饱和软黏土中足尺静压桩挤土效应试验研究(精)

静压桩施工沉桩阻力及沉桩挤土效应研究共3篇静压桩施工沉桩阻力及沉桩挤土效应研究1静压桩是一种适用于土质较松软的地区，具有较强挤土能力的桩型。

静压桩施工通常是使用压力泥浆将桩周土层排挤出去，形成一定厚度的土体静压，从而达到增加桩身侧阻力和端承力的目的。

在静压桩施工过程中，由于压力泥浆的挤压作用，在沉桩过程中会产生一定的沉桩阻力和沉桩挤土效应，从而影响桩的沉入深度和承载力。

沉桩阻力是指在桩沉入土层过程中，由于土体的阻力而对桩产生的阻碍作用。

沉桩阻力主要有水泥土体积阻力、摩擦阻力和端承阻力三种。

水泥土体积阻力是指土体对桩身的垂直侧向挤压阻力，主要受土体骨架强度、密实度、含水率等因素的影响；摩擦阻力是指沉桩过程中桩身表面与土层接触并摩擦产生的阻力，主要取决于土体的摩擦角、桩身类型和粗糙度等因素；端承阻力是指桩端直接承受的土压力和摩擦力，主要受土层类型、桩端形状和桩径等因素的影响。

