灌注桩套管高频振动贯入过程中挤土效应研究

随着全套管振动取土灌注桩施工工艺的发展,灌注桩在工程中的应用越来越广泛,但关于灌注桩套管高频振动贯入机制,特别是套管贯入引起的挤土效应研究还不全面。全面介绍了套管高频振动贯入全过程的有限元-无限元耦合模型的建立过程后,对地表隆起、土体侧移及超孔隙水压力等挤土效应的变化规律进行了详细研究。研究结果表明：水平向的挤土位移随套管贯入深度的增加而增大,竖向挤土位移随着套管贯入深度的增加,浅层土表现为隆起量增大,而深层土表现为下沉量增大;最大挤土位移与套管贯入深度存在滞后效应;浅层土体的隆起为水平向应力加载引起竖向应力增加所致,且隆起分界面深度随着动力荷载幅值增大而增大,随振动频率的增大而减小;超孔隙水压力随套管贯入深度增加而增大,随径向距离增大呈指数型衰减。     

灌注桩套管振动贯入引起的地面振动及隔振研究

随着全套管振动取土灌注桩施工工艺的发展,灌注桩在工程中的应用越来越广泛,但关于灌注桩套管振动贯入机制,特别是套管贯入引起的地面振动研究还不全面。在全面介绍了套管振动贯入全过程的有限元-无限元耦合模型的建立过程后,对套管振动贯入引起的地面振动规律及施工安全距离进行了详细研究。采用正交试验与数值模拟相结合的正交有限元法评价了各因素对施工安全距离的影响程度。研究结果表明:套管贯入过程中,地面振动主要沿水平向;在套管贯入初期,地面不会产生水平向峰值速度,当套管贯入到振动临界深度时,地面产生水平向峰值速度;地面水平向峰值速度随径向距离增大呈指数型衰减;施工安全距离随动力荷载幅值、接触面摩擦系数增大而增大,随振动频率、土体模量增大而减小。研究了隔振沟的填充材料、深度和宽度对隔振效果的影响,结果表明,无填充料的隔振沟隔振效果最好;隔振沟的宽度对隔振效果影响不大,其深度对隔振效果影响显著。     

大直径贝诺特桩套管上拔机制分析

目前关于贝诺特桩套管沉拔机制的研究,主要针对套管贯入过程,而对高频振动上拔套管机制的研究还不全面。采用任意拉格朗日-欧拉耦合大变形有限元ALE方法,建立套管高频振动上拔的有限元-无限元耦合模型,对套管高频振动上拔机制进行详细研究。结果表明,套管高频振动上拔过程可分为缓慢和快速上拔两阶段。在套管振动上拔过程中,土体位移、应力、孔隙比和超孔隙水压力均在管端附近突变,靠管心愈近变化愈明显。分析土体参数(土体弹性模量和管-土间摩擦系数)和振动锤参数(激振频率和激振力)对振动上拔套管的影响。土体较软、管土摩擦作用较强时,土体位移和应力变化越显著。振动锤参数仅影响套管上拔速度与土体质点速度,对土体位移和应力影响甚微;振动频率接近地基固有振动频率时,上拔阻力最小,振动振率越大,振动影响范围越小。     

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。     

钻孔灌注桩施工对邻近运营隧道变形影响研究

桩基施工将引起周边地层位移和邻近隧道结构变形,以南京龙津桥改建项目桩基工程为背景,通过现场实测,分析研究钻孔灌注桩施工全过程各工况条件对地层位移场和邻近既有隧道结构变形的影响规律。结果表明:由于钢套管的护壁作用,钻孔灌注桩施工过程中产生的最大地层位移和隧道结构变形较小,说明采用“钢套管边旋压边取土”、“群桩间跳施工”等工艺,对周围土体扰动影响程度较小,建议近隧桩基工程采用全套管灌注桩的施工方法,监测分析结果可为类似工程提供技术参考。     

护壁套管钻孔灌注桩微扰动施工分析

在上海轨道交通9号线盾构隧道的近距离钻孔灌注桩微扰动施工中,预先将护钢套管旋压至超出隧道底部约3 m后,再用泥浆循环方法进行取土成孔。实测结果表明,由于钢套管的护壁作用,钻孔灌注桩成孔时在钢套管位置几乎不存在地层损失;随着钢套管旋入深度的增加,管内土体的堵塞程度越来越严重,当钢套管旋压至隧道轴线以下位置时发生相对较严重的土体挤压,导致隧道上浮,并发生竖椭圆收敛变形。为减小护壁套管旋压过程中对既有地铁隧道的影响,建议在钢套管旋入过程中同时取出套管内部分土体。     

美国ASTM规范下标贯成果在尼罗河地质勘察中的应用

标准贯入试验是现场测定土体工程性质的重要原位试验,是现场快速判定土体密实度的重要依据,具有及时、可靠、经济等特点,在地质勘察中被广泛的应用。本文通过介绍标准贯入试验的基本原理和设备,比较了英国规范、美国ASTM规范和我国岩土工程勘察规范之间标准贯入试验的差异,介绍了标准贯入试验所适用的经验公式,结合在美国ASTM规范指导下具体的工程实践结果,应用标准贯入试验的结果分析了苏丹国尼罗河Dagash流域内的土体工程性质,对比钻探所得土样和袖珍贯入测力计试验结果,验证了标贯结果的正确性。     

