（岩土工程专业论文）用单桥静力触探资料模拟计算压桩力和承载力.pdf

c i a s s i f i e di n d e x ：工世垒z 圣：】 u d c ： 洲l l i l i l i i | | l i i l i i i l l i i i l i i i i l l i m i y 18 0 2 915 d i s s e r _ 【a t i o nf 6 rt h em a s t e rd e g r e ei ne n g i n e e r i n g c a l c u l a t i o no f t h ei n s t a l l a t i o nr e s i s t a n c ea n d b e a r i n gc a p a c i t yu s i n gt h ed a t a o fc p t ( s i n g l e b r i d g e ) c a n d i d a t e ：s u nw e n l a i s u p e n r i s o r ：p r o z h a n gm i n g y i a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df - o r ：m a s t e ro f e n g i n e e r i n g s p e c i a l 锣： g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g d a t eo fo r a ie x a m i n a t i o n ：d e c e m m b e r2 0 0 9 u n i v e 体i 够：q i n g d a ot e c h n o l o g i c a lu n i v e r s i t y 硕士学位论文 用单桥静力触探资料模拟计算 压桩力和承载力 学位论文答辩日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 主盘必坠 一益1 1 红喜 ! 垫盛 青岛理工大学工学硕士学位论文 目录 摘要“i a b s t r a c t ”i i 第1 章绪论1 1 1 本课题的来源1 1 1 1 静压桩的优势1 1 1 2 本课题的来源1 1 2 静压桩的研究现状2 1 2 1静压桩的发展概况：2 1 2 2 静压桩在国内外的研究现状4 1 3 静力触探的研究现状6 1 3 1静力触探的特点6 1 3 2 静力触探的国内外研究现状7 1 4 本课题的主要研究内容、研究方法及研究意义1 0 1 4 1本课题的主要研究内容l o 1 4 2 本课题的研究方法l l 1 4 3 本课题的研究意义1 1 第2 章静力触探和静压桩的贯入机理1 2 2 1 贯入机理分析1 2 2 1 1 承载力理论1 2 2 1 2 圆孔扩张理论1 3 2 1 3 混合理论1 4 2 1 4 应变路径法1 5 2 1 5 有限元分析法1 5 2 2 静力压桩沉桩机理1 6 2 3 沉桩过程中的挤土效应1 9 2 4 静力压桩的深度效应；2 0 2 4 1 沉桩的深度效应2 0 2 4 2 桩端阻力深度效应的分析2 2 2 4 3 桩侧摩阻力深度效应的分析2 3 2 5 本章小结2 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 第3 章用单桥静力触探资料模拟计算压桩力2 4 3 1静力触探和静力压桩的关系2 4 3 2 用单桥静力触探资料模拟计算压桩力j 2 4 3 2 1利用只估算压桩力2 4 3 2 2 按侧阻和端阻计算压桩力2 7 3 3 综合修正系数的讨论3 3 3 4 土层分类3 3 3 5 调试计算的程序编制3 4 3 6 本章小结3 6 第4 章工程实例计算分析3 7 4 1 工程实例计算3 7 4 2 计算结果分析4 3 4 2 1 静力触探曲线4 3 4 2 2 沉桩阻力4 3 4 2 3 桩端阻力4 5 4 2 4 桩侧摩阻力4 6 4 2 5 桩端阻力和桩侧摩阻力在沉桩阻力中所占比例4 7 4 2 6 本文建议的综合修正系数值4 8 4 3 本章小结4 9 第5 章考虑时间效应的静压桩承载力的模拟计算5 0 5 1引言5 0 5 2 静压桩承载力的时间效应5 0 5 3 静压桩在粘性土中的时效特性5 1 5 4 静压桩承载力在粘性土中的时效机理分析5 l 5 5 静压桩在砂性土中的时效特性5 2 5 6 静压桩承载力在砂性土中的时效机理分析5 3 5 7 工程实例计算5 4 5 8 本文建议的综合修正系数值5 5 5 9 长期、短期效应情况下系数的对比5 5 5 1 0本章小结5 6 第6 章结论5 7 6 1本文的主要研究结果5 7 6 2 有待研究的问题5 8 胃岛理工大学工学硕士学位论文 参考文献5 9 攻读硕士学位期间发表的学术论文6 2 蜀【谢6 3 附录6 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 静压桩以其施工不污染环境、压桩力可控制以及单位承载力造价低等优点得 到越来越广泛的应用。