在静压桩施工中，三种沉桩阻力相互作用、相互转化，主要取决于施工工艺和操作水平。

沉桩挤土效应是指沉桩过程中挤出桩周土体形成的土体静压效应，从而形成桩身周围的压实土壤体积，增加了桩身的侧向支撑力。

在静压桩施工中，沉桩挤土效应是实现桩侧阻力增强的重要机理之一。

通过适当增大挤泥压力，可以提高桩周土体的静压效应，从而增大桩的侧向阻力。

静压桩施工沉桩阻力和沉桩挤土效应的研究，可以采用实测和分析两种方法。

通过沉桩试验和承载试验，可以获取不同施工工艺和工况下静压桩的沉桩阻力和承载性能，从而验证静压桩施工理论的正确性。

同时，可以采用数值模拟方法，建立桩土相互作用的数学模型，分析不同作用机理对静压桩沉桩阻力和沉桩挤土效应的影响，优化施工方案，提高静压桩的施工效率和工程质量。

总之，静压桩施工沉桩阻力和沉桩挤土效应研究有助于深入了解静压桩的工作机理和性能特点，为静压桩的设计和施工提供科学依据和技术支持。

静压桩施工沉桩阻力及沉桩挤土效应研究2静压桩又称为灌注桩，是一种高强度、高承载力的桩基础，广泛应用于建筑、桥梁、港口、水利等领域。

第19卷第3期水利水电科技进展1999年6月第一作者简介:陈文,男,硕士,助教,从事软土特性及地基处理研究.饱和粘土中静压桩沉桩机理及挤土效应研究综述陈　文　施建勇　龚友平 孙邦宾 (河海大学岩土工程研究所　南京　210098)　(淮阴市人防指挥办　江苏淮阴　223001)摘要　在分析饱和粘土中静压桩的贯入机理的基础上,对静压桩沉桩分析的圆孔扩张理论、应变路径法、有限元分析、滑移线理论和模型槽试验等五种方法逐一进行评述,并提出在传统的平面圆孔扩张理论基础上加以改进,采用准静态空间轴对称方程组对静压桩贯入过程进行模拟,从而得出土体位移、应力、初始超孔压的空间解析解,同时采用有限元分析、模型槽试验相互印证的研究方法.关键词　饱和粘土;静压桩;挤土效应;圆孔扩张理论 桩基工程较多地采用打入桩施工,但其锤击和振动所产生的噪音、地层扰动、废气、漏油、烟火等公害问题愈来愈严重.在城市建设中,对公害污染的限制要求愈来愈高[1],因此,静压桩以其振动小、噪音低、对环境影响小的优点,在我国越来越受到重视.静压桩在江、浙、沪、粤等沿海软土分布较广的地区以及人口密集的大城市的应用很广,取得了良好的效果,是一项很有发展潜力的施工技术.就本质而言,静压桩属于挤土桩.虽然较之打入桩,静压桩的贯入过程要平稳得多,但它在贯入过程中将使下部土体侧向移动,地表隆起,因而不可避免地要对相邻建筑物产生影响,地基土的侧向位移和隆起现象必将对已入土的邻桩产生径向压力及垂直向拉拔力,从而使邻桩产生一系列不良后果,如桩身弯曲、倾斜、水平位移等,给工程带来不良影响[2].另外,先压入的桩将使地基土产生挤密作用,一方面使土体密实度增大,地基承载力增加;另一方面可能产生后续施工压桩力增大的负面影响.人们迫切需要对静压桩的沉桩机理及挤土效应有较为明确的认识.国外对挤土桩的研究较早,但主要注重于打入桩的研究,而对静压桩的研究甚少;国内的研究工作始于80年代初[3],取得了一定的成果,但尚限于初步认识.因此,对粘性土中静压桩沉桩机理及挤土效应研究,不但有利于提高理论上的认识,而且对于估计静压桩的施工影响和指导设计具有现实意义.1　饱和粘土中静压桩的贯入机理静压桩施工时采用专用机架自重和配重或结构物自重,通过压梁或压柱将整个桩架自重和配重或结构物自重反力,以卷扬机滑轮组或电动油泵液压方式施加在桩顶或桩身上,当施加给桩的静压力与桩的入土阻力达动态平衡时,桩在自重或静压力作用下逐渐压入地基土中.压桩过程中,沉桩速率一般保持在一定数值以内,故可将桩体贯入视为匀速直线运动.静压桩在贯入过程中造成了桩周土体的复杂运动,桩尖以下土体产生压缩变形.随着桩贯入压力的增大,当桩尖处土体所受压力超过其抗剪强度时,土体发生急剧变形而破坏,桩侧土体产生塑性流动(粘性土)或挤密侧移和拖带下沉(砂性土),桩尖下土体被向下和侧向压缩挤开.地表处,粘性土体会向上隆起,地面深处由于上覆土层的压力,土体主要向桩周挤开,使贴近桩周土体结构完全破坏,周围土体亦受较大的扰动影响,而桩身受到土体强大的法向抗力所引起的桩周摩擦力和桩尖阻力的抵抗.同时,对于饱和粘性土,由于瞬时排水固结效应不明显,桩体的贯入产生超静孔隙水应力,随后孔压消散、再固结和触变恢复,在桩周形成硬壳层[1].对于静压桩,由于其贯入过程近乎匀速,因此,从理论上讲,采用准静态条件下的静力平衡对其模拟是合适的.2　静压桩沉桩机理及挤土效应的研究进展国际上对于静压桩的研究方法大致可以分为圆孔扩张理论(cavity expansion method ,简称CE M )、应变路径法(strain path method ,简称SPM )、有限元分析法(finite element method ,简称FE M )、滑移线理论和模型槽试验五类.2.1　圆孔扩张理论(CE M )圆孔扩张理论首先假设土体是理想弹塑性体,材料服从Tresca 或M ohr 2C oulomb 屈服准则,根据弹塑性理论给出无限土体内,具有初始半径的柱形孔或球形孔,被均匀分布的内压力p 所扩张的一般解.由于桩体贯入时,一定深度处的土体逐渐出现半径为桩径的孔洞,周围一定范围土体进入塑性状态,因此,一般采用柱形孔扩张来模拟除去靠近桩端和桩尖土体的变形情况[4,5].Butterfield 和Banerjee [5]首先提出将平面应变条件下的柱形孔扩张用来解决桩体贯入问题.他们假定:①土是均匀的、各向同性的理想弹塑性材料;②土体饱和、不可压缩;③土体屈服满足M ohr 2C oulomb 强度准则;④小孔扩张前,土体具有各向等同的有效应力.随着内压p 的增大,围绕柱形孔的柱形区域将由弹性状态进入塑性状态.塑性区随p 的增大而不断扩大,以外土体仍保持弹性状态.