打桩挤土问题

1、沉桩引起的挤土问题及其对桩基承载力的影响打桩挤土问题及其对桩基承载力的影响在软土地区，饱和软黏土具有水分含量高、渗透性弱、剪切强度低的特点。在该地区，预制桩沉管施工中，挤管效果及发生的超静孔压会对桩周土体产生巨大的侧向位移和隆起，孔隙水压力传递到周边，桩组施工中的叠加因素进一步扩大了位移和隆起的影响范围，相邻桩和附近建筑物可能因侧向位移和抬升而对项目产生不利影响。土的渗透系数小，引起的超静气压缓慢消失，工程后一段时间内超静气压的消散对土的强度有很大影响，土体强度的变化直接影响桩的最终承载力。打桩引起的环境问题及其对桩基承载力的影响已经受到广泛关注。对张勇梅、张鲜明(1982)1打桩工程引起的孔

2、隙水压力变化进行了研究。提出了张城台19872桩对周边影响程度的预测方法。张庆浩，白哥(1997)3分析了打桩引起的地面振动和挤压机理及规律，提出了环境疾病预测标准、方法及相应的预防措施，提出了打桩的反分析有限元法和高效的实用计算方法。梁君生、刘宝臣(1999)4打桩引起的表面位移遵循随机过程，应用随机介质理论，提出桩引起的表面位移和变形的计算公式和计算程序。刘锡梁，罗经，汴永光(1999)5认为周边桩体的挤压效果和自沉桩的挤压效果是桩体隆起的两大因素，分析了桩体的隆起位移曲线大致具有规则分布形状。本文详细阐述了以周建平、徐建平、许朝洋(2000)6有限元法为主要分析手段的群桩表面隆起、桩周土

3、块的侧向移动、挤压引起的应力及对周边桩的影响等挤压效果的变化规律。以姜朋明、尹龙龙、胡重雄(2000)7小孔扩张挤压理论为起点，将打桩问题简化为半无限体的孔问题，并利用边界元法计算群桩施工过程中的土体位移。罗思海，侯龙清，胡忠雄(2002)8推导了具有一定初始半径的圆柱孔扩张的弹塑性解，研究了预钻孔孔径大小对预钻孔土桩挤土效果的影响。20039本论文根据土性的基本原理，利用空穴的球面扩展和原生投影法，得到了打桩后诱导土壤各点应力的理论计算公式，打桩后离桩越近，土体越密，土体越密，土体越密，桩直径越大，土体越密，影响越大王兴龙、陈雷、杜丹若(2003)10结合回归分析方法，运用小孔扩张理论推导出

4、计算土壤位移的经验公式。王兴龙，石春梅(2004)11研究了桩长、桩型及桩沉速度、顺序等因素对挤土的影响。张忠庙、兴工正面、俞洪梁(2006)12研究软土地基中管桩挤土浮对桩侧阻力、端阻力和承载力的影响，桩组浮规则及影响因素。通过对梁生彬、义乌洞200613PHC管桩沉桩前后现场地基土变化试验、打桩监测和孔隙水压力增长和耗散监测等实验研究，分析了PHC桩沉桩挤土效应。Hagerty Peck(1971)14认为组文件范围内大陆表中垂直隆起的体积约等于用木桩代替的体积的50%。Orrje Broms(1967)15和Adams Hanns(1971)16分别为30%和100%，这可能与土壤查询条

5、件有关。打桩对桩基承载力的影响主要有两个方面。1、打桩引起的超静气压降低了桩周土对桩基的约束作用。2、打桩扰动降低了桩周土壤的强度。Dudler et al(1968)17试验研究表明，砂层打桩8个月后的强度比打桩前增加了1.4倍。tar venas audiy(1972)18对渗入微砂层的45个钢筋混凝土桩的静荷载试验结果进行了调查，结果表明，桩后1520天的承载力比桩后半天的承载力增加了70%。Parsons(1966)19和yang(1970)20发现，在实际打桩过程中，渗透土壤的木桩达到一定量后，土体具有较高的密度，再渗透的桩承载力随时间减少。Moller(1981)21通过室内模拟测