全套管护壁与泥浆护壁灌注桩成孔效益比较

通过对 2幢相邻高层建筑物桩基础的比较分析 ,证明全套管护壁成孔比传统的泥浆护壁成孔大口径钻孔灌注桩在承载力、钻孔质量、经济效益等方面具有明显的优势 ,在实际工程中值得大力推广。     

静压套管护壁大口径钻孔灌注桩技术的研究与应用

介绍了静压套管护壁大口径钻孔灌注桩技术,通过理论计算、现场试验和工程实践,得出了该技术可以充发发挥地基土的承载力,不会因排放或倾倒泥污染环境,能取得明显的经济效益和社会效益,可在工程建设中广泛推广应用的结论。     

扁铲探头贯入干砂的位移特征试验研究

扁铲侧胀试验（DMT）已在国内外岩土工程勘察、地基加固效果评价等领域中得到广泛应用。DMT的测试过程在扁铲探头贯入到测试位置后进行,因此探头的贯入过程对土体造成的扰动在一定程度上将直接影响测试结果。目前关于扁铲探头的贯入机理,以及贯入过程可能引起的土体扰动及其对测试结果的影响尚未研究清楚。通过室内模型试验手段,进行扁铲探头贯入不同初始密实状态下均质干砂的试验研究,分析了探头贯入过程中产生的土体位移场分布特征。试验结果表明:扁铲探头的楔形部和膜片所在的侧胀部贯入产生的挤压作用是引起土体变形扰动的主要原因;探头楔形部的贯入过程表现为向下和向斜侧面挤压土体,竖向位移量很小,产生向两侧扩展为主的扁状位移场,而探头侧胀部的贯入过程主要表现为向两侧面水平向挤压土体,产生半椭圆状水平位移场且分布范围明显更大,同时探头侧面表现为一定的剪切作用而产生较窄范围的竖向位移场。另外,扁铲探头贯入干砂产生的位移场受砂土初始密实状态的影响较小,主要表现为探头楔形部周围的位移场分布范围随密实度增大而扩大。     

锚杆静压桩技术在既有建筑物增设地下空间中的应用

运用锚杆静压桩技术在既有建筑物中增设地下空间是可行的,一方面可利用既有建筑物的自重荷载作为压桩的反力,另一方面将压好的桩作为临时托换构件支撑的既有建筑物,建筑物下方的土体才可以开挖。对于黏性土,采用逐根压桩的方案,把所有桩压至设计标高后,待超孔隙水压力消散,才开挖承台下的土体。对于砂性土,可以边开挖土方边压桩,通过控制压桩和挖土速度,很好地控制建筑物的沉降。桩身四周的土体开挖后,其稳定性按照自由长度较大的高承台桩的模型进行分析。锚杆静压桩的压桩阻力是根据土层动力触探的指标确定的,锚杆静压桩的数量根据使用阶段、施工阶段的荷载以及桩身自由段的屈曲稳定性综合确定。按照新旧混凝土界面初始滑移承载力,进行承台的抗冲剪设计是有足够的安全储备的,此时冲剪承载力由几个斜向混凝土柱承担,而承台的下部受拉。锚杆静压桩之间的沉降差会在上部结构中产生附加内力,影响到结构安全。沉降差的计算采用分层总和法,计算时应考虑桩身的重力荷载、桩顶集中荷载等产生的附加应力以及土体开挖附加应力的减少。     

Field measurements regarding the influence of the installation method on soil plugging in tubular piles

Soil plugging in open-ended piles leads to an increase in compressive bearing capacity but also influences pile driving resistance. Many different factors affect the tendency for soil plugging, for example, pile diameter, penetration depth and installation method. In this paper, the influence of the installation method on soil plugging is investigated. In situ measurements during the installation of two instrumented tubular piles are carried out to investigate the internal and external stresses acting on the pile during the installation process. Furthermore, the cone penetration resistance inside one pile is measured during the installation, and the accelerations and strains at the pile head are monitored to predict the bearing capacity. The installation method is varied between vibratory and impact pile driving. The results show that a significant increase in horizontal stresses inside the pile occurs during impact driving which leads to the conclusion that a soil plug is formed. During vibratory pile driving, no stress increase was observed.     

Pile driving by numerical cavity expansion

A cavity expansion procedure for the simulation of pile driving is presented and assessed in this paper. The analysis uses a non-linear finite-element model and the penetration of the pile into the soil is simulated by a radial opening of the soil around the pile. The case of a pile advanced by expansion will be compared to a similar pile subjected to computational driving (referred to, respectively, as ‘expanded’ and ‘driven’ piles for convenience). The state of stress and deformation, and the evolution of pore-water pressure in the soil will be monitored for the expanded and driven piles. Further computational driving will be applied to both cases and the pile response and soil resistance will be compared. The computational cost of advancing the pile by expansion will finally be investigated. Copyright © John Wiley & Sons, Ltd.     

