斜边非轴对称位移边界下球孔扩张挤土分析

针对斜边非轴对称位移边界条件下的沉桩球孔扩张,将桩体贯入模拟为球孔扩张过程,在线弹性土体模型的基础上,通过对地表边界以及倾斜边界上应力修正的镜像法,改进现有直边非轴对称球孔扩张理论,得到了斜边非轴对称位移边界下的球孔扩张挤土位移解答,并分析边界倾角及球孔边界距离等因素的挤土位移规律。研究结果表明,边界倾角越小,倾斜边界对球孔挤土位移的影响也越小;球孔边界距离越大,其对挤土位移的影响反而越小。文中解答可为类似斜边工程挤土位移的控制及参数设置提供参考。     

非轴对称位移边界下球孔扩张挤土位移弹性解答

以现有半无限土体中球孔扩张挤土位移的解答为基础,分别对水平地表和非轴对称斜边两个位移边界进行应力修正,运用坐标转换法和叠加法的原理,改进现有的分析方法,得到较为简化的非轴对称位移边界下扩孔问题的解答,并对非轴对称斜边倾角以及球孔离斜边距离等因素对挤土位移的影响进行了分析。结果表明：倾斜边界条件的存在对球孔两侧的挤土位移有明显影响,且随着非轴对称边界倾角的增大,靠近倾斜边界侧的挤土位移也随之增大;球孔距自由边界的距离越大,自由边界对挤土位移的影响也越小。该解答对非轴对称边界条件下的静压沉桩以及相关扩孔问题的设计和施工具有一定的指导意义和实用价值。     

软基路堤拓宽静压PHC管桩挤土效应现场试验

PHC（prestressed high-strength concrete）管桩近年来被广泛应用。PHC管桩为挤土沉桩模式,沉桩过程引起的挤土效应对周围环境产生不利影响并对其可打性和承载特性有重要影响。结合广－清（广州至清远）高速公路扩建工程,通过现场监测超静孔隙水压力和土体水平位移,进行PHC管桩挤土效应研究。水平位移利用固定式测斜仪测量,孔隙水压力使用振弦式孔压计测量,并使用自动系统进行数据采集。研究发现,沉桩过程中引起的超静孔隙水压力变化随深度增加近似呈线性增长,水平方向随距离的增加而减小;挤土效应产生的土体水平位移随距离的增大而减小,随深度增加而减小;挤土效应滞后现象明显,可导致成桩后的桩体倾斜;拓宽地基场地上管桩施工对老路地基影响小,场地条件对沉桩挤土效应影响大,老路路堤对垂直于路基方向的水平位移有约束作用。     

沉桩挤土的防护措施及位移监测

在软土地区进行预制桩沉桩施工时，往往由于挤上效应造成邻近建筑物产生破坏。本文结合工程实例，提出通过采用取土卸压孔减少被保护建筑附近的挤土位移，结合信息化施工手段，是一种解决沉桩挤土效应的有效方法。本文还对土体位移监测成果进行了分析。     

矩形桩沉桩挤土效应透明土模型试验研究

矩形桩沉桩挤土效应与传统圆形截面桩不同,传统的理论模型和试验技术不适用于研究矩形截面桩沉桩挤土效应。基于透明土变形可视化技术,研究了矩形截面桩沉桩挤土的位移场变化规律。试验结果表明,矩形桩沉桩后,桩周可以分为两块区域：靠近矩形桩身的过渡区域,在此区域内挤土位移模式呈现非柱对称特征,过渡区半径约为4deq～5deq,远离桩身的圆孔扩张区域,该区域内挤土位移呈现柱对称特征。根据矩形截面桩的沉桩挤土试验,推导出了矩形桩截面的修正扩孔理论,并将理论计算的位移值与模型试验测量值进行对比,验证修正扩孔理论的合理性。     

