软土地区静压桩设置及挤土效应分析

摘要

随着我国经济的发展，城市化进程加速，城市用地日益紧张，建筑朝高、大发展，桩基础以其优越的特性在现代地基基础中占据着重要的地位。静压桩因其施工无噪音、无振动、无冲击力、施工工期短、施工功效高、经济效益高等优点，广泛应用于沿海城市。静压桩属于挤土桩，压桩过程中挤压土体，令土体产生水平位移以及垂直隆起，导致周围建筑物粉刷层剥落、墙身开裂、附近地下管线及设施破裂、道路隆起；同时挤压桩体，使先打入的桩体产生桩体倾斜、错位、上抬，桩身翘曲乃至断裂，造成巨大的经济损失。此外，打桩使桩周土体受到强烈的扰动，土体的结构受到破坏，并产生很高的超孔隙水压力，使得土体有效应力减少，抗剪强度大幅降低。掌握沉桩挤土效应产生的机理，有效预估挤土效应的发展，预防及减少挤土效应对相邻建筑物、道路设施及地下公用设施及邻近桩体的影响，具有重要的理论和实际意义。本文采用现场监测及数值模拟方法对静压桩沉桩挤土效应进行了研究。主要研究内容及结果如下：
　　 ⑴对汕头大学新图书馆静压桩施工进行现场监测，监测内容包括深层土体水平位移以及孔隙水压力变化。详细分析了大面积打桩及近距离打桩引起的桩周土体水平位移及超孔隙水压力的分布及变化规律，并研究了不同深度及不同土层土体水平位移的分布规律。
　　 ⑵根据实际工程中的土体参数，假设材料服从Tresca屈服准则，结合经典的圆孔扩张理论Tresca弹性区及弹塑性区解析解求得桩周土体弹性区及弹塑性区的应力场及位移场分布规律。
　　 ⑶使用PlaxisV8有限元软件结合位移贯入法对静压桩沉桩过程进行二维有限元分析，建立了与工程实际相符的二维轴对称有限元模型。该模型考虑了土体本构模型、初始应力场、大变形问题和桩土界面问题等问题，真实全面地实现了静压桩连续压入土体的全过程，具有仿真效果。分析单桩情况下距桩不同距离土体在压桩过程中的水平位移、垂直位移及超孔隙水压力变化规律。同时，探讨了有邻桩存在情况下桩群内及桩群外土体的水平位移及垂直位移在各个压桩过程中的变化规律，对比分析了有邻桩与无邻桩时土体的位移场变化。在不同土层当中进行静压桩沉桩数值模拟，分析了在不同土层中挤土效应的发展规律。
　　 ⑷使用Plaxis 3D foundation有限元软件结合力贯入法对静压桩沉桩过程进行了三维数值模拟，考虑了土体本构模型、初始应力场和桩土界面等问题。研究了单桩情况与桩体不同距离土体的水平位移、垂直位移的变化规律，对比分析了不同荷载下土体水平位移及垂直位移的变化情况。接着，研究多桩情况下，在不同桩体加载引起的土体水平位移、究多桩情况下，在不同桩体加载引起的土体水平位移、垂直位移的变化。