地层中的钻孔极易 发 生塌孔， 导致混凝土灌注桩出现局部缩颈。 灌注桩缩颈处截面尺寸减小、 抗弯刚度和承载力 降低， 在桩顶水平荷载作用下， 存在缩颈缺陷的灌注桩难以满足承载力和变形控制要求。 饱 和砂土地层中， 灌注桩发生缩颈的位置及缩颈量具有高度随机性和难以预测的特点， 只有 通过成桩后的测试才能确定缩颈的具体参数， 进而定量评估缩颈缺陷的影响， 为工程处置 提供参考。 这种 方法不仅费时费力， 而且严重影响工程进度。 因此， 有必要在设计阶段考虑 缩颈缺陷随机性的影响， 建立有效的设计方法消除缩颈缺陷对灌注桩承载力和变形的影 响。 发明内容 [0003]在针对饱和砂土地层中灌注桩缩颈位置及缩颈量高度随机、 难以预测的问题， 本 发明基于随机模拟方法， 提出一种考虑水平受荷灌注桩安全性、 经济性和鲁棒性的多目标 设计方法。 [0004]为实现上述目的， 本发明提供的技 术方案是： [0005]一种消除缩颈缺陷影响的水平受荷灌注桩设计方法， 其包括以下步骤： [0006]步骤1、 根据规范要求和设计经验， 选定灌注桩的直径和长度作为设计参数， 二者 不同的组合形成M个备选设计方案； [0007]步骤2、 针对每一种设计方案， 利用电子表格建立水平荷载作用下的灌注桩计算模 型， 模型采用差分方法对桩身进行离散， 离散后桩单元的截面尺寸、 抗弯刚度、 承载力均在 相应的单元格中输入， 结合饱和砂土的力学参数， 该方法可以高效计算灌注桩在水平荷载 作用下的变形、 弯 矩和剪力； [0008]步骤3、 将缩颈发生的位置、 缩颈量和饱和砂土参数作为三个随机变量， 通过 Monte‑Carlo模拟生成N组缩颈位置、 缩颈量(通过减小桩截面积)和饱和砂土力学参数， 并 赋值给对应的单元格， 利用电子表格法计算该设计方案对应的N组灌注桩变形、 弯矩和剪 力； [0009]步骤4、 统计N组灌注桩变形、 弯矩和剪力的平均值和标准差， 当变形、 弯矩和剪力 的均值小于规范规定的限值时， 该设计方案满足安全要求； [0010]步骤5、 对于满足安全要求的设计方案， 利用统计 的到的变形、 全局和剪力的标准 差评价灌注桩受力 响应对不确定性因素(缩颈位置、 缩颈量和饱和砂土参数)的敏感性， 如 果标准差越小， 说明灌注桩的受力响应对不确定性因素 的变化越不敏感， 即对应的设计方说　明　书 1/5 页 3 CN 114936402 A 3