新桩贯入对邻近再利用既有桩的影响

采用理论分析的方法,首先基于半无限土体中改进的球孔扩张理论,求解新桩沉桩挤土效应引起的土体位移场。然后将其作为已知条件施加于邻近既有桩,分析既有桩变形和内力变化规律,探讨既有桩桩端约束条件、桩身刚度及土体模量对既有桩响应的影响;同时结合数值分析,对本文理论方法进行验证。最后分析了新旧桩之间距离和新桩半径对挤土效应引起的既有桩变形和内力的影响。结果表明：桩端约束形式仅影响桩端附近桩身变形;随着新旧桩之间距离的增加,既有桩变形和内力显著减小;随着桩径的增加,既有桩变形和内力均逐渐增大。最后提出采用远离既有桩和采用长细桩的措施来降低新桩施工对既有桩的影响。     

桩承式加筋路堤三维土拱效应试验研究

桩承式加筋路堤受力性状比较复杂,土拱效应对路堤的承载变形性状具有重要影响。通过三维土拱效应模型试验,研究桩-土相对位移、路堤高度、桩帽净间距和水平加筋体拉伸强度等因素对桩土应力比及路堤沉降的影响。结果表明：土拱效应发挥程度与桩-土相对位移密切相关,存在一个临界桩-土相对位移使得桩土应力比达到最大值,该临界桩-土相对位移约为6～8 mm。路堤高度与桩帽净间距之比越大,桩土应力比越大,路堤顶面差异沉降越小;桩帽宽度与桩帽净间距之比越大,桩土应力比越大,路堤顶面差异沉降越小。设置水平加筋体能有效提高桩土应力比并减小路堤顶面沉降;路堤越低,水平加筋体对桩土应力比的提高作用及对路面沉降的减小作用越明显;水平加筋体拉伸强度越高,这种作用越明显。桩承式加筋路堤三维土拱效应等沉面高度与桩帽净间距之比约为3.5。     

现浇X形混凝土桩沉桩挤土效应现场试验研究

挤土型桩的挤土效应一直是工程界研究和关注的热点问题之一。结合南京长江四桥北接线段现浇X形桩软基处理工程,首次开展现浇X形混凝土桩（简称X形桩）沉桩过程现场试验,测得不同X形横截面方向、不同距离及深度处的水平位移、侧向土压力以及孔隙水压力的分布规律,研究X形桩挤土效应规律。研究结果表明,最大水平位移发生在桩顶,距离5倍等效桩径处的土体水平位移可以忽略不计;随着桩中心距的增加,挤土压力和孔隙水压力逐渐减小,并且尖角方向的挤土压力大于凹弧方向的挤土压力。现场试验数据为X形桩的布置形式以及桩间距的选择提供有力的设计参考依据。     

随钻跟管桩钻孔卸荷与后注浆效应的试验研究

为了克服管桩施工的挤土效应,研发了钻进成孔、同步沉桩和后注浆的嵌岩非挤土大直径随钻跟管桩。通过足尺寸原位试验,测试了钻孔沉桩和桩侧注浆施工引起的桩周土体变形及压力变化情况,分析了钻孔卸荷和后注浆效应沿水平方向和深度方向的变化规律,揭示了随钻跟管桩施工对桩周土体的扰动。此外,基于圆孔收缩理论提出了随钻跟管桩钻孔卸荷变形预估方法。研究表明,随钻跟管桩的施工扰动主要表现为钻孔卸荷效应和桩侧后注浆效应,钻孔卸荷使孔壁收缩3.5～18.9mm,后续的桩侧注浆使收缩变形恢复了28%～50%,部分消除了钻孔卸荷效应的影响。修正后的圆孔收缩理论,可预估钻孔卸荷引起的桩周土体径向位移及压力变化。与锤击/静压管桩及中掘法管桩的挤土效应相比,随钻跟管桩的钻孔卸荷效应小,在城市建筑和管线密集区域应用更具优势。     

