取土桩对静压桩挤土效应的影响分析

摘要

静压桩以在施工过程中污染小、无振动、噪音低、施工速度快且质量易于保证等诸多优点近年来在城市基础设施建设中得到广泛应用。静压桩的沉桩挤土效应可有效提高桩周土体对桩的侧阻作用，也可使桩周土体的承载力得到进一步的发挥。但挤土效应对工程建设场地的周围环境有较大影响，当采用多道工序施工时，随着工序的逐步进行，挤土效应将使后施工静压桩的压桩力显著提高，施工难度增大，甚至出现爆桩现象。因此以取土桩替代部分挤土桩形成取土桩与挤土桩复合地基，成为降低静压桩施工难度、缓解施工过程对环境不利影响的有效途径之一。
　　 本文在前人研究的基础上，详细阐述了静压桩挤土效应的研究现状和关键问题，总结了目前研究挤土效应的常用方法:圆孔扩张理论、应变路径法、有限元模拟等。针对先施工静压挤土桩再施工取土桩的施工工序特点，采用数值模拟方法，分析了河南地区典型砂土、黏土和粉质黄土条件下的静压桩施工过程中桩周土体应力场、位移场及桩侧阻力的分布与变化规律。在此基础上，研究了取土桩施工对静压桩轴力、侧阻力的影响，得到以下研究结论:
　　 (1)静压桩沉桩结束后，砂土、黏土和粉质黄土同一深度处土体的水平位移沿径向呈指数衰减，距桩身越近衰减的越快;紧靠桩身一定范围内的土体竖向位移表现为隆起，在该范围之外，土体位移表现为下沉;土体的竖向位移随深度先增大再减小，最大的竖向位移发生在距离地表一定深度处;
　　 (2)静压桩沉桩结束后，砂土、黏土和粉质黄土的径向应力和竖向应力沿径向呈指数衰减，粉质黄土衰减快，砂土衰减较慢;径向应力和竖向应力随土体深度的增加而增大，由于桩尖的劈裂作用，应力在桩尖以上部位达到最大值;
　　 (3)在取土桩桩长一定的条件下，静压桩的极限承载力随桩间距、桩径的增加而增大。桩身轴力在取土桩桩身长度范围内变化幅度较小，相应的桩侧阻力发挥度较小;在取土桩桩长以下区域，侧阻力线性增加，在距桩尖一定距离处达到最大值，并在桩尖处急剧减小;在取土桩和静压桩桩间距一定的情况下，静压桩的极限承载力随取土桩桩长的增加而减小，随桩径增加而增大;
　　 (4)静压桩的桩侧阻力受取土桩施工影响较大，在取土桩未施工时，桩侧阻力发挥较大，取土桩施工后，桩侧阻力发挥较小。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 挤土效应的研究成果现状

1．2．1 沉桩对桩周土体应力场影响

1．2．2 沉桩对桩周土体位移场影响

1．2．3 沉桩对超孔隙水压力影响

1．3 挤土效应的理论研究

1．3．1 圆孔扩张理论

1．3．2 应变路径法

1．3．3 有限单元法

1．4 本文的主要研究工作

2 基于静压桩极限承载力力学分析

2．1 引言

2．2 桩的极限承载力理论

2．2．1 单桩极限承载力

2．2．2 荷载传递机理

2．2．3 单桩承载力的确定

2．3 圆孔扩张理论

2．3．1 基本假定

3．3．2 公式推导

2．4 减小挤土效应的措施

2．4．1 设计阶段的措施

2．4．2 施工阶段的措施

3 静压桩挤土效应分析

3．1 引言

3．2 静压桩数值模拟过程中应注意的问题

3．2．1 大变形和非线性问题

3．2．2 荷载施加问题

3．2．3 本构关系问题

3．3 挤土效应的有限元模拟

3．3．1 数值分析软件简介

3．3．2 Mohr-Coulomb本构模型简介

3．3．3 模型的建立

3．4 有限元模拟结果分析

3．4．1 沉桩位移

3．4．2 沉桩应力

3．4 本章小结

4 取土桩施工对静压桩挤土效应的影响分析

4．1 引言

4．2 取土桩施工对静压桩挤土效应影响的模拟

4．2．1 影响静压桩承载力的因素

4．2．2 模型建立

4．2．3 模型计算参数

4．3 数值模拟结果分析

4．3．1 取土桩桩长对静压桩极限承载力的影响(参数L2)

4．3．2 静压桩-取土桩桩间距对静压桩极限承载力的影响(参数s)

4．3．3 桩径对静压桩极限承载力的影响(参数d)

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

个人简历