如果在静力压桩施工前模拟计算出沉桩阻力曲线，估算终 压力，那么就可以解决对桩长的预测、对桩机的选型和对沉桩可能性判断等问题。 本文针对沉桩阻力在土层中的变化规律进行探讨，重点研究用单桥静力触探资料 比贯入阻力只估算压桩问题，对桩的时效性也做了初步讨论。 ( 1 ) 对静压桩和静力触探的国内外研究现状做了介绍，引出本课题。 ( 2 ) 在国内外有关静压桩和静力触探贯入机理研究成果的基础上，分别阐述了 承载力理论、圆孔扩张理论、混合理论、应变路径法、有限元分析法等几种理论 方法的发展概况、应用范围及优缺点，对沉桩阻力的深度效应做了进一步的分析。 ( 3 ) 提出用单桥静力触探资料估算沉桩阻力的计算公式，根据试算结果同实测 资料的对比分析，在计算中采用综合修正系数进行修正，得到不同土的综合修正 系数值，可称该法为调节系数法，为计算沉桩阻力增添了一种新方法。 ( 4 ) 用v i s u a lb a s i c 编制了可视化程序，模拟计算在参数取值不同条件下的 沉桩阻力，并且能够分别画出桩端阻力和桩侧摩阻力的贯入曲线，进一步考察了 端阻、侧阻对沉桩阻力的影响。程序能够直接直观的显示出可应用于实际工程的 曲线，实用性强。 ( 5 ) 桩端阻力主要与土层的性质有关。有什么样的土，就有什么样的桩端阻力。 桩侧摩阻力在同一土层中随着深度增加而略有增加，在不同土层中随着土颗粒变 粗而变大。沉桩过程中桩端阻力与沉桩阻力的比值和桩侧摩阻力与沉桩阻力的比 比值都是一个变值，有着特定的变化规律。 ( 6 ) 初步尝试利用系数调节法对桩的承载力时效性进行研究，通过实测资料的 对比，分析了公式中修正系数的取值，并且对长期和短期效应情况下的系数做了 比较，得出桩侧摩阻力的时间效应明显而桩端阻力的时间效应不甚明显这一结论。 其研究结果具有一定的参考价值。 ， 关键词：静力压桩；深度效应；单桥静力触探试验；沉桩阻力：时效性 青岛理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t s t a t i cp r e s s l u e p i l eh 嬲b e e nw i d e l yu s e d ，o w n i n gt 0m e “l v a n l a g e s0 fn o e n v i r o m n e n t a lp o l l u t i o n ， c o n t r o l l i n go fp r e s s u r ee 嬲i l y ， l o wc o s t i fp e n e 仃a t i n g r e s i s t 锄c ea 1 1 dl 嬲tp r e s s u r e 盯ee x a c t l yc a j c u l a t e db e f o r ep i l ei n s t a l l a t i o n ， i tc a ns 0 1 v e s o m ep r o b l e m ss u c h 嬲d e s i g no fp i l el e n g t l l ，s e l e c t i o no fp i l ed r i v e ra n ds i i l k a b i l i t ) ，o f p i l e a r i a lo f 蚋j d yf o rc a l c u l a t i n g 廿1 ep r e s s u r eo fp i l e 锄dt l l ev a r i a t i o no f p e n e 昀t i n gr e s i s t a i l c e 诵t 1 1d 印mi sc 锄yo u t t l l em a i nw o r k 趾dc o n c l u s i o i l si l lt h j s p a p e ra r en l a tc a l c u l a t i n gt 1 1 ep r o b l e mo fp r e s s u r ep i l e 、加t 1 1t 1 1 es p e c i f i cp e n e t r a t i o n r e s i s t 锄c e s ( 只) o fc p t ( s i i l g l e - b r i d g e ) d a t a ，姐dd i s c u s sn l et i m e - e 仃e c to fm ep i l e ( 1 ) i n _ n o d u c et t l es t a t i cp r e s s u r ep i l e 觚dc p ti n 也ew o r l da l l dl e a d st t l et