海岸带特殊地质条件下双排钢板桩适用性案例分析

双排钢板桩结构是由两排钢板桩、桩间土和拉杆组成的挡土、止水复合结构,由于其较土石围堤占地面积小、施工速度快,较钢板桩整体性好,抗地震和波浪等动力稳定性好,在水利、水运、海岸工程中广泛应用。但由于钢板桩受地质条件影响较大,其使用效果和投入成本不尽相同。本文重点搜集和调查了国内外海岸带工程中使用双排钢板桩的工程案例,分别针对岩溶发育的岩性地基,高渗透性的砂性地基和深厚淤泥质软土地基对双排钢板桩的性能影响和设计约束进行分析。结合原有地质条件和设计资料,采用有限元软件补充计算分析,分析研究在各种不同类型的工程地质条件和水文条件下双排钢板桩的应用效果,总结双排钢板桩在海岸带不同工程地质条件下的适用性。发现在岩溶发育地层施工双排钢板桩需要防止打桩造成垂直度差和岩溶连通性带来的渗漏问题;在砂土地层需要防止钢板桩倾斜变形造成锁扣止水性能劣化,进而导致渗漏水甚至出现流砂;在淤泥地层施工时打入桩施工和桩身止水性能都能得到保证,但可能发生较大桩身整体变形,同时应考虑内侧坑底加固以避免踢脚稳定性破坏。本文的研究对发展海岸带生态工程地质和沿海韧性水工建筑物具有工程指导价值。     

A study of the effect of driving on pre‐bored piles

A finite element model for pile‐driving analysis is developed and used to investigate the behaviour of pre‐bored piles, which are then driven the last 1.25 or 2.25 m to their final design depth. The study was conducted for the case of saturated clays. The model traces the penetration of the pile into the soil and accommodates for large deformations. The non‐linear behaviour of the clay in this study is predicted using the bounding‐surface‐plasticity model, as applied to isotropic cohesive soils. The details of the 3‐D numerical modelling and computational schemes are presented. A significant difference was observed in the pile displacement during driving, and in the computed soil resistance at the pile tip, particularly at the earliest driving stages. No difference in soil resistance at the soil pile interface along the pile shaft was detected between the pre‐bored piles whether driven 1.25 or 2.25 m. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

大直径超长桩打桩过程中桩周土体的疲劳与强度恢复

大直径超长桩的出现给海上的打桩施工增加了难度和复杂性,也使得打桩分析和预估锤击数具有重要的意义。研究表明,当连续进行打桩施工时,桩长时间连续运动导致桩侧土体强度降低,土体产生了疲劳,沉桩相对容易,使得桩体的贯入度与锤击数较预测偏低;当施工停止一段时间后,土体固结排水,强度得到恢复甚至提高,导致继续打桩时难度增加,锤击数增高或出现无法继续贯入的现象。结合一维应力波动理论、桩-土相互作用模型、土体的有效应力原理和固结理论,提出了模拟土体疲劳和强度恢复的数值分析方法,对采油平台的桩基工程进行了打桩分析,计算结果与实测数据吻合较好,说明提出的数值模拟方法具有可靠性。     

软黏土中PHC管桩打入过程中土塞效应研究

当开口管桩打入土层中,土体进入桩内形成土塞,土塞效应对桩的打入特性和承载能力具有重要影响。基于上海典型软土地基中长PHC桩的现场试验,统计分析3个不同场地共44根桩打桩过程中的土塞数据,探讨软土地基中PHC桩打桩过程中土塞长度与内径之比、土塞增量与桩打入深度增量之比(IFR)随打入桩长与内径之比变化的规律,并线性拟合出土塞增量与桩打入深度增量之比与土塞高度和桩打入深度之比(PLR)的经验公式。研究表明,大部分PHC桩在打桩过程中,土塞部分闭塞,桩从浅部较硬土层打入较软土层,IFR值减小,土塞闭塞作用大;桩从较软土层打入深部较硬土层,IFR值逐渐增大,土塞闭塞作用小,且土塞长度增量与桩打入深度增量之比与土塞长度与桩打入深度之比基本呈线性关系。     

钢板桩施工振动现场监测分析

本文采用自主设计的地面振动加速度监测系统对3个不同土性场地的钢板桩施工进行了现场监测,分析了钢板桩施工过程中的地面振动峰值加速度和振动频率特性,并探讨了振动衰减规律及对周边建筑物的影响。研究结果表明:土的强度对钢板桩施工振动的影响显著,钢板桩在低阻力土体中的贯入速率快,地面振动响应弱,而在高阻力的土体中贯入速率慢,地面振动相对大很多;钢板桩施工引起的地面径向和切向加速度在同一深度比较接近,且随着深度的增加有增大的趋势;振源距离和土性对钢板桩施工引起的地面振动主频率影响不大,地面振动主频率与桩锤施工频率之间呈较好的线性正相关关系;钢板桩施工振动在距振源4 m范围内衰减迅速,其施工对周围建筑物的最小安全距离要远小于挤土型桩基的施工。