饱和粘土中静压桩沉桩机理及挤土效应研究综述pdf
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 -σ
θr =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σ
r
,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.
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(下转第59页)
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国内湿磨水泥、Cx灌浆水泥等超细水泥的应用,除上面提到的新安江水电站外,在三峡一期工程、五强溪水电站、清江隔河岩水电站、基院寺水库、黄河上的公伯峡水电站、黄山脚下的毛坦砌石拱坝等工程的帷幕灌浆、固结灌浆、接缝灌浆和漏水处理施工中得到了应用.改性灌浆水泥的开发,由于其基本性能较其它超细水泥要好,在某些方面已超过化学灌浆材料,灌浆工艺也较简单,随着今后不断试验研究,在水利水电工程施工中将会得到更广泛的应用.
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(收稿日期:19980518 编辑:马敏峰)
(上接第41页)
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(收稿日期:19980310 编辑:熊水斌)
Abstract The regulation of the Huaihe River is discussed from the view point of sustainable development. 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 development
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K ey w ords cofferdam;river closure;concrete construction;shiplocks;high2slopes;turbine generator units;TG P
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K ey w ords saturated clay;jacked2in pile;s oil com paction effect;cavity expansion method
Application 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
管桩的挤土效应(最新总结)
管桩的挤土效应 静压预制桩属挤土桩，由于大量桩体积的压入，破坏了土体的相对平衡状态，在不排水条件下桩必须向外挤开与自身体积相等的土体体积。施工的桩数越多，压桩的速度越快，土侧压力增量就越大，当桩周围土体结构破坏并产生隆起时，对周围建筑或地下管线设施就可能造成损害。 在饱和软土层中，由于其渗透系数小，土体挤压后导致了孔隙水压力的急剧增大，即产生了“超静孔隙水压力”。它通过地层中的含水层迅速向四周传播，其影响的范围更甚于一般土体挤密的挤压应力。压入1根桩后，就能使桩周围2m~3m范围内饱和软粘土中孔隙水压力U>G（G为上覆土总重），在此范围之外超静孔隙水压力△U逐渐减小。在不同的地质条件下，由于土的渗透系数不同，孔隙水压力的变化规律亦不同。淤泥渗透系数低，超静孔隙水压力不易消散；而在淤泥与粉细砂交互层中，由于粉细砂层渗透性相对较好，淤泥中产生的超静孔隙水压力将通过粉细砂层较快消散。 在沉桩过程中，土体挤压应力和所造成的超静孔隙水压力对邻近建筑物的影响，起了共同的作用。根据施工实践反映为浅层大、深层小、近处大、远处小，影响范围可达1~1.5倍桩长,并与地质状况、平面布桩率、压桩速度、施工顺序等因素有关。同时，沉桩本身产生的土体挤压与超静孔隙水压力还将对已施工的桩产生水平位移与上浮，造成桩基质量事故。随着打桩间歇时间的推移，所增大的土体应力与超静孔隙水压力将逐步扩散以至消失，地层重新固结又对周围建（构）筑物形成不利影响。 静压法沉桩与锤击法相比，除了无振动、无油污、无噪音外，对降低土体的挤压应力与超静孔隙水压力没有优势性，另外,由于昼夜施工以及设备太重致使地基沉陷而产生的影响更甚于锤击桩。在饱和软粘土中压桩，特别是在平面布桩率高、施工场地狭小、四周有毗邻旧建筑物的情况下，对周围环境的影响更为直接，而采取文中所述的几项防护措施并辅以施工过程跟踪监测，是能够取得预期效果的。影响范围1~1.5倍桩长，可以采用限打，或周边开挖防震沟。钻孔等方法减少对周围的影响。 3、布设应力释放孔及开挖防震沟 为了降低孔隙水压力，减轻土体挤压产生的位移，在主要受影响的西南侧（靠马路一侧）布设一排Φ600、深度15米的应力释放孔，间距1.5米，上面再开挖一条深3米、宽2米的防震沟。同样在3幢大厦的分界线处布设2排同样直径、深度的应力释放孔。受挤压的水释放入应力释放孔，该孔及防震沟中的水不断抽出，在打桩期间一直保护最低水位，缓解了孔隙水压力的上升趋势，有效地控制了土体位移的发展。 4、钻孔取土 为减少桩位土体挤压，通过与设计院协调，在不影响桩基承载力的前提下，确定预先取土15米，直径Φ600，既加快了压桩速度，又有效地减小了挤土效应。 管桩的挤土效应与土的性质、桩的密度、桩的入土深度有关，在淤泥质地基中，桩的密度越大，这种影响也就越明显，其影响范围大体为1~1.5h(h为桩入土深度)。桩越深，影响范围越大，但由于受到四周土自重的约束，桩的挤土效应也受到限止；而对于入土深度不大的浅埋基础，这种影响就不能小视的了，其影响的大小与桩的密度有关，根据本人观察和分析认为桩的密度在 2.5%以下时可不
