打设排水板后饱和软黏土中打桩引起的孔隙水压力分布及消散规律

通过池州电厂预制桩现场试验,介绍了在打设塑料排水板后,饱和软黏土中打桩引起的土体超静孔隙水压力分布及消散规律,分析了影响土体超静孔隙水压力分布和消散的影响因素。试验结果表明,饱和软黏土中预制桩施工桩距宜大于 3 m,时间间隔为6～8 h,预制桩施工的控制参数为超静孔隙水压力与上覆土体有效自重之比不大于1。     

静压桩极限承载力的时效分析

通过隔时复压等试验表明,静压桩的极限承载力随时间呈双曲线增大.静压桩时效性机理主要是触变恢复效应和固结效应.引入时间参数分析在粘土中沉桩时所引起的超静孔隙水压力,给出了考虑固结效应的超静孔隙水压力的解.考虑不确定性和模糊性的特点,根据静压桩的压桩力,推算桩的极限承载力,并给出了一种计算方法.     

有明黏土中搅拌桩施工时的孔隙水压力

深层搅拌桩施工时,固化剂的注入与叶片的搅拌作用不可避免地会扰动周围土体,改变桩周土体中的应力状态,产生超静孔隙水压力。在高灵敏性的日本有明黏土中搅拌桩施工时对周围土体中的孔隙水压力进行了现场监测。监测结果表明周围土体中产生了很高的超静孔隙水压力,其量值较土体的初始上覆压力还要大,使土体中的有效应力为零,处于张拉状态,但是该超静孔隙水压力在初始阶段消散得非常快。为分析施工引起的超静孔隙水压力,将搅拌桩施工时和周围土体的相互作用采用受剪的孔穴扩张过程来模拟,提出一种简单的方法来计算搅拌桩施工时周围土体中的超静孔隙水压力,同时考虑了固化剂注入时的膨胀压力与旋转叶片在搅拌时所产生的剪切力的作用。超静孔隙水压力由土的不排水抗剪强度、剪切力、注浆压力和孔隙压力系数所确定。所提出的计算方法得到实测数据的验证。     

混凝土芯砂石桩的单桩承载力时间效应分析

在饱和软黏土地基沉桩过程中,挤土桩桩周土体将遭受相当大的挤压应力并引起很高的超静孔隙水压力,桩周土体超静孔隙水压力的消散,使桩周土体有效应力相应地增长,单桩承载力在间歇期内也会随着时间而逐渐增加。基于挤土桩沉桩过程所产生的挤土效应,运用圆孔扩张理论和固结理论分析了新型软基处理技术-混凝土芯砂石桩的挤土性状,并与软基处理中常用的CFG桩作了比较,从单桩侧摩阻力的时间效应方面分析了混凝土芯砂石桩的优越性。     

考虑挤土和群桩效应的预制桩安全监控模型

在深入分析密集型静力压入式预制桩挤土效应和群桩效应的机理和不利影响的基础上，建立了确保地基土不因挤土效应而破坏的孔隙水压力监控模型，优化压桩线路和次序的超静孔压监控模型，确保基桩不因桩周土隆起而被拔断的基桩轴力监控模型，确保基桩不因挤土效应而产生弯折破坏以及桩间土不因群桩效应而产生剪切破坏的桩侧土压力监控模型。实测数据表明，在没有采取有效的降排水和卸压预防措施时，沉桩施工容易导致地基土强度失效和基桩拔断破坏。采取袋装砂井排水和碎石桩式降水井降水后。即使是透水性差的软土地基。也可使较大的超静孔压在1d时间内消散70％。     

饱和软土地基中PHC群桩贯入过程的能量耗散模型

软土地基中群桩稳定性分析是岩土工程的难点之一.通过对饱和软土地基中群桩贯入全过程的力学分析, 结合群桩效应与工作性能, 根据功能平衡原理, 建立了贯入过程中附加应力(含超静孔隙水压力)引起的耗散能量与外力做功、弹性势能三者的平衡关系; 同时, 针对饱和软土地基中高预应力管桩(PHC)的排土特性, 结合现行桩基规范, 分别给出了超静孔隙水压力势能、挤土耗散能、重力做功、超静孔隙水压力做功、摩擦耗能、土体弹性势能等的定量表达, 构建了PHC群桩贯入过程的能量耗散模型; 在此基础上, 导出了局部能量安全系数与整体能量安全系数.将上述模型应用于某工程PHC群桩基础的稳定性分析中, 并与数值模拟结果对比, 验证了该模型的合理可靠性, 对饱和软基中PHC群桩稳定性状态的判别具有一定指导意义.      