o p i c ( 2 ) t h ep 印盯i l l u s 臼纵e sd e v e l o p m e n t ，a p p l i e dr 锄g e ，m e r 瓶锄df a u l t s0 ft l l e c 印a c i t ) rt l l e o 巧，c a v 时e x p a 船i o nm e t h o d ，m i ) ( t u r et l l e o 巧，s n 伍np a ：t l lm e t l l o d ，f i l l i t e e l e m e n tm e t h o d 觚ds 0o n ，b 嬲e d0 np e n 朗a t i o nm e c h a i l i s mo fs t a t i cp r e s s u r ep i l e 锄d c p ti i l 恤w o r l d m a k ea 觚h c r 蝴1 ) ，s i st 0d 印t l le 廊c t so f t l l ep e n e 仃a t i n gr e s i s t a r i c e ( 3 ) p u tf 0 r 、 ，a r dac a l c u la _ t i o nm e m o d 、析廿lt w oc o e 丘i c i e n t sw 1 1 i c ha r eb a s e do nt l l e a i l a l y s i so fp r e s s e d i np i l et e s t s 锄de x p e 咖e m md a t af o rp r c d i c t m gp e n e 触t i n g r e s i s t 锄c eb y 璐eo f 廿l ed a t ao fc p t ( s i n g l e - 研d g e ) ni sa 鹏wm e 廿l o dc a j l e d a 由u s t c o e f f i c e i mm e m o dt 0c a l c u l a t ep e n e 仃a l i n gr e s i 蛐m c e ( 4 ) av i s i b l ep r 0 鲫ni sc o m p l i e d 、历t l lv i s u a lb a s l c ，w k c hc 锄s i l l l u l a t e 锄d c a j c u l a _ t ep 锄e 廿a t i n gr e s i s t a i l c ei 1 1d i 疏r e n t mc o e f ：f i c i e n t s 觚ds h o wp e r l e 仃a t i o nc u r v e s o ft l l ee n dr e s i s t 锄c e 锄dt l l es i d er e s i s t 锄c eo fp i l e b e c 叭s et l l ep r o g r a mc 锄c o m p a r e 觚dc o n 仃乏蚁t t l ec a l c u l a t e dc u r v e s 谢t l lt e s t e do n e s ，i tc 锄b ed i r e c t l yl l s e d 洫p r a c t i c a l p r o j e c t s ( 5 )n l e 铋dr e s i s t a n c eo fp i l e o m yd 印e n d s o ns o i lc h a r a c t e r i s t i c t h es i d e r e s i s t 锄c eo fp i l e 、) r i l lb e c o m el 盯g e 、) l ，i t l ld e p 也i nt h e 鞠m es o i ll a y e r m e ni nt t l e d i 虢r e n ts o i l l a y e r ，i ti n c r e a s e s 、) l ，i 也s o i lg r a i l lg e t t i n gc o a r s e t h ep e r c e n t so fb o t l li n p e n e t r a t i i l gr e s i s t a l l c ea r ev a r i a b l ed u r i n gp i l ei i l s t a l l a t i o n ，w h i c hh a v eas p e c i a lm l e ( 6 ) i l l i t i a la _ t t e m p t st 0r e g u l a t et l l eu t i l i 趵t i o nf i a c t o ro nt l l eb e 撕n gc 印a c i t yo f p i l e s 青岛理工大学工学硕士学位论文 t 0c 