桩基静压试验承载力检测方案
新建上海至南通铁路（南通至安亭段）站前工程HTZQ-Ⅵ标段 桩基静压试验承载力检测方案 编制： 复核: 审核： 中铁一局沪通铁路工程站前Ⅵ标二分部 二〇一五年九月三日
目录 一、工程概况 (1) 二、编制依据 (2) 三、编制目的 (2) 四、试桩工点的选取 (2) 五、试验时间计划 (3) 六、试验方法 (3) （一）加载装置及设备安装示意图 (3) （二）荷载堆载材料 (4) （三）桩头处理及场地要求 (4) （四）试验加、卸载方法 (5) 七、质量保证措施 (5) 八、安全保证措施 (6)
一、工程概况 1、概况 上海至南通铁路南通至安亭段站前工程Ⅵ标项目二分部位于上海市嘉定区与江苏昆山市花桥镇境内，线路呈南北走向，分部起始里程为DK125+448.14，终点里程DK130+294.71，段线路总长4.89km，由两座特连续梁桥和简支箱梁组成；其中跨顾浦河连续梁桥跨径为32m+48m+32m，全长113.1m，跨宝钱公路连续梁桥跨径为60m+100m+60m，全长221.5m。 2、地质与地震 1、地质条件 桥址区主要的岩土层主要为第四系冲积、海冲积、冲海积松散堆积岩，岩土层勘探深度范围内地层结构及特征从上至下按地层有新至老具体分述如下： （1）人工填土：灰褐色、灰黄色、松散，稍湿，成份以黏性土为主，夹碎石。 （2）1粉质粘土：灰色、灰黄色，软塑，σ0=120kPa。 （3）1淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，σ0=70kPa。 （4）1粉质黏土：褐黄色夹灰绿色，硬塑，σ0=150kPa。 （4）3粉土：黄褐色、灰色，稍密-中密，饱和，σ0=120kPa。 （5）1粉质粘土：灰色、软塑，σ0=90kPa。 （5）2粉砂夹粉土：灰色，中密，饱和，σ0=120kPa。 （5）3粉质粘土：灰色‐灰褐色，软塑，σ0=120kPa。 （7）1粉土：草黄色‐灰色，中密-密实，潮湿，σ0=150kPa。 （7）2粉砂：草黄色‐灰色，中密-密实，饱和，σ0=180kPa。 （7）2-1粉质粘土：灰色，软塑，σ0=120kPa。 （8）1粉质黏土夹薄层粉砂：灰色，软塑偏硬，σ0=150kPa。 （9）1粉、细砂：青灰色，密实，饱和，含云母碎σ0=200kPa。 （10）2粉质黏土：灰色，硬塑，σ0=200kPa。 2、水文条件 地表水发育，主要为河、塘中水。地下水为孔隙潜水，勘察期间测得地下水稳定水位埋深0.0～2.1m，地下水主要靠大气降雨补给，水位随季节交替略有变化。下层地下水为第四系松散岩类孔隙弱承压水。 第1页
浅谈静压管桩挤土效应及预防措施#
浅谈静压管桩挤土效应及预防措施 静压管桩在沉桩的过程中会产生挤土效应，进而对周围的环境产生不良的影响，严重的可能造成周围的建筑物的开裂、道路隆起以及地下管线断裂等事故。所以在施工的过程中，应该采取适当的措施来减少挤土效应的产生。静压管桩在施工的过程中产生挤土效应是不可避免的，具体的表现主要分为两个方面：一个是在挤土的过程中，桩周的土体发生变形，从而对其周围的建筑物造成了一定的影响；另外一个是在压桩前后土体的应力状况也发生了很大的改变，对承载力也有一定的影响。 一、静压管桩挤土效应影响表现如下 （1）沉桩时在压桩区一定范围内产生土体的水平位移。在饱和软土中沉桩时，由于桩要置换相同体积的土，对周围土体产生侧向挤压，引起土体水平位移，过量的土体水平位移作用在先前打入的桩上，会造成桩位的偏移、桩身的弯曲，甚至会造成桩的折断。 （2）沉桩时，桩对周围土体产生的挤压作用，还会在一定范围内造成地面的垂直隆起和抬高，并有可能造成先沉入桩上浮。由于地面隆起，己沉入桩上抬，造成桩尖脱空，对于端承桩而言，极大地影响了单桩承载力的发挥。 （3）静压桩挤土效应引发的环境问题。土体的垂直隆起和水平位移会对沉桩范围外一定距离内的建筑物、道路、隧道，地铁和管线造成一定程度的破损，有可能引发工程事故。 （4）沉桩过程中，特别是在饱和软新土中沉桩，会产生很高的超静孔隙水压力。过高的超静孔隙水压力也妨碍施工的速度，甚至威胁邻近建筑物的安全，也会影响桩基的承载力。超静孔隙水压力在施工后一段时间内的消散还会对土体的强度产生很大的影响，从而引起土体强度的变化。 （5）沉桩时桩对土体的扰动，使桩身周围土体的应力状态发生变化，桩周土体实际上是一个被撕裂、破坏、扰动和重塑的过程。土体的原始结构被破坏，土体工程性质较沉桩前有较大的改变。
静压桩的沉桩机理