考虑超静孔隙水压力消散的管桩承载力时效性研究

沉桩引起的超静孔隙水压力消散是产生管桩极限承载力时效性的主要因素之一。结合天津东疆保税港区物流加工区二期工程,利用有限元模拟分析沉桩后超孔压的消散规律及管桩的极限承载力随时间变化的规律,提出吹填土中管桩时效承载力公式供工程参考使用,并进行吹填土现场各测点沉桩过程及沉桩后孔隙水压力的监测,验证模拟结果的同时探讨超静孔隙水压力的分布及消散规律。模拟得到沉桩后桩底超孔压随时间消散, 20d后消散率达到97%; 管桩的时效承载力随时间增长,并与超孔压的消散有着明显的对应关系; 得到吹填土中管桩承载力的时效公式以供工程参考使用。现场孔压监测表明深度增加,超孔压增大; 离桩越近,超孔压越大; 土层渗透系数越小,超孔压消散越慢。施工对土体的有效影响范围为9~10倍桩径。     

深层搅拌桩周围土体劈裂的研究与分析

现场测试结果表明：深层搅拌桩施工可以在周围土体中产生很高的超静孔隙水压力,其量值可能超过土体的静水劈裂压力。搅拌桩施工时和周围土体的相互作用可以用受剪的孔穴扩张过程来模拟。针对搅拌桩施工引起的周围土体的劈裂现象,提出了一种基于拉伸破坏原理的劈裂分析方法。分析结果表明：搅拌叶片的旋转对桩周围土体的劈裂起着很重要的作用。通过室内模型桩打设试验可以观测到搅拌桩周围土体的劈裂现象。分析现场搅拌桩施工时桩周土体中的孔隙水压力测试结果,表明现场施工可以引起劈裂。劈裂裂缝对于搅拌桩的性状有如下两方面的正面作用：其一,水泥浆体可以流入劈裂裂缝;其二,超静孔隙水压可以通过劈裂裂缝快速消散。这两者的作用加快了受扰动的周围土体的强度恢复。     

沉桩挤土对孔隙水压力影响的试验研究

软粘土层深厚的地区进行预制桩沉桩将产生超静孔隙水压力的累积,过高的超静孔隙水压力使周围土体及建筑、地下管线等产生较大的变位,甚至产生破坏。以一次沉桩引起的超静孔隙水压力的原型试验,表明,单桩沉桩显著影响范围可达15m,沉桩引起的超静孔隙水压力水平可以达到甚至超过上覆有效土压力,并出现两个不同的相对稳定水平阶段。     

粉土与粉质黏土互层中静压桩桩土界面孔隙水压力

为研究层状黏性土在静压桩沉桩过程中桩土界面孔隙水压力的分布规律,依托山东东营某桩基工程开展了现场足尺静压桩试验,分析了桩土界面孔隙水压力的变化规律,探讨了桩土界面超孔隙水压力的分布特征,明确了桩土界面孔隙水压力和超孔隙水压力的消散特性,并结合水力压裂理论和孔穴扩张理论,揭示了沉桩过程中桩土界面沿桩长方向超孔隙水压力的分布形式。试验结果表明：孔隙水压力、超孔隙水压力与土层性质密切相关,二者均在粉土层中增长较慢,在粉质黏土层中增长较快;在同一深度处,两者均存在明显的消散现象,在粉土中的消散程度明显大于粉质黏土中;采用水力压裂理论结合孔穴扩张理论计算的超孔隙水压力沿桩长方向的变化规律与试验值相吻合;桩身贯入深度越大,超孔隙水压力理论计算值与现场实测值越接近。     

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。     

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.     

抗液化排水刚性桩沉桩过程的土压力响应

抗液化排水刚性桩是一种将刚性桩与竖向排水体相结合的新桩型。基于某建筑桩基工程,开展了抗液化排水刚性桩和不含排水体的普通刚性桩的沉桩对比现场试验,采用了动态土压力传感器实时监测沉桩过程中桩周土体内产生的土压力响应,对比了排水桩与普通桩沉桩对桩周土体水平方向应力及有效应力影响的差异。试验结果表明：抗液化排水刚性桩能够有效减小沉桩过程对桩周深部可液化土体的扰动,在桩身近侧（距桩心0.6 m）深部埋深（-15 m）位置,排水桩的水平土压力响应峰值仅为普通桩的1/4;排水桩能够有效降低沉桩对可液化土层有效应力的影响,使桩周土体更加稳定;在单次沉桩过程中,对于浅部埋深（-5 m）,排水桩对桩周土压力峰值的影响作用较小,对于存在可液化土层的深部埋深（-10、-15 m）,排水桩对土压力峰值的有效影响半径可达4倍桩径。现场试验数据为抗液化排水刚性桩的桩间距选择提供了有力的设计参考依据。     

小截面静压预制桩的现场试验及其应用研究

小截面静压预制桩具有许多优点，能适应山区土层分布不均的地质条件，有着广阔的应用前景。但目前其压桩的终压力估算、承载力的计算方法尚有待于进一步的深入研究总结。根据一个小截面静压桩基工程的现场试验，研究了压桩机理、压桩阻力估算及承载力计算等问题，在总结前人的研究方法与成果的基础上，指出其局限性，并提出应进一步开展的研究方向。     