6、试观察到，如果将桩钉在致密或坚硬的沙子上，桩周围的土会产生负气压，桩的承载力会随着负压的消散而减小，产生“松弛效果”。在黏土中打桩后，由于土的再压，当桩尖的抗压量大于桩尖的沉降量时，桩侧必须受到负摩阻的作用，G. G. Meyerhof认为负摩阻对摩阻文件通常不重要，但会对端轴承文件产生重大影响。2打桩及桩基承载力影响的研究方法从20世纪70年代开始，主要通过圆孔扩张法、应力路径法、有限元法等数值分析和理论研究，研究打桩问题。为了研究打桩引起的环境问题及其对桩的最终承载力的影响，我们假定桩尖的每个点都延伸到球形孔中，利用源-源成像法和布西涅斯q解决方案，利用无限体球面扩展的答案，模拟半无限体的

7、打桩问题，考虑打桩时桩侧摩擦力的影响，土桩沉管后周边土产生的应力场。2.1单桩下沉引起的应力场和位移场单个文件沉没导致的应力场和位移字段可以表示为：(1)型式的每个项目均列示在(2)(12)中。(1)单桩，即n个空心球扩展引起的土壤中任意点的应力和位移(2)其中：n=L/dH以上公式是使用源-源方法获得的。其中：土壤各点处单个实际源O1的应力和位移(3)(4)样式中心：土壤中每个点处单个图像源O2产生的应力和位移：(5)正在样式中：(2)表面应力修正位移和应力，不包括土中地应力引起的桩顶：(6)(7)(8)r 、r 和分别通过以下方式获得，r，z计算文件中心点的水平距离和深度：(9)(10)(

8、3)桩侧摩擦阻力修正桩侧摩擦阻力产生土壤的应力和位移：(11)(12)中心：r，z计算到文件中心的水平距离和到地面的垂直距离q是图像效果产生的表面应力。2.2打桩产生的超静态孔隙水压力和土壤强度变化估算2.2.1秒静态孔隙水压力及其耗散由打桩引起的土壤中各点的应力增加和位移在2.1节中得到，通过这些应力增加，可以得到3个主应力增加： 1 (r，z)、 2 (r，z)和 3 (r，z)。根据斯克尔夫顿的原理，饱和土的木桩结束后，土壤各点产生的超静孔隙水压力如下：(13)样式：a是孔隙水压力系数。对于单桩，以及层等方性中的轴对称问题，根据太史界积分理论，利用差分法，可以求出土壤中任意时刻、任意点处

9、的超静态孔隙水压力值。由以下格式确定：(14)正在样式中：Cv是统一系数。其中k、e、av、w分别是土壤的渗透系数、孔隙比、压缩系数和水的容重。2.2.2打桩前后土壤强度的变化在黏土中钉桩，其地基强度的变化可以分为四个阶段：1，打桩前的土体强度(岩土原理和计算，第2卷)23(15)正在样式中：是土壤的剪切强度，是土壤的有效内摩擦角，1是打桩前地基土的有效最大主应力。正常强化黏土 1=对于 h，是土壤的体积密度，h是计算出的点的地下深度。2、桩端土强度(16)格式中：u0是打桩端的超静态孔隙水压力值，通过式(13)求。是打桩结束时土壤的最大主应力。也就是说，自然固结状态下土壤总应力1、2、3(正

10、常固结土的 2= 3=k0 1)和桩柱应力逐步叠加后的最大主应力。3、超静态孔隙水压力耗散过程中的土壤强度(17)格式中：u是特定时间点的超静态孔隙水压力值，从格式(14)中获取。4、超静态孔隙水压力消散后(18)3打桩挤土问题的工程实例分析某电厂煤厂用地是深软粘土地基，具有孔极率高、渗透性低、可压缩性高、地基承载力低的特点。 550钢筋混凝土管桩用于地基处理，桩长40m43m，桩间距2.0m，更换率5.9%。打桩完成后两年(尚未使用)，地基呈现大面积沉降的同时，存在地基和地基土的脱离现象。本节使用上一节的理论分析了其原因及其对桩基承载力的影响。3.1单桩挤土问题分析根据球面扩展理论，每次进入