静压桩的沉桩机理 1、前言 在我国沿海地区,建筑场地覆盖层一般均为海相沉积物,软弱土层较厚,建筑物基础大部分采用桩基。预应力混凝土管桩由于质量容易保证，且又能在工厂进行标准化生产，施工方便快捷，目前被广泛地应用在建筑工程当中。预应力混凝土管桩在沉桩施工时有两种方法，一种为锤击法，一种为静压法。由于静压法具有无噪音、无振动、无冲击力等优点，目前一般均采用静压法施工。静压法是通过静力压桩机的压桩机构以压桩机自重和机架上的配重提供反力而将桩压入土中的沉桩工艺。 2、静压桩沉桩机理 沉桩施工时，桩尖”刺入”土体中时原状土的初应力状态受到破坏，造成桩尖下土体的压缩变形，土体对桩尖产生相应阻力，随着压桩力的增大，桩尖处土体所受应力超过其抗剪强度时，土体产生塑性流动或挤密侧移和下拖，在地表处，粘性土体会向上隆起，砂性土则会被拖带下沉。在地面深处由于上覆土层的压力较大,土体主要向桩周水平方向挤开，此时，桩身必然会受到土体的强大法向压力，从而使所引起的桩周摩阻力，当桩顶的静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力，桩将继续下沉；反之，则停止下沉。 压桩时，地基土体受到强烈扰动，桩周土体的实际抗剪强度与地基土体的静态抗剪强度有很大差异，由于桩周土体发生急速而激烈的挤压，
土中孔隙水压力急剧上升，土的抗剪强度大大降低，直至降低到重塑强度。当桩周土质较硬时，剪切破坏面发生在桩与土的接触面上;当桩周土体较软时，剪切破坏面一般发生在邻近于桩表面处的土体内，通常将桩周摩阻力从上到下分成三个区：上部空穴区，中部滑移区，下部挤压区。与此同时桩尖处土体也在扰动重塑、超静孔降水压力作用下，土体的抗压强度也大大下降。预应力混凝土管桩在静压施工中，因接桩或其它因素影响而暂停压桩的间歇时间的长短，对继续下沉的桩尖阻力无明显影响，但对桩侧摩阻力的增加影响较大，桩侧摩阻力的增大值与间歇时间长短成正比，并与地基土层特性有关，因此在静压法沉桩中，应合理设计接桩的结构和位置，避免将桩尖停留在硬土层中进行接桩施工。 3、终压力与极限承载力 在静压桩施工完成后，土体中孔隙水压力开始消散，土体发生固结强度逐渐恢复，上部桩柱穴区被充满，中部桩滑移区消失，下部桩挤压区压力减小，这时桩才开始获得了工程意义上的极限承载力。从大量的工程实践看，静压桩最后获得的单桩竖向极限承载力可比终压力值高出一二倍，但是粘性土中的短桩，摩阻力虽有提高，但因桩身短，侧摩阻力占桩的极限承载力的比例差异不大，最终极限承载力有时达不到桩的终压力。因此桩的终压力与极限承载力是两个不同的概念，两者数值上不一定相等，其主要与桩长、桩周土及桩端土的性质有关，但两者也有一定的联系。静压预应力混凝土管桩在施工时应控制好终
静压管桩试桩注意事项资料
静压管桩试桩注意事项 一、预应力混凝土管桩施工允许偏差 序号项目允许偏差 1 桩位（纵横向）d/4 2 桩身垂直度0.5％ 3 桩长不小于设计值 4 桩体有效直径不小于设计值 5 单桩承载力不小于设计值规定 二、主要检验项目 试桩完成后要对单桩承载力和桩身完整性进行检验（不少于15d）。 1、低应变检测：检测管桩桩身完整性。 其原理是：通过在桩顶制造一个向下传播的应力波，应力波遇到桩阻抗(ρcA)发生变化的界面便会发生反射与透射。当桩身某处阻抗变大(扩颈等)，便会产生与入射波反相的反射；当桩身某处阻抗变小(缩颈、离析、裂缝等)，便会产生与入射波同相的反射。比较反射波与入射波的相位、幅度大小，便可大致判断桩身的完整性程度。由于此法产生的加速度在几g 左右，应变在10με左右，不可能调动土的阻力，因此不能检测土的承载力。 2、单桩承载力检测：检测管桩承载力 在管桩顶施加了竖向荷载后，桩土间产生相对位移，桩身表面则出现向上的侧阻力；桩身上部产生压应力和压缩变形。随着桩顶荷载的增加，桩土间的位移进一步加大，桩身的应力进一步往下发展，桩下部的侧阻力也逐渐发挥出来；当桩顶荷载足够大时，侧阻力达到最大值，桩端土产生压缩变形和土反力。继续增加荷载，直到桩顶沉降大于期望值或桩端土出现了刺入破坏为止。此时桩顶荷载就是其极限承载力。在试验的过程中，若桩身有质量缺陷可能会出现先期破坏(桩身发生破坏先于土承载力)，这样也就一并对桩身质量作了检验。 单桩竖向抗压静载试验一般采用油压千斤顶加载，千斤顶的加载反力装置可根据现场实际条件采用如下方法：
锚桩横梁反力装置：由4根锚桩、主梁、次梁、油压千斤顶以及测量仪表等组成。锚桩、反力梁装置能提供的反力应不小于预估最大试验荷载的1.2～1.5倍。 压重平台反力装置：由支墩、钢横梁、钢锭、油压千斤顶及测量仪表等组成。压重量不得少于预估试桩破坏荷载的1．2倍；压重应在试验开始前一次加上，并均匀稳固地放置于平台上。 通过静载试验获得桩的承载力，可分为按强度控制和按沉降控制两大类：①桩侧、桩底的土承载力均发生破坏，荷载～沉降曲线表现为陡降型，此种情况按强度控制，取荷载～沉降曲线出现陡降段的前一级荷载作为桩的极限承载力。②土的承载力没有发生破坏，随着荷载的增加，虽然沉降量也进一步增大，但桩端土的承载力也进一步增大，荷载～沉降曲线表现为缓变型，此种情况按沉降控制，可依据设计要求或规范要求取某一沉降所对应的荷载作为桩的承载力。 检测原理：采用压重平台反力装置：压重量不得少于预估最大试验荷载的1.2倍，压重应在试验开始前一次加上，并均匀稳固放置于平台上。试验装置示意图见下图1。 图1 试验装置示意图
如何减小静压管桩施工是对周边土体的挤压影响