扩张过程如图1所示.图1　沉桩桩周应力、变形状态对于柱形孔扩张的平面应变轴对称问题,在极坐标下,平衡微分方程为d σr d r -σr -σθr =0(1)塑性边界上满足M ohr 2C oulomb 屈服准则σr -σθ=2C u (2)边界条件为r =R u ,　σr =p u(3) 按照土体体积不变的原理,求出该微分方程的解答,推出σr ,σθ及径向位移u r 的表达式.对于压桩引起的瞬时超孔隙水应力,则采用亨克尔的孔压方程导出:Δu =βΔσ0+αΔτ0(4) CE M 提出之后,经过Vesic [4],Carter 等[6],Ran 2dolph 等[7]的发展,已经成为解决沉桩对周围土体影响应用最为广泛的一种方法,这与CE M 形式简单、易于求解是密不可分的.CE M 具有以下优点:①径向对称的平面应变假定将问题简化为一维问题,未知变量数目很少;②控制方程由一套复杂的偏微分方程减为一个一次微分方程,可直接求解;③由于求解方法的简单性,可以对该贯入问题的许多复杂方面进行考虑,如大应变、高梯度、多重介质等.近年来,CE M 还发展到可以考虑材料应变硬化、应变软化[7～10]等,这反映在土体本构模型的采用由简单的M ohr 2C oulomb 模型发展为可以考虑应变硬化的修正剑桥模型[7]和应变软化的应力一次跌落模型[11],从而有利于考虑土体的实际变形特性,如剪胀等.这是CE M 的一大进步.国内的王启铜[10]等提出考虑土体拉、压模量不同时的柱形孔扩张解答.另外,施建勇[12]和蒋明镜[11]等还拟将“损伤”概念引入沉桩研究中,这也是CE M 的发展方向之一. 但是,应当指出,经典的CE M 具有一个很大的缺点,即其将一维的圆孔扩张解应用于桩体贯入这样一个三维轴对称问题,它假设应力只与径向坐标r 有关,而与竖向坐标z 无关,忽略孔壁竖向摩擦力τrz 的影响.然而,如前所述,沉桩过程中τrz 显然是存在的[1],它对土体中应力和位移必定要产生影响,CE M 对之未加考虑即予以忽略,这是不恰当的.CE M 模拟静压桩沉桩有其合理的内核,但尚存在上述问题,应当在CE M 的发展中对其进行改进.2.2　应变路径法(SPM )为克服CE M 的缺点,Baligh [13]提出了应变路径法.他假设土体变形可在不考虑本构关系的情况下,推广对速度积分求得变形,然后由微分求出应变.将桩体贯入模拟为单个边界以速度v 扩大的球形孔沿竖向匀速运动,通过对应变路径的描述,即三个偏应变εi (i =1,2,3)的分析,从而得出桩体贯入工程中土体位移和应变的变化情况,并得到了一些有意义的结论[14]:①发现桩周一定范围内土体存在“应变反转”和主应力旋转现象,土体有可能由“压”变为“拉”,这种现象将对应力和孔压产生显著影响,而CE M 忽略土单元的应变路径,无法对其加以解释;②证实了沉桩时土体可分为“塑性区”和“弹性区”两部分.CE M 对弹性区的应力和孔压估计较为合理;③指出了考虑土体“扰动”后性质变化的重要性.较之CE M,SPM优点在于,一方面可以考虑竖向贯入过程中,土体变形与竖向坐标的关系;另一方面可以考虑匀速贯入的连续性.所以,Baligh等人的研究有其独到之处,它可以给出贯入过程中土体应力、位移分布的大致情况.但是,SPM也有其缺点,它本质上只是一种近似的方法,而且计算较为繁琐.可以将之与CE M联合起来考虑,互为补充.2.3　有限单元法(FE M)有限单元法广泛地用于桩基计算中,它是十分有力的计算工具.许多学者已将之引入桩体贯入过程分析中.桩体的有限单元分析有采用小应变和大变形模型两种类型.a.小变形分析.在小应变分析中,将桩体置入预先钻好的孔中,周围土体仍处于初始应力状态,然后进行增量的塑性破坏计算,并假定破坏荷载等于贯入阻力.该过程并非完全正确,因为在静力贯入中,在桩侧将产生很大的侧向应力.正如所料,所产生的桩侧应力将导致实际阻力比小应变结果要大.静力贯入问题的小应变研究首先由de Borst和Ver2 meer[15]给出.G riffiths[16]对具有光滑表面的贯入仪阻力进行了分析.国内的周健采用变网格有限元对静压桩沉桩进行了数值模拟,得到了一些关于沉桩挤[17].b.大变形分析.在以往的分析中,尤其是经典的CE M中,一般均基于小变形假设,但事实上,在桩体贯入过程中应变很大,靠近桩周的土体中应变可达10%～20%[13],呈现出材料与几何双重非线性,这时用小变形假设显然不合实际.而采用大变形有限元则有可能克服上述缺陷.在静压桩的沉桩机理及挤土效应研究中,为考虑土体材料、几何双重非线性,以及静力贯入对初始应力条件的影响,有必要采用大变形有限元.Banerjee和Fathallah[18]发展了一套欧拉方程,通过应力变化率和应变变化率之间的关系,用有限元计算得出了沉桩过程中的应力和孔隙水应力.Sikora等[19]同样在假设大变形的拉格朗日方程基础上,用时间积分的方法得出其有限元解答.虽然Banerjee等人的工作克服了前人的研究中不考虑几何非线性的不足,但其所用的欧拉方法却很不方便,所以K iousis[20]等对此提出了改进.近年来,国内的谢永利[21]开展了土体固结大变形的研究,鲁祖统[22]建立了空间轴对称问题考虑大变形和弹塑性耦合的有限元方程和采用修正Lagragian算法的表达式,应用虚功原理推得了空间轴对称问题采用修正Lagragian格式的Biot固结有限元方法,并对单桩压入饱和粘土中桩和土体变形情况进行了研究.应该说,有限元在静压桩的沉桩机理及挤土效应研究的分析中显示出很强的生命力.从理论上讲,有限元方法可在工程计算中较为通用,它可以全面地反映土体中的应力、位移、孔压情况.大变形有限元在理论上较为完美,但在现阶段,有限元模拟桩基贯入还存在以下实际问题:①贯入过程难以精确地模拟;②有限元计算精度严重依赖于本构模型的选用,以及参数的确定.