沉桩超孔隙水压力对码头边坡稳定的影响

沉桩会对码头边坡稳定产生不利影响,一是引起桩周土体超孔隙水压力的急剧上升,导致土体有效应力降低;二是沉桩的振动加速度会产生对边坡稳定不利的瞬时惯性力。对于灵敏度低的土质岸坡来说,前者是影响其稳定性的主要因素。考虑沉桩时初始超孔隙水压力的分布,根据Biot固结方程超孔隙水压力消散解的一般表达式,建立了沉桩引起的超孔隙水压力随时间消散的解析式,在条分法的基础上考虑沉桩产生的超孔隙水压力的不利影响,建立了沉桩时边坡稳定安全系数的计算公式。根据沉桩顺序对某码头进行边坡稳定分析,结果表明：考虑打桩作用的岸坡稳定安全系数明显降低,沉桩产生的超孔隙水压力逐渐消散,边坡稳定安全系数随沉桩工序历时变化,施工中期由于超孔隙水压力叠加,岸坡最危险,沉桩结束3个月以后,超孔隙水压力基本消散,边坡稳定安全系数接近不考虑沉桩时的值。工程中要根据打桩计划进行边坡稳定计算。     

A non‐linear coupled finite element–boundary element model for the prediction of vibrations due to vibratory and impact pile driving

This paper presents a non‐linear coupled finite element–boundary element approach for the prediction of free field vibrations due to vibratory and impact pile driving. Both the non‐linear constitutive behavior of the soil in the vicinity of the pile and the dynamic interaction between the pile and the soil are accounted for. A subdomain approach is used, defining a generalized structure consisting of the pile and a bounded region of soil around the pile, and an unbounded exterior linear soil domain. The soil around the pile may exhibit non‐linear constitutive behavior and is modelled with a time‐domain finite element method. The dynamic stiffness matrix of the exterior unbounded soil domain is calculated using a boundary element formulation in the frequency domain based on a limited number of modes defined on the interface between the generalized structure and the unbounded soil. The soil–structure interaction forces are evaluated as a convolution of the displacement history and the soil flexibility matrices, which are obtained by an inverse Fourier transformation from the frequency to the time domain. This results in a hybrid frequency–time domain formulation of the non‐linear dynamic soil–structure interaction problem, which is solved in the time domain using Newmark's time integration method; the interaction force time history is evaluated using the θ‐scheme in order to obtain stable solutions. The proposed hybrid formulation is validated for linear problems of vibratory and impact pile driving, showing very good agreement with the results obtained with a frequency‐domain solution. Linear predictions, however, overestimate the free field peak particle velocities as observed in reported field experiments during vibratory and impact pile driving at comparable levels of the transferred energy. This is mainly due to energy dissipation related to plastic deformations in the soil around the pile. Ground vibrations due to vibratory and impact pile driving are, therefore, also computed with a non‐linear model where the soil is modelled as an isotropic elastic, perfectly plastic solid, which yields according to the Drucker–Prager failure criterion. This results in lower predicted free field vibrations with respect to linear predictions, which are also in much better agreement with experimental results recorded during vibratory and impact pile driving. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

Influence of pile installation on adjacent structures

Pile installation leads to significant changes in the main state variables of the surrounding soil. In addition, the installation process may have an influence on adjacent or intersecting structures such as pile grillages. In this paper, three‐dimensional numerical analyses are presented to investigate the effects of pile driving with open or closed cross‐sections on the surrounding soil and on adjacent structures. Two different installation methods are used: quasi‐static pile jacking and vibratory pile driving. The numerical models are evaluated and verified using data from field tests performed in situ during the construction of the quay wall at the container terminal CT4 in Bremerhaven. Two case studies are presented to characterize the main influence factors for additional loading on adjacent structures due to pile installation. Finally, a parametric study is conducted showing the influence of the installation method, pile cross‐section and distance of a pile from an existing structure on the additional loading for this structure. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

FBG-BOTDA联合感测管桩击入土层模型试验研究

管桩施工过程中常出现桩身裂缝、爆桩等病害。将具有实时动态监测功能的布拉格光纤光栅（FBG）准分布式光纤传感监测技术和具有分布式监测功能的布里渊散射光时域分析技术（BOTDA）联合应用到管桩打入过程中的监测,提出了分布式光纤传感技术数据处理方法,设计了管桩打入过程的模型试验。试验结果表明,FBG传感技术能够较好地动态监测打入过程中桩身应变变化特征,反映桩身不同部位随不同深度应变变化规律;BOTDA分布式光纤传感技术能够较好地监测管桩在打入过程中暂停（接管）状态下桩身应变变化特征;根据应变变化分析管桩受偏心荷载程度,分析管桩是否出现裂缝、破坏等病害,研究管桩打入过程中桩土作用规律。试验结果还表明,FBG联合BOTDA光纤监测技术在管桩打入过程中监测管桩质量具有广阔的技术优势和应用前景。     

基于二次抛物线型强度包络线的管桩挤土效应分析

假定管桩在沉桩时的挤土过程是一个圆柱形孔扩张过程。基于具有抛物线型强度包络线和圆孔扩张理论对管桩的挤土效应进行分析研究。分析了桩周土体周围土体的弹塑性力学行为,得到应力场和位移场等的表达式,并求得其塑性区半径、孔内最终压力。其结果可以为管桩工程问题提供理论依据。