如何减小静压管桩施工是对周边土体的挤压影响 静压管桩施工相对于一般的桩打入工法而言，具有无噪音振動，无冲击力以及施工应力小等优点，且能在沉桩施工中测定沉桩阻力从而为设计施工提供参数。但是静压桩属于挤土桩，其产生的挤土效应会对工程造成不利的影响。本文结合工程实际情况灵活运用多种防挤土影响预防措施，较好的解决了沉桩挤土应力对工程桩本身和周边环境的不利影响，可为国内同类桩基施工提供借鉴和参考。 标签静压管桩；挤土作用；防挤土影响的措施 1 背景 预应力高强度混凝土管桩是采用挤土沉桩的模式，一般是以动力打桩为沉桩工艺。该施工桩具有耐压耐打、单桩的竖向承载力高、桩的穿透能力强和施工的工期短等优点使得其在近年得到广泛应用。根据作者的工程经验以及对相关文献的查阅，得知预应力管桩挤土的作用力和挤土效应的影响范围很大，特别是对于含有饱和软土的地区，这一效应对变形敏感的地下管线和对基础结构性差、埋深较浅的建筑物危害非常大。作者基于实际工程，希望对预应力管桩的挤土效应进行探讨，同时得出一些能够有效减小管桩施工的挤压影响措施，以期解决相关工程问题。 2 静压管桩的挤土效应简述 首先，沉桩引起的地基土侧向位移必将对已入土的邻桩产生径向压力，从而对邻桩产生一系列不良后果；土体的水平位移会对沉桩范围外一定距离内的建筑物造成损坏，如造成邻近建筑物、挡土结构以及地下设施和管线的一定程度破损等。 其次，沉桩过程中超静孔隙水应力的产生和消散，将对土体强度以及地基承载力产生很大的影响；沉桩时，桩对周围土体产生的挤压作用，还会在一定范围内造成地面的垂直隆起和抬高，并有可能造成先沉入桩上浮。 最后，沉桩时桩对土体的扰动，使桩身周围土体的应力状态发生变化，尤其对于具有一定结构强度的结构性软粘土；往在两个相邻工地之间甚至同一个工地同时进行沉桩施工和基坑开挖，沉桩施工产生的挤土必然对基坑的水平位移控制带来很大的难度。 3 静压管桩施工对周边土体的影响问题及解决措施 3.1 合理安排打桩的顺序，打桩的顺序原则是先深后浅，先中间后周边，先密集的区域后稀疏区域，先近已有的建筑物后远已有的建筑物；设置应力的释放孔是最常见的防挤土措施，这主要是因为随着沉桩数量的增加，孔隙水压力会逐
打桩挤土问题
打桩引起的挤土问题及其对基桩承载力的影响 1 打桩挤土问题及其对基桩承载力影响研究现状 软土地区饱和软粘土具有含水量高、渗透性弱、抗剪强度低的特点。在该地区进行预制桩沉桩施工时，因挤土效应和产生的超静孔压，导致桩周围土体产生较大的侧向位移和隆起，由于孔隙水压力向四周的传递和群桩施工中的叠加因素，位移和隆起的影响范围进一步扩大，使己打入的邻桩和邻近建筑物产生侧向位移和上抬，从而对工程产生不利影响。由于土体的渗透系数小，因而产生的超静孔压消散慢，超静孔压在施工后一段时间内的消散对土体的强度有很大的影响，而土体强度的变化直接关系到桩的极限承载力。 打入桩引起的环境问题及其对基桩承载力的影响已经得到广泛关注。张咏梅、张善明（1982）[1]针对打桩施工引起的空隙水压力变化进行了研究。张诚大（1987）[2]提出了一种预估打桩对周围影响程度的方法。张庆贺、柏炯（1997）[3]分析了打（压）桩引起的地振动与挤土的机理和规律，提出环境病害预测判据、方法和相应的防治措施，并提出了打桩挤土的半解析有限元数值方法与简化实用计算方法。阳军生、刘宝琛（1999）[4]视沉桩挤土引起的地表位移符合随机过程，应用随机介质理论，提出了预计打桩引起的地表位移与变形的计算公式和计算程序。刘希亮、罗静、边永光（1999）[5]认为周围桩体的挤土效应和自身沉桩的挤土作用是桩体隆起的两个主要因素，并对桩体隆起位移曲线进行分析，认为桩体隆起曲线大致呈正态分布形状。周健、徐建平、许朝阳（2000）[6]以有限元方法为主要分析手段，对群桩地表的隆起、桩周土体的侧移、挤土产生的应力及其对周围桩体的影响等挤土效应的变化规律进行了详细研究。姜朋明、尹蓉蓉、胡中雄（2000）[7]以小孔扩张挤土理论为出发点，将打桩问题简化为半无限体中的孔洞问题，利用边界单元法，对群桩施工过程中引起土体位移进行计算。罗嗣海、侯龙清、胡中雄（2002）[8]推导了具有一定初始半径的圆柱形孔扩张的弹塑性解，研究了预钻孔取土打桩时预钻孔孔径大小对挤土效应的影响。李月健（2003）[9]根据土塑性力学的基本原理，本文用空穴球形扩张和源-源影射的方法，推得了挤土桩打桩结束后土体内产生各点应力的理论计算公式，取得了打桩后离桩越近，土体被挤密的程度越大，砂土比粘土更容易挤密，并且挤密的范围更大以及桩径越大，土体挤密程度越大，影响范围也越大等基本规律，并由此预估砂土地
静压桩质量评估报告
合肥华南城一期精品交易八区工程【A2、C3、F3桩基子分部工程】 监理质量评估报告 编制人： 审核人： 批准人： 北京中城建建设监理有限公司 合肥华南城一期精品八区项目监理部 2014年12月27日
桩基子分部工程质量评估报告 一、工程概况 本工程为合肥华南城一期精品交易8区工程，多层建筑，结构形式为框架结构，总建筑面积约18万平方米。建筑性质属商业楼。地下局部一层（设备用房）、地上4层，建筑高度15.15m，建筑耐火等级为一级，抗震烈度7度。基础形式为预应力管桩基础，总桩数为3706根，ZH-1：PHC-AB400（95）-(19.5 ～22.0),单桩承载力特征值预估为：1300KN；ZH-2：PHC-AB400（95）-(16.5 ～17.0),单桩承载力特征值预估为：1020KN。终压值设定为不小于2.1倍单桩承载力特征值，桩端持力层为⑥层强风化泥质砂岩，桩进入该土层≧ 1米。最大超送长度不宜大于0.5m，稳压压桩力不得小于终压力，稳定压桩的时间宜为5～10s。PHC桩进入持力层满足承载力和桩长要求后即往管桩内灌入C30微膨胀混凝土，灌入深度不小于3.0D且不小于1500㎜，桩基施工前应试桩，以确定单桩竖向承载力特征值和桩长，并作为施工控制依据，必须保证压桩力。 参建单位： 建设单位：合肥华南城有限公司 设计单位：安徽省建筑科学研究设计院 勘察单位：安徽省城建设计研究院 监理单位：北京中城建建设监理有限公司 施工单位：中国建筑第五工程局有限公司 二、工程质量评估依据 1、《建筑地基基础设计规范》 GB50007-2011 2、《建筑桩基技术规范》 JGJ94-2008