而现有土工试验试样制备难度较大,模型参数确定的难度可想而知.试验中一般采用重塑土的土性指标来代替天然土的土性指标,而这两者差别很大,其带来的误差往往比不考虑大变形要大得多.因此,对静压桩贯入的有限元模拟以及更广泛意义的沉桩过程(包括打入式、钻入式)的数值模拟作一些探索具有十分积极的意义.但是,将大变形有限元法的理论成果应用于实际分析,使其研究成果得到工程界的广泛接受,尚有待于进一步的探索. 2.4　滑移线理论Mayerhof等学者提出将贯入问题视为承载力问题,并采用滑移线理论来解决[23].K oum oto曾运用它对与静压桩类似的静力触探贯入问题用差分法进行了三维分析[24].虽然本方法在数学上简便,但似乎可靠性不高,因而采用的人也不多.2.5　模型槽试验由于对土体中静力贯入问题的严格分析难度较大,所以人们纷纷借助于模型槽试验[23],以建立贯入阻力和土体性质之间的经验关系式.上述经验关系可分为三类:①与相对密度的关系;②与摩擦角的关系;③与状态参数的关系.模型槽试验中,一个重要的问题是土体位移和应力及超孔压的量测.人们已在这方面取得了许多实际经验.Banerjee[26]在桩体上安装摩擦力和侧压力测量元件,测定模型槽中桩体贯入过程中的应力.至于土体位移的量测,刘祖德等[27]提出了显微镜跟踪法,应用于模型试验中.河海大学岩土工程研究所已于1996年建造起一座大型多功能模型试验槽,尺寸为3m×2m×3m,侧面设有有机玻璃观察窗.丁佩明[28]利用该模型槽进行了砂土中的静压桩试验,通过在土体中按一定的距离在垂直于试槽玻璃方向埋设长度小于5mm的大头针,取得了有关压桩产生的土体位移的一些成果.由于模型槽尺寸有限,土体、桩体均按比例缩小,因此所得结果与现场实际将有出入.因为试验结果依赖于模型槽的尺寸和采用的边界类型,试验值和现场实测值之间的差别将十分显著.虽然模型槽试验广泛用来得到贯入阻力和土体性质之间的关系,它仍具有以下一些不足之处:①模型槽尺寸有限,因此,在未对其结果作修正之前,无法应用于工程实际;②在建立基于模型槽试验结果的关系式时,土体刚度常被忽略;③一种土体中所得的模型关系式不能直接用于另一种土体;④模型缩小之后,土体自重的影响与实际情况不符,因此只能作为定性分析,而无法得到精确的定量成果.3　对饱和粘土中静压桩的沉桩机理及挤土效应研究的展望 对以上各种沉桩贯入研究方法的分析可知,静压桩沉桩机理与挤土效应的研究涉及以下方面:①桩侧土压力(包括径向压力σr,侧壁摩擦力τr z)的分布问题;②土体中应力大小和分布;③超孔隙水应力的大小和分布;④土体位移和影响范围,⑤桩周土体密实度的变化.在上述方法中,极限承载力理论过于简单;应变路径法则过于复杂,较少有人采用;有限元模拟的力学原理清晰,但其模型参数难以确定;圆孔扩张理论则是几种理论中应用最广的方法,它抓住了问题的本质,可以较好地模拟沉桩过程土体的侧向扩张,且使用方便,但同时,该方法也有其不足之处,主要体现在其不考虑竖向坐标的影响,将空间柱体的扩张简化为平面应变问题.其解答,若应用于旁压仪等竖向坐标影响很小的问题分析是合适的,但对于静压桩贯入这种空间课题,不加讨论即将z坐标忽略,势必带来理论和结论上的偏差.因此,可以从理论分析出发,汲取CE M的合理内核,并对其加以改进,从土体非线性、桩土共同作用、空间性等方面对静压桩的沉桩机理及挤土效应的最本质的特性进行分析,而对于大变形问题,则有待今后进一步的研究.经典的平面圆孔扩张理论对静压桩沉桩进行模拟时,为便于推导,均假设问题为平面应变情况,即孔壁内压沿深度保持不变,同时忽略孔壁摩擦力,土体中应力与z坐标无关.这种假定不但忽略土体自重的影响,而且忽略孔壁压力和摩擦力随深度的变化,所求得的位移、应力和超孔压值也与z坐标无关.对于桩长不大时,z坐标的影响有限,但对于桩长为20～30m的长桩,z坐标的影响不容忽视.许多研究者已逐渐注意到这个问题.大量的实测资料表明,桩体或触探仪贯入过程中,不但桩壁侧压力,而且桩侧摩擦力亦随深度变化.美国麻省理工学院的Azzouz[29]和Mas ood等[30]分别采用P LS(piezo2lateral stress cell)和CPT(cone pene2 tration test)对沉桩过程中侧壁应力σr,τrz和超孔压Δu进行量测,发现它们沿桩长呈线性增大分布.因此,对饱和粘性土中静压桩的沉桩机理及挤土效应进行空间理论分析,将具有十分重要的理论意义和工程价值.其具体实施可按如下步骤进行:首先在平面应变圆孔扩张理论的基础上,建立空间的平衡微分方程组;然后通过室内和现场试验实测数据的分析,确定其应力边界条件;通过寻找适当的应力函数,推导出上述问题的弹性区的应力、位移、超孔压解析解空间轴对称解答,在塑性区采用M ohr2 C oulomb屈服准则,求解方程组,推导出桩侧塑性区应力、位移、超孔压解析解;通过静压桩离心模拟试验,模拟土体竖向自重的影响,测定压桩产生的土体位移、超孔压实测值,并与上述理论值相比较,检验是否满足公式的规律性,并建立反映整个土体位移、超孔压理论计算公式;利用工程实测数据,检验上述理论公式的正确性;采用“位移边界”有限元对离心模拟试验进行数值分析,并将有限元计算值、实测值和理论公式计算值进行对比;进一步对理论公式进行验证,从而得出较为合理的结论.本文作者已经在这方面开展了大量的工作,得到了较为合理的结果[31].4　结　语通过静压桩沉桩机理和挤土效应研究历史和研究方法的分析,本文提出的在平面圆孔扩张理论基础上发展空间轴对称解析方程,并结合有限元分析和静压桩离心模拟试验相互论证考虑问题的空间性的方法,相对于平面分析更具现实意义.该课题在以后的发展中可以将“大变形”和“损伤”等概念引入研究中.