甜巧o u tt i m e s e n s i t i v er e s e a r c h t h r o u 曲t 1 1 ec o m p a r i s o no fm em e 嬲u r e dd a t a ， 锄a l y s i so fm ef o 彻u l ao fm ev a l c o 盯e c t i o n 觚o r ， 锄dh a v eac o 盯e s p o n d i n g c o m p a r i s o nf o rt 1 1 ec o e f j e i c i e n t so fl o n g - t e n n 锄ds h o r t - t e m l ，觚dr e s e a r c ht h ec o n c l u t i o n o fl a t e f a j 衔c t i o ni so b v i o u s 锄d e n d - b e a r i n gc 印a c 埘i sn o to b v i o u s n l er e s u l t so f “s i e s e 纠旧hh a sac e r t a i nr e f e r e n c ev a l u e k e yw o r d s ：p r e s s e d - i i lp i l e ；d e p t he f | f e c t s ；c p t ( s i n g l e - b r i d g e ) ；p e n e t r a t i r 坞r e s i s t 锄c e ； t i m e e l j f - e c t i i l 青岛理工大学工学硕士学位论文 1 1 本课题的来源 第1 章绪论 1 1 1 静压桩的优势 静压桩是将管桩或钢筋混凝土预制方桩用静力压入的方式压入到地基土中， 是预制桩的一种【l 】。由于静压桩施工无冲击力、无泥浆排放、无噪音、无废气、无 振动等优点，符合现代建筑业文明环保施工的要求，同时静压沉桩施工应力小， 可减少打桩振动对邻近建筑物和地基的影响，桩顶不易损坏，不易产生偏心沉桩， 沉桩精度较高，能在压桩施工中测定压桩阻力，为设计和施工提供较为准确的力 学参数，并能间接地预估和验证桩的承载能力，施工信息化程度高，其应用日渐 广泛。5 0 年代初，静压桩沉桩首次应用于我国沿海地区，近年来在我国软土地基 桩基施工中静压桩的应用更为广泛，并获得良好效果。现在静压桩施工均采用专 用静压桩机，静压力可高达3 0 0 0 剧7 0 0 0 删，应用于桩径为= 4 5 0 m 聊 5 0 0 肌聊的静压桩，最大桩长可达4 0 脚5 0 聊之多。其施工信息化机械化程度高， 成桩质量高，桩端沉渣与断桩现象少，同时具有一定的挤土作用，单桩承载力较 高，适用岩土工程条件范围广，在填土、粉土、软粘土和湿陷性黄土中均有成功 的实例。而且在沉桩施工过程中可以通过压力表记录每根桩随深度变化的压力变 化情况，能够求得每根桩在任意深度处的压桩荷载，给设计、施工提供很好的承 载力参考价值。静压桩由于众多的优点，尤其适合于在城市和软土地基中施工。 故静压桩被大力推广使用 1 1 2 本课题的来源 目前国内，对静力压桩沉桩阻力的模拟计算，使用最多的仍然是单桥静力触 探，虽然相比较起来，双桥静力触探能够同时读出侧阻和端阻，但用双桥探头静 力触探时，需要把双桥探头资料转化成比贯入阻力再根据经验公式或图表得到桩 的承载力，这样势必会造成桩的承载力取值误差增大，给设计施工提供不准确的 参数。同时基于经济考虑，有的地方并不适用，并且因为单桥静力触探在我国已 经应用多年，积累的经验比双桥静力触探明显要多的多，例如上海大部分的软土 青岛理工大学工学硕士学位论文 地区，基本上都是用单桥静力触探资料来预测压桩力的。所以单桥静力触探在一 定范围内还是有很好的应用价值，并且根据改良，能够得到更好的预测结剁2 1 。 本课题正是在此基础上，利用单桥静力触探数据，结合试桩资料，对静力压 桩的沉桩阻力进行探讨。同时又把静压桩的时效性考虑进来，运用系数调节法来 探讨桩的承载力。 1 2 静压桩的研究现状 1 2 1 静压桩的发展概况 当地基稳定性不能满足建筑物的要求或天然地基上的浅基础沉降量过大时， 常采用桩基础这种深基础形式。桩基础是将上部结构的荷载通过较弱地层传递到 深部较坚硬的、压缩性小的岩层或土层。其主要应用在对土质不均、深厚的软土 层以及存在振动荷载场地的地基处理中，特别适用在重型厂房、建造高层建筑和 具有特殊要求建筑物的场合。 桩的分类很多，按施工方法可以分为钢筋混凝土预制桩和灌注桩；按桩是否 存在预应力分为预应力桩和非预应力桩，预制桩又分为实心方桩、实心圆柱桩、 管桩和空心方桩，各种桩型都有各自的优势。近年来，预制桩以其质量稳定可靠、 施工工期短、造价较低、施工工艺简单等优点在一些地区的使用程度更有明显增 多的趋势。相比较而言，灌注桩施工工艺复杂，且容易发生事故，可靠性远远不 如预制桩。 