软土地基中打桩挤土效应影响分析
软土地基中打桩挤土效应影响分析 【摘要】：饱和软粘土地区进行预制桩沉桩施工时，因挤土效应在桩周土体内部产生了较大的超静孔压，超静孔压的消散引起桩周土体大面积沉降，同时桩土之间存在较大的沉降差，沉降差将导致基桩承受负摩阻力的作用。上述因素都会直接影响到建构筑物的正常使用。通过研究群桩沉桩施工对桩周土体的扰动以及超静孔压的变化，分析了桩土沉降规律及其对单桩承载力的影响，同时对建构筑物正常使用阶段的变形情况进行了预测分析。 【关键词】：球形空穴扩张；挤土效应；负摩阻力；承载力；沉降 1. 前言 软土地区饱和软粘土具有含水量高、渗透性弱、抗剪强度低以及结构性强的特点。在该地区进行预制桩沉桩施工时，因挤土效应在桩周土体内部产生了较大的超静孔压，导致桩周围土体产生较大的侧向位移和竖向隆起，同时桩周围土体受施工影响受到一定程度的扰动，导致基桩承载力降低。随着超静孔压的逐步消散，场地地基将出现大面积沉陷情况，同时对工程桩施加负摩阻力的作用，导致桩基承载力下降，影响整个工程的正常使用。 打入桩引起的环境问题已经得到广泛关注，大约从七十年代开始，人们开始采用数值分析和理论研究的方法来研究压桩问题，主要的分析方法有圆孔扩张法、应力路径法、有限单元法等。阳军生、刘宝琛（1999）[1]视沉桩挤土引起的地表位移符合随机过程，应用随机介质理论，提出了预计打桩引起的地表位移与变形的计算公式和计算程序。姜朋明、尹蓉蓉、胡中雄（2000）[2]以小孔扩张挤土理论为出发点，将打桩问题简化为半无限体中的孔洞问题，利用边界单元法，对群桩施工过程中引起土体位移进行计算。罗嗣海、侯龙清、胡中雄（2002）[3]推导了具有一定初始半径的圆柱形孔扩张的弹塑性解，研究了预钻孔取土打桩时预钻孔孔径大小对挤土效应的影响。杨生彬, 李友东（2006）[4]通过对PHC 管桩打桩前后原位地基土变化情况的测试、打桩的监测以及孔隙水压力增长与消散的监测等试验研究，分析了PHC管桩沉桩挤土效应。在粘性土中，沉桩后由于土体的再固结，当桩尖土的压缩量大于桩尖的下沉量时，桩侧就要受到负摩阻力的作用，G. G. Meyerhof认为负摩阻力对于摩擦桩一般是无关紧要的，但对端承桩，可能会有很大影响。 文章结合某大型堆煤场工程实例，研究群桩沉桩施工对桩周土体的扰动以及超静孔压的变化情况，分析桩土沉降规律及其对单桩承载力的影响，同时对建构筑物正常使用阶段进行预测分析。 2. 工程概况 某堆煤场场地为深厚软粘土地基，具有孔隙比大、渗透性低、压缩性高、
桩基施工引起的挤土效应分析及预防措施
桩基施工引起的挤土效应分析及预防措施 摘要：叙述了打桩施工产生的挤土效应对周围环境的影响，以及产生这种影响 的关键因素，并就如何消除这些影响提出了一些防治措施。 关键词：桩基施工；挤土效应；防治措施 在现代城市建设中，由于高层建筑物的不断增多，桩基础成为常用的基础形式。它有许多优点,如实用、可靠、经济、施工简便等。但在城市建筑物密集区,因打桩作业引起的环境 病害明显增多。桩基施工对周围环境的影响已经直接影响到工程质量、安全、进度、造价,甚 至企业经营和社会形象,特别是桩基施工引起的挤土效应，有时会造成无法挽回的损失。社会 要向前发展,旧城区要改造,在建造新建筑物的同时,又不致影响原有建筑的正常使用,因此,对桩 基施工产生危害的现象进行分析并采取经济合理的预防措施是十分必要的,并且是一个具有社 会效益、经济效益和环境效益的重要课题。 1 挤土效应概述 1.1 什么是挤土效应 当大量的预制桩打入地基地中，相当于桩体体积的土体就向四周排挤，使桩周围的土受 到严重的扰动。在打桩时产生的振动和挤压的影响下，无论是地表或深层的土体都会发生变形。在地表附近的土体是向上隆起，而在地表以下较深层地土体，由于覆土层的压力作用， 不能向上隆起，就向水平方向排挤，这就是打桩的挤土效应。它使周围土体结构破坏，从而 使土体向上隆起和向四周产生侧各位移。 1.2 桩施工挤土机理及其规律 在软弱土层中打桩时,地面下土体受到来自不同方向的挤压扰动,桩周土体最先达到塑性流 动和结构性破坏,较远距离的土体仍处于弹性阶段。挤土影响主要是桩入士时将挤开相应体积 的土体,在桩周饱和软粘土中产生超静孔隙水压力,桩周土体孔隙水压力迅速提高,土体抗剪强 度大为降低。经扰动的土体极易蠕变,表现为地表、浅层和深层土体发生竖向和水平的位移, 其数值和范围(半径约为桩入士深度)相当可观,直到超静孔隙水压力消散,并恢复到常值,挤土对相邻建筑的地下设施的危害才会停止。此外挤土可造成已打入的桩上浮、侧移或挠曲;在粘性 土中打桩常发生地表隆起。大量的土体位移常导致邻近建筑物基础上抬、结构变形、地坪和 墙面开裂;损坏地下管线和设施以及边坡失稳等一系列环境事故。 2 挤土效应的表现 1 孔隙水压力急剧上升，产生很高的超级孔隙水压力 桩群越大越密，则孔隙水压力越高，涉及面越广，消散越慢。实孔隙水压力上升是使桩、土产生位移的重要原因之一。压桩过程中孔隙水压力升高，造成土体破坏，未破坏的土体也 会因孔隙水压力的不断传播和消散而蠕变，也会导致土体的垂直隆起。 2 地基土发生竖向水平位移 桩群越密越大，土的移位也越大，地面隆起量可达50cm～60cm,有时甚至达70cm～ 80cm。可能造成近邻已压入的桩产生上浮，桩端被“悬空”，使桩的承载力达不到设计要求； 也会造成桩位偏移和桩身翘曲折断等质量事故；并可使相邻建筑物和市政设施的发生不均匀 变形以致损坏。 3 已打入桩被上抬和产生侧向位移 打桩虽然会使土体产生很大的水平位移，但如果是打桩顺序合理，从中心逐渐向外侧对 称施工，使桩所产生的水平位移却并不大。所以必须重视打桩使土体产生很大水平位移的影响，它的影响范围广，对邻近建筑的威胁大。 3 挤土效应的影响因素 1 桩长的影响 容易理解，土体位移与桩长必定呈正相关关系。而两者又非呈简单的直线关系。从经验 公式知，土体的位移与桩的截面积呈正比，而与测点到群桩形心的距离成反比。可以发现， 增加桩长对水平位移的影响比对垂直位移的影响要大。也就是说，深部桩的挤土作用将更多 地引起土体的水平位移。 2 桩型的影响