考虑砂土地基预制桩侧向挤土影响的单桩承载力分析研究

预制桩的沉桩过程产生了对桩周土体的挤密作用,桩周土体的力学特性发生了相应的改变,这种改变会直接影响预制桩桩基础的承载力。利用有限元计算分析方法对砂性土地基预制桩沉桩过程进行了数值求解,得到了桩周土体的位移和应力变化规律;在应力路径控制的三轴试验中,模拟土体在受到预制桩沉桩影响的应力状态,试验研究了标准砂在再受荷载作用时的力学特性;在荷载传递法中,运用桩周土体性质的变化试验结果,进行了有限差分数值分析,得到了考虑和不考虑挤土作用的单桩P-S曲线。研究结果表明：预制桩的沉桩过程对桩周土中的径向和轴向应力都有明显的影响,对径向应力的影响大于对轴向应力的影响;挤土效应提高了桩周土的剪切模量值和强度,影响范围大致相当;考虑沉桩侧向挤土影响单桩承载特性有明显的提高,现行的预制桩设计偏于安全。     

有孔管桩单桩承载性状试验及分析

有孔管桩能够有效地加速超静孔隙水压力时空消散,减轻沉桩效应对周围环境的不利影响,但桩身开孔引起的应力集中现象会削弱桩体承载力。为探讨桩身开孔对管桩承载性状的影响,采用室内模型试验方法,在软土地基中开展无孔管桩和3种不同布孔方式的有孔管桩单桩静载荷试验,对竖向荷载下引起桩顶沉降及桩身不同位置的应变进行了监测和分析,获得了各种管桩的Q-s曲线、桩身轴力及桩侧摩阻力的分布规律。对比分析可知,星状开孔有孔管桩的桩身轴力削弱情况最小,双向对穿有孔管桩的桩侧摩阻力最大。     

开口管桩高频振动贯入过程的ALE有限元分析

任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法吸取了拉格朗日和欧拉法的优点,避免了常规有限元中拉格朗日方法的网格畸变问题,适用于开口管桩高频振动贯入过程的计算分析。采用ALE有限元方法,建立开口管桩高频振动贯入过程的数值模型,对沉桩过程中挤土效应、桩侧阻力和土塞效应的变化规律进行了详细研究。研究结果表明:挤土应力主要沿径向传播,且深层土体受到的挤土应力比浅层土体大;水平挤土位移随管桩贯入深度的增加而增大,而最大水平挤土位移与管桩贯入深度存在累积效应;挤土效应的影响范围约为10倍管径,因此在施工过程中要给以足够重视;桩外侧摩阻力随贯入深度增加呈近似线性增长,桩内侧摩阻力随贯入深度增加而呈非线性增长,增长速率随贯入深度增加而逐渐增大;管内土塞处于不完全闭塞状态,土塞程度由完全非闭塞向部分闭塞过渡。此外,研究了土体模量、桩土界面摩擦系数、振动频率和桩径对土体位移的影响。     

静压沉桩引起邻近隧道水平位移计算方法研究

静压沉桩过程中会产生强烈的挤土效应,使得桩周土及邻近的地下电缆隧道产生扰动变形,如果变形过大,可能破坏隧道的防水结构,造成隧道渗漏水,严重影响隧道的正常使用及安全。在圆柱孔扩张理论及基床系数法的基础上,研究了饱和软土地区静压沉桩作用下周边地层及邻近既有电缆隧道应力及水平位移的理论计算方法;考虑群桩效应,推导了单排群桩施工造成邻近既有电缆隧道水平位移的理论计算方法,并研究了群桩效应影响系数的取值范围;最后,开展了实际工程的理论计算和数值模拟。研究结果表明：提出的方法可方便计算出单桩及单排群桩施工造成的邻近既有电缆隧道的水平位移,计算结果与数值模拟结果吻合性良好。研究可为有邻近桩基施工时电缆隧道的扰动预测及保护提供参考。     