饱和粘土中静压桩的沉桩机理及挤土效应问题的解决,将有助于对静压桩的施工影响范围进行评估,从而为设计和施工提供更好的依据,带来良好的经济效益.并且,其空间应力、位移、超孔压解答还可应用于静力触探应力分析、孔压触探、桩基承载力分析等相关课题中,具有广泛的工程应用前景.因此,对饱和粘土中静压桩的沉桩机理及挤土效应开展一系列深入的研究是十分有益的.参考文献1　《桩基工程手册》编写委员会.桩基工程手册.北京:中国建筑工业出版社,19952　C ooke R W,Price G,T arr K.Jacked piles in London clay:a study of load trans fer and settlement under w orking conditions.G eotechnique,1979,29(2):113～1473　施鸣升.沉入粘性土中桩的挤土效应探讨.建筑结构学报,1983(1):60～714　Vesic A S.Expansion of cavity in in finite s oil mass.Jour S oil Mech F ound 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It is considered that the establishrment of a flood control system for the Huaihe River is the premise of sustainable development of the Huaihe basin.The strategy of harnessing the Huaihe River inv olves overall and long2 term planning.Suggestions are put forward about flood retarding and discharging,regulation of flood plains,urban flood control and utilization of waterfront.It is als o suggested that the long2term strategic plan for the Huaihe River regulation should be formulated without delay.K ey w ords　Huaihe River;river regulation;river planning;flood plain;sustainable developmentScientific R esearch in Three G orges Project and Application of R esearch AchievementsΠDai Huichao (China Yangtze Three Gorges Project Development Corporation,Yichang,Hubei443002)Abstract　A brief introduction to scientific research in the Three G orges Project(TG P)and the applications of research achievements is given,which include treatment of newly slited layer on the foundation of the first stage earth2rock cofferdam,dum ping bottom technique of river closure in deep water,construction of cut2off walls in the second stage earth2rock cofferdams,32D com puter simulation of river closure,concrete casting alternatives and selection of major construction equipment for the second stage construction optimization of durability of raw materials of concrete,deep sliding resistance and stability of the intake dam section,the section of the intake of the power station,the intake penstock of the power station, lay out and hydraulics problems of shiplocks,stability of high slopes of shiplocks,and optimization of the system structural anchor bars to reduce the risk of cracking in the concrete wall and700MW turbine generator units.K ey w ords　cofferdam;river closure;concrete construction;shiplocks;high2slopes;turbine generator units;TG PA B rief I ntroduction to T aiw an W ater ConservancyΠNiu Zhan(Hydrologic Bureau o f