静压管桩挤土效应及其控制措施
静压管桩挤土效应及其控制措施 静压管桩在沉桩的过程中会产生挤土效应，进而对周围的环境产生不良的影响，严重的可能造成周围的建筑物的开裂、道路隆起以及地下管线断裂等事故。所有在施工的过程中，应该采取适当的措施来减少挤土效应的产生。 桩基础是一种古老的基础形式，也是到现在为止使用最为广泛的建筑基础和支护构件。桩体深入到土层，从而将上部结构的荷载通过桩身传递给深部比较坚硬的压缩性比较小的土层中，不但降低了建筑的沉降，也确保了建筑物的安全性。静压桩这种桩型随着改革开放和城市建设的不断发展，以噪声小、污染少、无振动、施工速度快、质量可靠和经济安全等优点而得到了大部分施工者的青睐，得到了广泛的应用，同时施工工艺和技术也有了较大的提高。 静压管桩在施工的过程中产生挤土效应是不可避免的，具体的表现主要分为两个方面：一个是在挤土的过程中，桩周的土体发生变形，从而多其周围的建筑物产生了一些影响；另外一个是在压桩前后土体的应力状况也发生了很大的改变，对承载力也有一定的影响。 1.静压管桩挤土效应 静压管桩本身是一种挤土桩，所以在施工的过程中产生挤土效应是不可避免的，具体的表现主要分为两个方面：一个是在挤土的过程中，桩周的土体发生变形，从而多其周围的建筑物产生了一些影响；另外一个是在压桩前后土体的应力状况也发生了很大的改变，对承载力也有一定的影响。这些影响表现如下[3~5]： （1）沉桩时在压桩区一定范围内产生土体的水平位移。在饱和软土中沉桩时，由于桩要置换相同体积的土，对周围土体产生侧向挤压，引起土体水平位移，过量的土体水平位移作用在先前打入的桩上，会造成桩位的偏移、桩身的翘曲，甚至会造成桩的折断。 （2）沉桩时对周围土体的挤压作用导致土体的垂直隆起。沉桩时，桩对周围土体产生的挤压作用，还会在一定范围内造成地面的垂直隆起和抬高，并有可能造成先沉入桩上浮。由于地面隆起，己沉入桩上抬，造成桩尖脱空，对于端承桩而言，极大地影响了单桩承载力的发挥。 （3）静压桩挤土效应引发的环境问题。土体的垂直隆起和水平位移会对沉桩范围外一定距离内的建筑物、构筑物、道路、挡土结构以及地下设施和管线的一定程度破损，如粉刷层剥落、墙身开裂，产生裂缝、首层商业店铺拉不上闸门等，附近地铁、隧道、地下管线及设施破坏等而引发工程事故。 （4）沉桩过程中，特别是在饱和软新土中沉桩，会产生很高的超静孔隙水压力。当超静孔隙水压力达到一定数值时，土体中的某一方向有效应力可能出现负值，影响桩基的承载力;过高的超静孔隙水压力也妨碍施工的速度，甚至威胁邻近建筑物和构筑物的安全。超静孔隙水压力在施工后一段时间内的消散还会对土体的强度产生很大的影响，从而引起土体强度的变化。 （5）沉桩时桩对土体的扰动，使桩身周围土体的应力状态发生变化，尤其对于具有一定结构强度的结构性软勃土，桩周土体实际上是一个被撕裂、破坏、扰动和重塑的过程。土体的原始结构被破坏，土体工程性质较沉桩前有较大的改变。随着超静孔隙水压力的消散，一些土体还有触变效应，强度会有所恢复。
地基施工静压法沉桩
地基施工静压法沉桩 沉桩前的准备工作： (1)认真处理高空、地上和地下障碍物。 (2)对现场周围(50m 以内)的建筑物作全面检查。对危房进行必要的处理。 (3)对建筑物基线以外4～6m 以内的整个区域及打桩机行驶路线范围内的场地进行平整、夯实。在桩架移动路线上，地面坡度不得大 于1%。 (4)修好运输道路，做到平坦坚实。打桩区域及道路近旁应排水畅通。 (5)在打桩现场或附近需设置水准点，数量为两个，用以抄平场地和检查桩的入土深度。根据建筑物的轴线控制桩定出桩基每个桩位， 作出标志，并在打桩前，应对桩的轴线和桩位进行复验。 (6)打桩机进场后，应按施工顺序铺设轨垫，安装桩机和设备，接通电源、水源，并进行试机。然后移机至起点桩就位，桩架应垂直平稳。 压桩程序 一般情况下都采取分段压入，逐段接长的方法，其程序如下： 测量定位→桩尖就位、对中、调直→压桩→接桩→再压桩→送桩(或截桩)。 (1)测量定位。施工前放好轴线和每一个桩位，在桩位中心打一根
短钢筋，并涂上油漆使标志明显。如在较软的场地施工，由于桩机的 行走会挤走预定短钢筋，故当桩机大体就位之后要重新测定桩位。 (2)桩尖就位、对中、调直。对于YZY 型压桩机，通过起动纵向和横向行走油缸，将桩尖对准桩位；开动压桩油缸将桩压入土中1m 左 右后停止压桩，调正桩在两个方向的垂直度。第一节桩是否垂直，是 保证桩身质量的关键。 (3)压桩。通过夹持油缸将桩夹紧，然后使压桩油缸伸程，将压力施加到桩上，压入力由压力表反映。在压桩过程中要认真记录桩入土深度和压力表读数的关系，以判断桩的质量及承载力。当压力表读数突然上升或下降时，要停机对照地质资料进行分析，看是否遇到障碍物或产生断桩情况等。 (4)接桩，当下一节桩压到露出地面0.8～1.0m 时，应接上一节桩。 (5)送桩或截桩。如果桩顶接近地面，而压桩力尚未达到规定值，可以送桩。静力压桩情况下，只要用另一节长度超过要求送压深度的桩放在被送的桩顶上便可以送桩，不必用专用的送桩机移位。 (6)压桩结束，当压力表读数达到预先规定值时，便强停止压桩。 终止压桩的控制原则 (1)摩擦桩以达到桩端设计标高为终止压桩的控制条件。 (2)对长度大于21m 的端承磨擦型静压桩，终压控制条件是以设 计桩长控制为主，终压力值作对照。但对一些设计承载力较高的工程， 终压力值宜尽量接近或达到压桩机满载值。 (3)对长度为14-21m 的静压桩，应以终压力满载值为终压控制条