预制桩的沉桩方式主要有3 种，即振动沉桩法、锤击法和静压法。其中振动沉 桩法会缺点很多，如会造成桩周围大面积地基土的液化和对设备要求条件高等； 锤击法是沿用多年的方法，但对预制桩锤击法沉桩施工工艺来说其自身存在不 足，。而静力压入法沉桩克服了如对环境的油烟污染、噪声污染等，钢筋混凝土 桩头破损、断桩等缺点。静力压入沉桩施工是利用静力压桩机或利用桩架自重及 桩顶的配重，将预制桩慢慢压入土层中的一种桩基础施工方法，所以此方法又简 称为静压法。所压入的桩称为静力压入桩，简称压入桩或静压桩( p r e s s i np i l e 或 j a c k e dp i l e ) 。 静压桩有许多优点f 3 】 归纳如下： ( 1 ) 施工文明。因静压桩施工无泥浆排放，无噪音，采用半自动或全自动化机 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 械施工，工人劳动强度低； ( 2 ) 送桩深度大，送桩质量稳定，断桩少，因此特别适用于带有多层地下室的 高层建筑； ( 3 ) 静压桩施工过程中无振动，适宜在有危房、精密仪器房附近及河口岸边地 区施工： ( 4 ) 静压桩施工过程中无噪声。目前大多数城市已明令禁止在市区内锤击打 桩，所以在市区中施工，静压施工法无疑是一种最理想的选择； ( 5 ) 桩身可工厂化预制生产，加早强剂后5 天左右就可以压桩，时间周期短； ( 6 ) 从压桩开始至压桩结束，压桩阻力都能被现实并被记录下来，这为定量观 察沉桩过程中桩的承载力提供了很大的保障，这一点对工程技术人员来说显得尤 为重要； ( 7 ) 经济效益高。静压预制桩本身的工程费用，可能比灌注桩高，但如果考虑 其承载应力高( 单方向传递应力比较大) 。一般而言，静压桩单方混凝土的应力比 灌注桩的高1 6 2 o 倍，桩身质量有保障，承台可减小，施工工期短等方面的综 合因素，其设计合理时的综合经济效益比灌注桩的要低。 ( 8 ) 接桩方便。桩长受施工机械的限制，因此更适合在深厚软土地区施工； ( 9 ) 打入桩施工桩身会产生振动应力，而静压桩压入施工时不产生振动应力， 这大大减少了整个施工过程对桩产生的破坏作用，进而可以降低对桩身的强度等 级要求，从而节约钢材和水泥： 静压桩适用地区范围广。在打入式预制板桩不适用的岩溶等地区静压桩可 以轻松施工。 静压桩的诸多优点决定了静压桩在今后的建筑发展中一定具有更广阔的前 景。静压桩发展是随着我国国民经济建设的发展而发展起来的。2 0 世纪7 0 年代初 期，我国的建筑项目多为3 8 层，建筑物对地基基础承载力要求比较小。当时的 静压桩主机主要是以桩架的自重和桩架上的配重作为反力的绳索式压桩机，施压 部位在预制桩的顶端面，压力一般为6 0 剧7 0 剧，最大也不大于1 5 0 0 剧，预 制桩断面尺寸多为1 5 0 所脚1 5 0 m m ，目前这种绳索式静压桩机已很少应用。进入2 0 世纪8 0 年代，随着我国国民经济高速发展和城市用地的紧张，必然要求建筑要向 高层和地下发展，随之而来的建筑物对地基基础承载力的要求势必也会越来越高。 同时随着近年来人们环保意识的不断加强，对环境造成污染的钻孔灌注桩和锤击 3 青岛理工大学工学硕士学位论文 桩等施工方法受到一定限制，而静压桩以其诸多优势得到了迅猛发展。为此，大 吨位液压式静压桩机也应运而生，静压桩机也从2 0 0 0 剧、3 0 0 0 删、4 0 0 0 阳、，发 展到5 0 0 0 剧、6 0 0 0 删、7 0 0 0 删。静压预制管桩的断面尺寸【4 】从3 0 0 研垅、 4 0 0 坍朋发展到6 0 0 朋朋、8 0 0 研朋，静压预制方桩的断面尺寸从 3 0 0 历聊3 0 0 肌m 、3 5 0 m 脚3 5 0 聊聊、4 5 0 肌聊4 5 0 聊聊发展到5 0 0 所朋5 0 0 聊小、 5 5 0 研聊5 5 0 m 掰、6 0 0 肌聊6 0 0 聊朋。预应力管桩和预应力方桩( 包括实心和空心) 也得到一定范围的应用和推广【5 】【6 】，这使静压桩的承载力得到了很大的提高，静压 桩的应用范围得到了拓宽，静压桩技术也得到了空前的发展。 1 2 2 静压桩在国内外的研究现状 s e e d & r e e s e ( 1 9 5 5 ) f 7 】在工程中发现桩的承载力会在桩打入粘性土后随时间的 增加而增加，经过大量试验他们得出桩的承载力随时间增加主要是由沉桩引起的 超孔隙水压力随时间消散引起的这一结论。 k e 璐等( 1 9 6 2 ) 在直径6 4 所、深l o 4 肌的大型砂坑中填充密实度各不相同的石 英砂，并用不同直径的平底探头( 4 5 聊聊3 2 0 历肌) 压入石英砂中作了大量试验，观 测了端部阻力和平均侧摩阻力随贯入深度的变化规律，分别测定了端阻和总压入 力随贯入深度的变化，首次提出临界深度的概念。 v e s i c ( 1 9 7 2 ) 【8 】根据厚层砂土中静力触探试验和压桩试验，测出端阻和侧阻的 变化规律，并计算出临界深度的位置。 