YRCC,Zhengzhou 450004)Abstract　According to a preliminary investigation about T aiwan water conservancy,this paper introduces the features of rains and river floods,the policies for constructions of projects with em phasis laid on water res ources development and distribution and flood prevention,the measures to handle river sediment,the general concept of water conservancy planning and environmental protection,etc.in T aiwan.It can be seen that,on the basis of its great success,T aiwan water conservancy keeps the situation of continual construction and that efforts are still being made to deepen management as the economy develops and the demand rises.K ey w ords　water conservancy construction;water conservancy project;water res ources;flood control; sediment;environment water conservancy;T aiwanR evie w of Penetration and Soil Compaction E ffect of Pile Jacks in Saturated ClayΠChen Wen,et al(College o f Civil Engineering,Hohai Univ.,Nanjing210098) Abstract　Reviewed are five methods for the analysis of the penetration of jacked2in piles,namely,cavity expansion method,strain path method finite element method,slip line method and calibration m odel test.A fter analysis,it is pointed out that it is m ore rational to adopt sub2statical spatial axisy numerical formulas based on traditional plane2strain cavity expansion method in the analysis.A fter spatial closed2form s olutions are obtained for s oil m ovements,stresses and initial excessive pore pressures generated durihy pile penetration are found out. It is suggested that finite element analysis together with centrifugal m odel test be used in verifying the results.K ey w ords　saturated clay;jacked2in pile;s oil com paction effect;cavity expansion methodApplication of GPS T echnique in River Closure of Three G orges ProjectΠHu G uangyang(Surveying and Mapping Technique Company,China G ezhouba Group, Yichang City,Hubei Province,443002)Abstract　The success ful control survey and underwater topography survey are introduced for the2nd stage cofferdams with G PS technique,with em phasis laid on the application of real2time diffrence G PS in the underwater topography survey.The problems of large loads of w ork and high technical requirement of the project are s olved, and the essential technical data for the river closure of the Three G orges Project are provided.K ey w ords　G PS technique;control survey;underwater topography survey;navigation guide;digital mapping。