静压桩的压桩力与承载力关系分析
静压桩的压桩力与承载力关系分析 摘要：随着人类对环保意识的不断增强，静压法将逐渐取代锤击法，而静压预 应力管桩具有能承受较大的负荷、质量稳定、造价低等优点，近年来在国内很多 地区得到广泛应用，本文结合中山固莱尔阳光板有限公司厂房A,B工程静压桩桩 基检测不合格问题，清楚静压桩的压桩力和承载力关系的重要性，分析静压桩施 工的机理，探讨了静压桩的压桩力与承载力关系。 关键词：静压桩、压桩力；承载力 引言：静压法施工是使用施工机械将混凝土预制桩压入土层中的一种施工方式，以这种方式进行施工的桩被称为静压桩。与其它桩相比，静压桩的优点很多，诸如施工无振动、无噪音，适宜在精密仪器用房、危房及河口堤岸附近地区施工。在施工过程中，可实时显示和记录压桩阻力，可对整个施工过程进行定量观察； 还可以控制终压值，对单桩承载力进行预估。 一、清楚静压桩的压桩力和承载力关系的重要性 静压预应力管桩（以下简称静压管桩）施工终压力和竖向极限承载力的关系 是施工单位和设计单位十分感兴趣的问题，确定静压桩竖向极限承载力与施工终 压力的经验公式主要有以下两种用途：一是在设计初步或开工前试桩阶段估算单 桩竖向承载力特征值（作为辅助方法和补充手段）：已知桩的终压力（Pze）桩的入土深度及桩周土质情况，可以很快估算出该桩的竖向极限承载力（Qu），从而 可求得该桩的竖向承载力特征值Ra；二是选择施工用的压桩机、确定终压控制标 准（一种简便的初估手段）：已知桩的入土深度（根据工程地质资料预估）土质 情况及桩的竖向承载力特征值，可很快求得需要的终压力，因此，弄清静压管桩 施工终压力和竖向极限承载力的关系，对静压桩的进一步推广应用有着重要意义。 二、静压桩的压桩力与承载力关系 由静压桩的沉桩机理及承载机理，静压桩的压桩力与极限承载力之间存在着 某种数学关系。据《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008[5]规定的方法，根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力的标准值，计算如下：Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp（1） 式中：qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；qpk—极限端阻力标准值；li—桩穿越第i层土的厚度；u—桩身周长；Ap—桩身截面积。 由上述论述，静压桩在压入过程中需要克服的力包括压桩端阻力和桩侧动摩 阻力，故而，静压桩的压桩力终值Pend应该是压桩端阻力与动侧摩阻力两者之和。用公式可作如下表示：Pend=mQpk+nQsk（2） 其中：Qpk—桩端阻力；Qsk—桩侧阻力；m—桩端阻力折减系数；n—动摩擦 力与静摩擦力的比值。 为了寻求压桩力终值与静压桩承载力终值之间的关系，选取了若干工程实例 进行比较研究，当m值取0.82，n值取0.43时，最符合工程的实际情况。 从（2）式来看，成桩后的单桩承载力中，当桩端承载力Qpk所占比例大于34.4%时，则沉桩阻力以桩端阻力为主，当桩侧摩阻力Qsk占比例大于65.6%时， 沉桩阻力以动侧摩阻力为主。总之，在桩基施工时，可根据勘查报告所提供的地 基土性质预估单桩极限承载力，再将预估单桩桩端极限承载力Qpk和桩侧摩阻力Qsk代入式（2）式推得压桩力，从而作为桩基施工时确定压桩力及沉桩设备的参 考依据。 以上关系式表明，如果桩尖持力层为粘性土层，静压桩压桩力值与承载力值
预钻孔措施对静压桩挤土效应的影响分析
预钻孔措施对静压桩挤土效应的影响分析 罗战友 1 ，龚晓南 2 ，夏建中 1 ，朱向荣 2 （1. 浙江科技学院岩土工程研究所，浙江杭州310023；2. 浙江大学岩土工程研究所，浙江杭州310027）摘要 ：桩位处预钻孔是工程中减弱沉桩挤土效应的有效措施之一。根据Drucker-Prager破坏准则及有限变形理论，建立了桩–土相互作用及连续贯入的有限元模型，利用得到的模型模拟了预钻孔措施下沉桩产生的挤土位移场，并和现场实测进行了对比。结果表明，预钻孔的孔径与孔深是影响静压桩挤土效应的重要因素，二者的结合会更有效地减少挤土效应的广度和深度。在同样孔深情况下，随着孔径的增大，所产生的挤土位移相应减小；相同孔径情况下，孔越深产生的挤土效应就越小。 关键词 ：静压桩；挤土效应；预钻孔；数值模拟；现场试验 引言 静压桩施工对周围土体、邻近建筑物及地下管线等设施会产生较大的负面影响。因此，在施工过程中为了避免给周边环境造成危害，会采取不同的施工措施来减弱沉桩产生的挤土效应 [1-2] 。不少实际工程的监测数据表明 [3-4] ，在采取一些防挤措施情况下，沉桩挤土影响的特征和无防挤措施下有所不同，程度及波及范围也有差异。为了更有效地指导工程实践，对防治措施的效果进行研究具有重要的工程意义 [5-7] 。 桩位处预钻孔是工程中解决沉桩挤土效应的一种有效措施。由于静压桩施工过程的复杂性，通常把预钻孔简化为平面应变的圆孔扩张理论，单靠若干假定情况下推导出的解析解（柱形或球形孔扩张理论）不 能分析整个桩身深度内的水平及竖向挤土位移场及桩长对挤土效应的影响 [8-10] ，且得到的解析解也不能考虑桩土界面的摩擦接触，势必会对结果造成较大的偏差 [11] 。采用数值方法在一定程度上能够有效地解决上述问题 [12-14] 。本文首先建立了桩–土相互作用及连续贯入的有限元模型，利用这个模型分析了预钻孔的孔径及孔深对静压桩挤土效应的影响。 ───────基金项目： 国家自然科学基金项目（ 50708097 ）；中国博士后科学基金一等资助（