基于模型试验的静压群桩引起的土体变形分析

以往对沉桩挤土效应的研究主要集中于单桩或双桩,对群桩挤土效应分析较少。基于室内模型试验,分析了群桩压入软土后土体的变形情况,得到了沉桩过程中及压桩后土体侧向位移、竖向变形和土层表面隆起变化的规律。认识到单桩侧向挤土位移随着距桩边距离的增加而以近似对数规律衰减,群桩压入后土体水平侧移和地表隆起是不断累积的,存在着已压入桩的遮帘作用,而且桩施工顺序对土体位移起到了关键作用,应该在实际工程中得到重视。     

Numerical Simulation of Soil Squeezing Effects of a Jacked Pipe Pile in Soft Foundation Soil and in Foundation Soil with an Underlying Gravel Layer

A three-dimensional finite-element analysis was carried out using ABAQUS to evaluate the squeezing effects of a prestressed high-strength concrete (PHC) pipe pile, including land upheaval, lateral soil displacement, and soil stress field with depth-varying during pile-sinking. Field data used in the analysis were obtained from the settlement building project in Hefei City, Anhui Province, China. In coastal areas of China, PHC pipe piles are normally used for reinforcement of soft foundation. The changes of displacement with the increase of soil depth and radial distance during pile-sinking are simulated for both soft foundation and soft clay with an underlying gravel layer. The numerical simulation results show that there is little difference in land upheaval with soil depth during pile-sinking, and the obvious land upheaval occurs within 0.8 m from the center of the pile. The lateral soil displacement is evident within the area of 1.0 m from the axis of the PHC, decreases with the increase of radial distance during pile-sinking, and becomes negligible beyond 4.0 m. The existence of the gravel layer helps reduce soil squeezing substantially, and the soil squeezing effects during pile-sinking have less influence on the surrounding area of foundation with a gravel layer than that in a soft foundation soil without gravel layer.     

静力压桩挤土效应的防治措施探析

静压压桩具有低噪声、无振动、工期短、单桩承载力质量可靠等特点,但在施工过程中易产生挤土效应,对周围的工程地质环境造成不良影响：诸如使桩周围土体产生相当大的竖直隆起和水平位移,使邻近已压入的桩产生上浮,桩位偏移等。通过分析河（海）相、土台阶地及冲洪阶地的地基特点,对静力压桩时挤土效应及其施工时对周围环境的影响规律进行了总结,指出河（海）相沉积的阶地和土台阶的挤土效应影响量较小,冲洪阶地的静力压桩的挤土效应影响程度较严重,并根据不同情况,提出了相应的预防措施,为今后该地区静力压桩的施工提供参考依据。     

黏土中自升式钻井船插桩对邻近桩基影响的分析方法

自升式钻井船是广泛用于浅、中水域油气资源开发的重要设施,经常紧邻固定式导管架平台进行作业。钻井船插桩就位过程中大量土体被排开,挤土效应会导致邻近导管架平台桩基承受很大的附加荷载,影响平台的正常设计性能,该效应在黏土中尤为显著。针对黏土中钻井船插桩对邻近桩基的影响这一实际问题,现有规范和分析方法存在明显不足。为此,建立了一套数值分析方法,把这一复杂问题分解成相对独立、简单的两个方面进行分析：一是采用任意拉格朗日-欧拉（ALE）数值方法,计算自由场地插桩周围土体产生的位移场;二是利用桩基水平力与位移关系曲线,即P-Y曲线,采用杆系-土弹簧的传统方法计算土体位移产生的桩体加载。通过与已有离心试验数据的比较,验证了该方法的可靠性和适用性。研究揭示了自由场地土体的变形模式和流动机制,阐明了由于插桩邻近桩基产生的附加荷载变化规律,特别是发现了黏土变形参数 对插桩引起的自由场地土体位移场有显著影响,但对插桩引起的桩基加载影响较小。最后,针对导管架对桩基的桩头约束条件和插桩及导管架自身对桩基的线性叠加加载适用性问题给出了详细说明。