静压桩挤土效应及防治方法研究
静压桩引起的挤土效应对工程的建设与周边的环境有重大的影响，因此，对静压桩的挤土效应和减少挤土效应的各种措施的研究具有非常重要的意义。

本文首先详述静压桩挤土效应的研究现状和关键问题，然后分析了研究挤土效应的相关分析理论和分析方法，并在此基础之上，做了以下主要工作：1.利用基于圆孔扩张理论的有限差分法，并采用位移贯入方式，建立了二维轴对称模型。

模型中考虑了有限变形、接触非线性、弹塑性本构关系、计算机的耗时等问题。

从而，能较为真实的对单桩沉桩过程进行模拟。

2.阐明了基于FLAC3D拉格朗日差分程序分析桩土相互作用的基本原理，利用模型分析了静压桩压入不同深度时土体的位移场；分析了压桩后土体的应力场；分析对比了不同土体参数（粘聚力、内摩擦角、泊松比、模量比）下土体位移场。

3．分析了静压桩挤土效应给周边环境带来的影响，给出了不同阶段（设计阶段、施工阶段）减少静压桩挤土效应的各种常用措施，并指出其原理、特点和在实际工程中的指导意义。

饱和粘土中静压桩挤土效应的离心模型试验研究
陈文;施建勇;龚友平;周林根
【期刊名称】《河海大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】1999(27)6
【摘要】通过静压桩在不同粘土中贯入的离心模型试验，对桩体贯入饱和粘土时
的土体位移和初始超孔压的空间分布情况进行了研究．研究结果表明土体径向位移在水平方向具有对数递减的规律，而在竖向２／３桩长范围内呈线形增加分布，
约在２／３桩长处增加到最大值，在其下范围内逐渐减小、直至桩尖以下约５～１０桩半径处衰减为零；试验结果同时表明，大部分桩长范围内，初始超孔压具
有随计算点至桩轴水平距离的加大而呈对数减小、随深度的加大而增加的分布规律，同时得出了初始超孔压的大致影响范围，试验结果显示了对该课题进行空间分析的必要性．
【总页数】7页(P103-109)
【关键词】饱和粘土;静压桩;挤土效应
【作者】陈文;施建勇;龚友平;周林根
【作者单位】河海大学土木工程学院;江苏华新建设工程集团
【正文语种】中文
【中图分类】TU432;TU473.1
【相关文献】
1.软土中静压桩挤土效应的模型试验研究 [J], 李富荣;张艳梅;王照宇
2.静压群桩沉桩挤土效应模型试验 [J], 张建新;赵建军;鹿群;孙世光
3.饱和粘土中静压桩沉桩机理及挤土效应研究综述 [J], 陈文;施建勇;龚友平;孙邦宾
4.成层地基中静压桩挤土效应模型试验研究 [J], 张述涛;李镜培;李雨浓
5.饱和软黏土中足尺静压桩挤土效应试验研究 [J], 周火垚;施建勇
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静压桩挤土效应及施工措施研究静压桩是一种常见的地基处理方法，具有施工噪声小、振动低、速度快等优点。

然而，静压桩施工过程中的挤土效应问题也备受。

挤土效应不仅会对周围环境造成一定的破坏，还会影响桩基工程的施工质量。

因此，研究静压桩挤土效应及采取相应的施工措施具有重要意义。

本文采用文献综述、实地调查和实验测试相结合的方法进行研究。

通过文献综述了解静压桩挤土效应的基本理论和研究现状；通过实地调查掌握静压桩施工过程中的挤土效应情况；通过实验测试探究挤土效应对桩基工程质量的影响，为采取相应的施工措施提供依据。

挤土效应是指静压桩施工时，桩周土体在桩轴向压力作用下产生变形、位移和扰动，导致桩周土体对桩产生向上的挤压力。

挤土效应对桩基工程的影响主要体现在以下几个方面：对周围环境的影响：挤土效应会导致周围土体位移和变形，影响周边建筑物的安全。

对桩基工程质量的影响：挤土效应会使桩周土体对桩产生向上的挤压力，导致桩身产生上浮现象，影响桩基工程的稳定性。

对施工进度的影响：挤土效应会使施工受阻，延误工程进度。

针对挤土效应对桩基工程的影响，提出以下施工措施：改变压桩顺序：采取跳压法、间歇压桩法等措施，减小挤土效应。

使用低等级别的桩帽：通过降低桩帽的刚度，减小挤土效应。

合理设置排水设施：在施工过程中设置合适的排水设施，降低地下水位，减小挤土效应。

加强现场监测：施工过程中加强桩顶位移、地下水位等参数的监测，以便及时采取相应措施。

本文通过文献综述、实地调查和实验测试等方法，对静压桩挤土效应及施工措施进行了研究。

结果表明，挤土效应对桩基工程的影响主要体现在周围环境、桩基工程质量和施工进度等方面。

为减小挤土效应，可采取改变压桩顺序、使用低等级别的桩帽等施工措施。

未来研究方向应包括进一步完善挤土效应的理论模型、开展更加系统和深入的实验研究以及优化施工工艺等方面。

本文通过对钻孔桩泥皮土与桩间土性状的试验研究，详细探讨了其性状特征及影响因素。

静力压桩的挤土效应及防治对策摘要：介绍静力压桩挤土作用的机理和对工程环境的影响，提出防治对策，并结合工程实例进行分析。

关键词：静力压桩，挤土效应，防治对策一前言静力压桩在施工中具有低噪音、施工过程无振动、无泥浆污染、沉桩速度快等优点，在现在的城市建设中广泛应用，但是静力压桩在压入饱和软粘土的过程中所产生的挤土效应对工程环境的影响是比较严重的。