梅耶霍夫( 1 9 7 8 ) 在杆贯入试验中观测了一系列的贯入杆侧壁作用径向应力， 得出径向应力与侧摩阻力之间有着密切的关系这一结论。 英国剑桥大学d a v ew 1 1 i t e ( 2 0 0 2 ) 等人在平面应变试验箱以及离心试验机上进 行了野外试验及静压桩模型试验。研究分为两方面，一方面是足尺寸的野外试验， 进行了4 组试验用于验证室内模型试验的结果。采用了数字摄影，颗粒影像速度测 量，照相测量等高技术影像分析方法对静压桩贯入土中的位移场、应力场进行观 测分析，精度较高；另一方面是对设置于砂土中的静压桩机理的研究进行了8 组试 验箱模型试验，动态观测到模型桩沉桩时的位移场，研究了土的种类及初始密度 对其的影响。 刘祖德等( 19 8 9 ) 【9 1 介绍了显微镜位移跟踪法在土工模型试验中的应用，对静力 触探的机理进行了试验分析，并提出了从位移场转化为介质密度场和应变场的概 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 念和方法。 窦远明( 1 9 9 2 ) 【i o 】进行了砂土中桩端刺入变形的试验研究。侯兆霞( 1 9 9 3 ) 观测 了不同密度砂中进行的模型桩试验所产生的桩周端土体的应力情况，在此基础 上分析了砂土破坏原理。 胡幼常( 1 9 9 5 ) 【1 1 1 观测了模型桩试验桩贯入桩端持力层过程中地基土的位移 场，并测得桩端阻力随桩端沉降的变化曲线。 w r o t l l 等( 1 9 7 9 ) 认为不只土的类别对沉桩有影响，土的应力历史对沉桩也有显 著影响。 c h a n d l e r ( 1 9 6 6 ，1 9 8 6 ) 等人认为桩周土的有效应力估算桩的竖向承载力得出的 结果与实测结果误差会更小一些。 h i g h t 等( 1 9 9 6 ) 1 1 2 】研究了桩端承载力和桩径之间的关系。并得出在一定的允许 变形范围内，桩尖单位面积端阻力随着桩径的增加而减小这一结论。 l e h 锄e 等( 2 0 0 1 ) f 1 3 1 做了一系列静压桩模型在干松砂中桩的水平应力、桩的直 径、开口管桩的管厚等参数对桩阻力的影响的试验。试验结果表明土塞刚度与承 载能力可以表示为圆锥刺入端部阻力与加载之前的填充率的简单函数。 p a i k 等( 2 0 0 4 ) 通过对砂土体条件的改变来研究桩的安装方法对刺入参数和承 载力的影响。试验结果显示，锤击能量相同时，锤击次数和填充率随着夯锤重量 的增加而减小，桩端阻力以及桩侧摩阻力会随着夯锤重量的增加而增加。静压方 式安装桩的试验表明，在相同的土体条件下，静压比锤击更有助于桩端土塞的发 展，得到的桩承载能力更高。 国内的方法主要是研究静压桩的压桩阻力和挤土效应，在不考虑其变化的情 况下测量土的总剪应力以及承载力在压桩完成后的变化。这种方法是通过放置在 桩尖处的压力传感器测出桩端阻力，并由静压桩机油压系统读出压桩阻力值，就 可以计算出桩侧摩阻力值，并在此基础上分析端阻力和侧阻力的变化规律。 1 9 9 2 年，b o n d ，a j & j a r g i n e ，r j ( 1 9 9 l ，1 9 9 5 ) 在超固结土中采用直径1 0 2 肌朋， 长度7 所，6 0 0 桩尖的模型桩作了一系列静压桩的现场试验。并在桩身安装轴向压 力传感器、温度补偿片、应变片、位移传感器和孔压计。 根据试验测出的孔压和环向总应力可以计算出环向土的有效应力，桩尖处的 环向有效应力随深度变化。由于孔压和环向总应力都受压入间隔的影响，两者互 相抵消，所以有效应力受压入间隔的影响不大。 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 p r i c e & w a r d l e ( 1 9 8 2 ) ，k i t c h i n g ( 1 9 8 3 ) ，c 0 0 p ( 1 9 8 7 ) 等在对超固结土作了大量 研究的基础上得出桩的压入速度对土的应力变化有着重要影响这一结论。 c o o p & w r o t l l ( 1 9 8 9 ) 【1 4 】分别测量出了超固结土的孔压变化，并分析了桩的成 孔效应。 b o n d ，a j & j a r d i n e ，r j ( 1 9 9 l ，1 9 9 5 ) 用同种桩模型测出了桩土界面的剪应 力、孔隙水压力和环向有效应力在桩压入后和静载试验时的变化规律。 以上试验现象表明，超固结土中桩土界面处的剪应力在桩压入过程中及随后 的压载中与原始应力状况关系不大，受压桩速度的影响很大。另外，在压桩过程 中产生负的孔隙水压力。在桩压入后，孔隙水压力消散很快，土的固结过程也很 快，但承载能力随时间增加有轻微降低的趋势。试验模型还建立了侧摩阻力与径 向有效应力的关系。 