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静压桩挤土效应及施工措施研究

罗战友  
【摘要】: 静压桩因具有无噪音,无振动,无冲击力,施工应力小等诸多优点而得到了较为广泛的应用。但是,静压桩属于挤土桩,其产生的挤土效应会对周边环境造成不利的影响,严重者可能造成邻近的建筑物开裂,道路隆起以及地下管线断裂等工程事故。因此,能有效地预估静压桩产生的挤土效应以及采取能够减少挤土效应的施工措施都具有非常重要的工程意义。本文首先详尽地分析了圆孔扩张理论、应变路径理论、有限元理论在静压桩挤土效应方面存在的不足,并在此基础上做了如下工作: 1、基于SPM法的理论基础,在小应变假定情况下,推导了静压单桩周围土体位移场的解析解。该解析解能够解决如下问题:地表面的自由边界条件问题;土体不可压缩问题;预钻孔与管桩问题,并给出了整个压桩深度内的土体位移场。由位移场的解析解分析可知,桩身整个深度内的水平向位移场是向外挤出,竖向位移场在表层土体表现为隆起,而深层土体表现为下沉。对大应变假定情况下的土体位移场也做了相应的理论推导,并比较了大小应变情况下挤土产生的位移场差异。 2、在得到静压单桩挤土产生位移场的基础上,运用拉格朗日插值法得到了已存在桩的情况下压桩产生的土体位移场,并推导了二桩,排桩及静压群桩施工产生的迎桩面及背桩面位移场的解析式。该式考虑到了沉桩施工顺序的影响,较各桩的简单叠加更符合工程实际情况,而且能够简化为不考虑施工顺序的静压群桩挤土位移场的解答。 3、根据目前有限元在模拟静压沉桩方面存在的不足,指出了模拟沉桩过程需要解决的问题:土体的有限变形;接触问题;本构关系;位移贯入法的加载问题。接着建立了能够模拟沉桩连续贯入的有限元模型,利用该有限元模型分析了桩土模量比、桩土界面接触刚度、桩土界面摩擦、泊松比以及土体的c和Φ指标等因素对沉桩挤土效应的影响。在相同的假定条件下,将数值解和解析解进行了对比分析,得出了近似一致的结论。 4、利用有限元对减少静压桩挤土效应的施工措施进行了理论分析,讨论了预钻孔与防挤土槽等施工措施的防挤效果。 最后通过实测的结果和单桩及群桩解析解的结果对比,精度基本上能够满足工程需要。


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