因此，我们必须了解静力压桩挤土作用的机理和对工程环境的影响，并根据实际情况采取有效的防治对策。

二静力压桩的挤土作用的机理和对工程环境的可能影响静力压桩的贯入挤土作用机理大体为［１］，当桩尖处土体所受的压力超过其抗剪强度时，桩侧土体产生塑性流动（对粘性土）或挤密侧移和拖带下沉（砂性土），桩尖下土体被向下和侧向挤开。

地表处，粘性土会向上隆起；地下深处，由于上覆土层的压力，土体主要向桩周挤开，使贴近桩周土体结构完全破坏，周围土体亦受到较大的扰动影响，而桩身受到土体强度的法向抗力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗。

同时，对于饱和粘性土，由于瞬间排水固结效应不明显，桩体的贯入产生超孔隙水压力，随后孔压消散、再固结和触变恢复，在桩周形成硬壳层。

静力压桩的可能影响有［2］：⑴挤土桩沉入地下时，桩身将置换等体积的土体，因此沉桩会使周边一定范围内的地面发生竖向隆起和水平位移(桩周土体受剪切破坏，桩周一定范围内的土体受到扰动产生变形，这种变形表现为地面隆起和土体水平位移)；并可能使邻近已压入的桩上浮形成悬桩、桩位偏移和桩身翘曲，严重时甚至断桩。

⑵挤土桩施工过程实际是一个挤土过程，压桩使桩周土体中的应力状态发生改变，桩入土过程桩周土体尤其在靠近桩表面处产生很高的孔隙水压力。

⑶压桩过程桩周土体被重塑和扰动，土的原始结构遭破坏，土的工程性质与沉桩前相比有很大的改变。

⑷压桩后桩周土体中孔隙水压力的缓慢消散，土体会再固结，可能使桩侧受到负摩阻力的作用；并导致桩周土体下沉，土体与承台脱离；同时可能导致建筑物出现不均匀沉降。

静压桩沉桩挤土效应研究及实测分析静压桩具有桩身质量易于保证和检查，价格相对较低，以及施工工效高、无泥浆和噪音污染等优点，目前已成为我国工业与民用建筑中，特别是软土地基上各类建筑中广泛采用的桩型之一。

但静压桩也有其相对缺点，那就是它属于排土置换桩，容易对周边环境造成不利的影响。

随着人们环保意识的不断增强，对静压桩挤土效应带来的各种问题也越来越引起人们的重视。

本文在总结国内外众多学者研究的基础上，主要作了以下工作。

1．本文在Vesic孔扩张理论的基础上，推导了Tresca材料和Mohr-Coulomb材料具有初始孔径的孔扩张理论统一解析解；对于具有软化特性的Tresca材料，假设软化曲线为双曲线型，推导了孔扩张理论的统一解析解。

2．探讨了柱孔扩张时初始孔径率、软化系数对Tresca材料应力场、位移场的影响规律。

孔扩张过程中，随着初始孔径率的不断增大，塑性区半径、径向位移、径向应力及最终扩孔压力不断减小；随着软化系数的不断增大，径向应力及最终扩孔压力不断增大。

3．探讨了柱孔扩张时初始孔径率、软化系数对Tresca材料超静孔隙水压力的影响规律。

随着初始孔径率的不断增大，超静孔隙水压力不断减小，影响半径也不断减小；具有软化特性的Tresca材料，塑性区超静孔隙水压力主要决定于软黏土的软化系数、塑性区半径以及破坏时的孔隙水压力系数等；随软化系数的不断增大，塑性区超静孔隙水压力不断增大，弹性区超静孔隙水压力则与软化系数无关。

4．对三里亭南区R10组团沉桩工程实测土体水平位移和超静孔隙水压力作了分析，得到一些具有工程意义的经验和规律。

5．在三里亭南区R10组团沉桩工程实测超静孔隙水压力的基础上，分离出单桩沉桩时产生的超静孔隙水压力，并对单桩产生的超静孔隙水压力实测值、理论值作了对比分析。