目前，这种试验方法因测量比较全面，测量结果直观，精确度较高等优点而 被国外广泛采用，但由于试验费用昂贵，国内应用较少。 1 3 静力触探的研究现状 1 3 1 静力触探的特点 静力触探试验( c p t ) 就是以一定速率把装有传感器的圆锥探头利用液压机在 竖直方向上压入地层中，由于探头所受的阻力随地层中各种土的软硬程度不同而 不同，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中并记录下 来，再通过自动记录仪存储的贯入过程所得到的各种诸如土的物理性质、土类的 判别、土的强度等反映地基土的各种基本参数的数据，利用贯入阻力与土的物理 力学性质之间的定性关系和统计相关关系，来实现并取得土层剖面、选择桩尖持 力层、提供桩基承载力和预估单桩承载力等岩土工程勘察目的。目前，探头有单 桥( 指标为比贯入阻力只) 、双桥( 指标为桩侧摩阻力，：和桩端阻力吼) 与孔压 触探之分，其测试精度高、功能齐全，具有快捷、经济、准确、节省人力等优点， 而且具有良好的可靠性与再现性，测试成果处理的微机化和自动化程度很高。因 此，静力触探方法越来越广泛的应用到实际工程项目中【”】。 自1 9 1 7 年雅典正式使用静力触探至今已有9 0 多年的历史。6 0 年代初期，我 国基本上是与其他国家在同一时期发展了电磁静力学触探，这种方法是直接利用 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 电磁传感器量测探头的贯入阻力，大大提高了量测的精度和功效，有很好的的再 现性，并能实现数据的自动采集和自动绘制能反映土层剖面连续变化的静力触探 曲线，操作方便快捷。 静力触探以其快速、连续、精确等优点被广泛应用，可以在现场直接测得各 土层的贯入阻力指标；掌握各土层原始状态( 相对于土层被扰动和应力状态改变 而言) 下有关物理力学的性质，可以对在竖向变化比较复杂的地基或用其他常规 勘探手段不可能大密度取土的土质做出比较准确的判断；对于饱和砂土、砂质粉 土以及高灵敏度软粘土层中钻探取样往往不易达到技术要求，或者无法取样的情 况，用静力触探连续压入测试，则显出其独特的优越性。但是，静力触探也有不 足之处：不能对土层进行直接的观测、鉴别；由于不能解决稳固的反力问题，测 试深度不能超过8 0 m ；对于含砾石、碎石的土层和很密实的砂层一般不适合应用 由蟹 守o 1 3 2 静力触探的国内外研究现状 1 9 1 7 年，螺旋锥头式静力触探被瑞典铁路工程施工勘察正式采用，而后瑞典 将静力触探应用于确定浅基础承载力、桩基承载力以及铁路路堤的稳定性等方面。 1 9 3 0 年荷兰开始采用国际上称为荷兰静力触探的尖锥试验，这个方法较瑞典 法更为简捷，在国际上广为流传。意大利、比利时、葡萄牙、西班牙、日、法、 德、英、美、印度、加拿大和我国等许多国家相继采用。1 9 3 2 年荷兰工程师 p b a r e n t s e n 进行了世界上第一个静力触探试验1 1 6 1 ，1 9 3 5 年荷兰d e l r 土力学实验室 第一任主任t k h 肠n g a 设计出l o f 的荷兰锥贯入装置并开始用于桩承载力试验研 究。从1 9 4 9 年起荷兰d e l r 土力学实验室作了大量试验研究电测探头并获得成功。 1 9 5 2 年，电测式静力触探仪在挪威研制成功，1 9 5 3 年，b e g e m 锄设计出可测侧阻 力的摩擦套。1 9 5 7 年，荷兰d e l r 土力学实验室研制出第一台能测侧阻力的电测式 探头，此后世界上不少国家研制出大量不同的电测式触探仪。荷兰每年用于确定 打入桩承载力的静力触探孔有3 万多个。1 9 6 5 年以后，法国大量应用静力触探，许 多著名建筑和重大工程都采用触探法勘察地基，1 2 0 座阿尔卑斯山中的公路桥基的 勘探，就是使用触探法迅速完成的。在应用静力触探成果时，往往还采用较低的 安全系数。 7 0 年代后期，出现了孔压静力触探( c p t u ) 、环境静力触探及其它多功能探 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 头的相继出现使得静力触探技术得到了更加广泛的应用和进一步的发展。1 9 7 3 年 研制成用于海底勘探的静力触探仪，且认为海底勘探的最好方法是静力触探。1 9 7 4 年在瑞典召开了第一次欧洲触探会议。1 9 8 2 年在荷兰阿姆斯特丹召开了第二次欧 洲触探会议，1 9 8 4 年在法国巴黎又召开了第一次世界性的土工原位测试会议。 静力触探在不少国家已经实现标准化，并得到广泛的应用。 法国、比利时、荷兰和日本等国都成立了可进行较系统的触探机理研究的专 门研究机构和试验基地，并取得了很大的进展。美国一直以标准贯入试验为主要 的地基勘察手段，但近年来大力推广静力触探方法，而且在一些大学里还制定了 专门的静力触探研究计划。 静力触探的设备也日趋现代化。简单的双层管式荷兰锥逐渐为电测静力触探 所代替，自动记录和遥测静力触探的种类繁多。