11、球体(球体半径为文件半径0.275m)时，表面隆起量如图1所示。图1贯穿球体的每个表面隆起如图1所示，第一堆表面渗透对表面隆起量的影响最大，而随着渗透深度的增加，深桩断面对表面隆起的影响逐渐减小，但影响范围扩大。叠加每个文件对表面隆起的影响，以获得渗透到整个文件长度时的表面隆起量。进入1.1米长的文件后，最大表面隆起为40.5mm。图2不同桩长表面隆起计算了不同桩长的表面隆起量，如图2所示。如图2所示，如果文件长度超过5 10米，则表面隆起量变得很小，这与文献22中的临界文件长度7m一致。图3不同深度的土壤垂直位移文件长度为40m时，土体在不同深度的垂直位移计算如图3所示。如图3所示，打桩时，

12、桩周的土将上升20米以上，20米以下的土将沉淀。深层土沉降描述，打桩施工，使相邻桩底与土不分离。3.2文件组挤压问题分析如图4所示，嵌套单个文件以获得文件组挤压分析结果。图4桩组挤土表面隆起剖面(最大670mm)3.3打桩引起的超静态空位压力分析如果桩长为40m，则土壤内部的应力场发生变化，如图5、图6所示。图5打桩引起的土壤水平应力增加(图中0，0.5，1.02.0为距桩边的距离)图6打桩引起的土壤法向应力增加(图中0，0.5，1.02.0为距桩边的距离)根据斯克尔夫顿的原理，饱和土的木桩结束后，土壤各点产生的超静孔隙水压力如下：软粘土孔隙水压力系数a将图5、图6中的垂直应力和水平应力的增加

13、计算为超静态孔隙水压力，如图7所示。图7打桩引起的超静孔压力(在图中，0，0.5，1.0到2.0是与桩边的距离。）3.4单桩极限承载力和沉降问题分析3.4.1单桩极限承载力的理论计算根据前面部分的分析，打桩会对桩周围的土产生较大的超静气压，从而减少桩周围土的有效应力。另一方面，打桩对桩周土壤有妨碍作用，结构性软土的打桩扰动对土壤强度的影响如图8所示。图8打桩施工对土壤强度的影响(温州地区结构软土试验结果)如图8所示，打桩工程可能导致土体强度平均降低45%左右。根据土壤应力场的分析结果和打桩工程对土壤强度的影响，结合土强度公式，可以分析单桩的极限承载力。图9桩侧极限摩擦阻力如图9所示，受打桩工程

14、的影响，打桩后桩侧极限摩擦阻力小；土壤结构性恢复后，桩侧极限摩擦阻力大幅度增加。桩侧土孔压消失后，桩侧极限摩擦阻力再次增加，其值与地质报告提供的数值相对接近。3.4.2单桩极限承载力的时间效应据大量工程实例和文献报道，软土地基上预应力管桩单桩极限承载力存在明显的时间效应问题，根据湖州、江军(2006)24温州地区结构性软土地基上73个预应力管桩的静态试验结果。图10预应力管桩极限承载力与休息期的关系在金敏、王维、王旭东(2004)25等在文回归法分析预应力管桩单桩极限承载力时效性中指出了上海地区和浙江省软土地基中预应力桩的承载力与时间的关系，如图11所示。图11文件的承载力随时间变化从这些文献

15、报道中可以看出，在结构软土地基上，预应力管桩的情况下，随着时间的推移，最初3050d内土壤结构恢复，单桩极限的快速增长，以及后来孔压耗散导致的增长缓慢。如图12所示，根据桩侧极限摩擦阻力的计算结果(图9)和单桩承载力的时间效应关系，本项目的最终承载力随时间而变化。图12单桩极限承载力的时间效应3.4.3单桩极限承载力的数值模拟计算如图13所示，单桩的最终承载力和沉降分析模型(轴对称问题)。土壤3(淤泥质粘土)土土4(粘土)土土5(粘土)土土6(粘土)图13单文件分析模型据上一节分析，打桩在桩侧土中产生大的超静气压，超静气压消失后土体沉降，桩土之间发生沉降差异(现场实际情况也反映在此)。桩-土之间的沉降差异会在桩侧产生一定大小的负摩擦力，因此在分析单桩承