法国发明的在软土、硬土和密实 砂层中均可应用的静、动两用触探仪；日本国家铁路公司研制成功的研制了可以 对土层进行分类的音响静力触探仪；瑞典的孔底发射无线电测静力触探仪真正实 现了可以遥控操作的无缆触探。新型静力触探仪的不断出现，标志着这项技术在 国际上受到了广泛重视。 我国解放初期的土力学课程中就有静力触探的内容。铁道科学研究院、同济 大学等单位研制成功了孔隙水压力探头( c p t u 探头) ，并已有工厂批量生产。中 国科学院工程力学研究所、铁道科学院西北研究所、南京建筑工程学院等单位还 先后成功研制了可应用于实际工程中得可测波速的探头。 1 9 5 4 年陈宗基教授从荷兰引进3 0 年代出现的机械式荷兰静力触探仪并在黄土 地区进行了试验研究【1 7 1 ，取得很好的效果。 1 9 5 6 年中国科学院土木建筑研究所利用研制的双层管式静力触探设备，在黄 土中进行了试验研究。 1 9 6 4 年，王钟琦等【1 8 1 成功地独立研制出我国第一台电测式触探仪。 1 9 6 5 年原建工部综合勘察院在吸收国外先进经验的基础上自行设计制造了电 阻应变式静力触探仪，创制了我国第一个电测探头，并通过近百组对比试验建立 了贯入阻力与天然地基承载力的统计公式，为静力触探在我国的推广使用打下了 基础。但当时的仪器设备极其简陋，动力装置用人力借助于蜗轮蜗杆式的机械传 动方式进行贯入，最大深度只有1 5 朋。最大的缺点是由于试验条件的限制，试验的 地区区域性很小，故所建立的经验公式仅限于京、津、沪地区，缺乏在不同地质 8 膏岛理工大学工学硕士学位论文 条件下的广泛验证。 1 9 6 7 年中南勘察院和武汉城市规划设计院成功研制出机械传动静力触探仪； 1 9 6 8 年湖北电力设计院、湖北勘察院等1 1 个单位组成了“武汉联合测试组 ，在武 汉市及长江中下游的一些地区广泛进行试验，经过数年的努力，建立了可用于实 际工程设计的比贯入阻力只与第四纪土的变形模量磊及承载力r 的各项回归方 程，取得了极大的成果。 1 9 6 9 年铁道部第三勘测设计院成功研制出进一步促进我国静力触探事业发展 的双缸油压静力触探仪。同一时期，以铁道部第三设计院为首的铁道系统等单位， 积极改进地面加压装置，设计制造出液压贯入机械，大大地提高了测试效率，加 大了测试深度，进一步促进其在全国的推广，铁道系统将其列为重点，在全国范 围内用于生产实践，并在8 0 年代荣获科学技术进步奖，取得了巨大的技术经济效 益，此外，津、沪的一些单位研制出具有数据采集、处理、显示、记录功能的静 力触探仪，从而使我国的静力触探形成了一套完整的测试系统。随着静力触探技 术的日益成熟，其广泛应用于陆地工程地质调查，并建立了相应的区域性经验公 式，该项技术也被正式列入行业规范。 1 9 7 8 年我国首届科学技术大会上“电阻应变式静力触探 被授予新技术发明 奖。1 9 8 0 年通过与荷兰土建专家代表团的交流得知，中国发展的电测静力触探比 荷兰要早4 5 年。目前，我国工程勘察界应用静力触探的现状可用概括表述如下： 单桥静力触探仍然占据统治地位；双桥静力触探在一些地区己经开始应用，但发 展缓慢；孔压静力触探应用较少。我国陆地静力触探技术技术已经达到了国际先 进水平。 8 0 年代以后对探头传感器技术改进很少。在触探机理研究方面，我国现在拥 有位于长沙铁道学院的高5 朋、面积3 朋3 聊的模型仓和测量应力应变的半剖面 玻璃模型槽，以及位于西南交通大学的高1 0 0 c 脚、直径6 0 铡具柔性边界条件的三 轴标定罐。利用这些设备已经做了大量的机理研究1 1 9 】并取得一定的成果。 近2 0 年来曾多次召开的全国性静力触探或原位测试会议，对原位测试技术的 开发研究和推广应用起到推波助澜的作用。一些学者也在静力触探研究方面做出 了很多贡献。 陈强华等( 1 9 8 1 ) 在岩土工程学报上发表的进入持力层不同深度对单桩承载 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 力的影响一文明确提出用静力触探法预估土层临界深度的方法，而且定量的研究 了进入持力层深度对单桩极限承载力的影响。 陈强华等( 1 9 8 4 ) 发表的静力触探估算打入桩的单桩承载力( 单用探头) 一 文中对用单桥静力触探比贯入阻力只估算桩侧摩阻力和桩端阻力这一问题做了细 致的研究。 魏杰( 1 9 9 4 ) 提出用静力触探确定桩承载力的理论方法。 樊向阳( 2 0 0 7 ) 经过试验得出上海地区单桥静力触探与双桥静力触探之间的 内在联系。 张明义( 2 0 0 7 ) 利用双桥静力触探指标锥尖阻力g 。和侧壁摩阻力，应用调 节系数法估算静压桩的沉桩阻力，取得很好的效果。 目前，国内和国外工程界非常重视对静力触探的应用和机理方面的研究【2 0 1 。 一方面希望通过这种手段获得更多的参数，致力于如孔隙水压力探头、音响探头、 侧应力探头、地震探头等多功能