静压桩常见问题分析
静压桩的沉桩机理及常见问题分析 摘要：本文探讨了静压桩在沉桩过程中的机理,阐述了沉桩的终压力与极限承载力的关系,并对工程中常见质量问题及处理方法进行了分析. 关键词：桩基础施工 1 前言 静压法施工是通过静力压桩机的压桩机构以压桩机自重和机架上的配重提供反力而将桩压入土中的沉桩工艺。由于这种方法具有无噪音、无振动、无冲击力等优点，适应今后对绿色岩土工程的要求；同时压桩桩型一般选用预应力管桩，该桩作基础具有工艺简明，质量可靠，造价低，检测方便的特性。两者的结合便大大推动了静压管桩在广东地区的应用，使之有望成为广东今后桩基发展的主打产品。人们在对《静压桩基础技术规程》千呼万唤的同时，也希望对静压桩的沉桩机理及工程实践中的应用有进一步的了解，本文为此作一介绍。 2 静压桩沉桩机理 沉桩施工时，桩尖“刺入”土体中时原状土的初应力状态受到破坏，造成桩尖下土体的压缩变形，土体对桩尖产生相应阻力，随着桩贯入压力的增大，当桩尖处土体所受应力超过其抗剪强度时，土体发生急剧变形而达到极限破坏，土体产生塑性流动（粘性土）或挤密侧移和下拖（砂土），在地表处，粘性土体会向上隆起，砂性土则会被拖带下沉。在地面深处由于上覆土层的压力,土体主要向桩周水平方向挤开，使贴近桩周处土体结构完全破坏。由于较大的辐射向压力的作用也使邻近桩周处土体受到较大扰动影响，此时，桩身必然会受到土体的强大法向抗力所引起的桩周摩阻力和桩尖阻力的抵抗，当桩顶的静压力大于沉桩时的这些抵抗阻力，桩将继续“刺入”下沉。反之，则停止下沉。 压桩时，地基土体受到强烈扰动，桩周土体的实际抗剪强度与地基土体的静态抗剪强度有很大差异。随着桩的沉入，桩与桩周土体之间将出现相对剪切位移，由于土体的抗剪强度和桩土之间的粘着力作用，土体对桩周表面产生摩阻力。当桩周土质较硬时，剪切面发生在桩与土的接触面上;当桩周土体较软时，剪切面一般发生在邻近于桩表面处的土体内，粘性土中随着桩的沉入，桩周土体的抗剪强度逐渐下降，直至降低到重塑强度。砂性土中，除松砂外，抗剪强度变化不大，各土层作用于桩上的桩侧摩阻力并不是一个常值，而是一个随着桩的继续下沉而显著减少的变值，桩下部摩阻力对沉桩阻力起显著作用，其值可占沉桩阻力的50～80％，它与桩周处土体强度成正比，与桩的入土深度成反比。 粘性土中，桩尖处土体在扰动重塑、超静孔降水压力作用下，土体的抗压强度明显下降。砂性土中，密砂受松驰效应影响土体抗压强度减少，松砂受挤密效应影响土体抗压强度增大，在成层土地基中，硬土中的桩端阻力还将受到分界处粘土层的影响，上覆盖层为软土时，在临界深度以内桩端阻力将随压入硬土内深度增加而增大。下卧为软土时，在临界厚度以内桩端阻力将随压入硬土的增加而减少。 一般将桩摩阻力从上到下分成三个区：上部柱穴区，中部滑移区，下部挤压区。施工中因接桩或其它因素影响而暂停压桩的间歇时间的长短虽对继续下沉的桩尖阻力无明显影响，但对桩侧摩阻力的增加影响较大，桩侧摩阻力的增大值与间歇时间长短成正比，并与地基土层特性有关，因此在静压法沉桩中，应合理设计接桩的结构和位置，避免将桩尖停留在硬土层中进行接桩施工。 3 终压力与极限承载力 在静压桩施工完成后，土体中孔隙水压力开始消散，土体发生固结强度逐渐恢复，上部桩柱穴区被充满，中部桩滑移区消失，下部桩挤压区压力减小，这时桩才开始获得了工程意义上的极限承载力。从大量的工程实践看，粘性土中长度较长的静压桩其最终的极限承载力
静压桩的压桩力与承载力关系分析
静压桩的压桩力与承载力关系分析 发表时间：2017-07-25T10:46:02.147Z 来源：《基层建设》2017年第10期作者：麦再生 [导读] 摘要：随着人类对环保意识的不断增强，静压法将逐渐取代锤击法，而静压预应力管桩具有能承受较大的负荷、质量稳定、造价低等优点 中山市南头镇城乡建设服务中心 528427 摘要：随着人类对环保意识的不断增强，静压法将逐渐取代锤击法，而静压预应力管桩具有能承受较大的负荷、质量稳定、造价低等优点，近年来在国内很多地区得到广泛应用，本文结合中山固莱尔阳光板有限公司厂房A,B工程静压桩桩基检测不合格问题，清楚静压桩的压桩力和承载力关系的重要性，分析静压桩施工的机理，探讨了静压桩的压桩力与承载力关系。 关键词：静压桩、压桩力；承载力 引言：静压法施工是使用施工机械将混凝土预制桩压入土层中的一种施工方式，以这种方式进行施工的桩被称为静压桩。与其它桩相比，静压桩的优点很多，诸如施工无振动、无噪音，适宜在精密仪器用房、危房及河口堤岸附近地区施工。在施工过程中，可实时显示和记录压桩阻力，可对整个施工过程进行定量观察；还可以控制终压值，对单桩承载力进行预估。 一、清楚静压桩的压桩力和承载力关系的重要性 静压预应力管桩（以下简称静压管桩）施工终压力和竖向极限承载力的关系是施工单位和设计单位十分感兴趣的问题，确定静压桩竖向极限承载力与施工终压力的经验公式主要有以下两种用途：一是在设计初步或开工前试桩阶段估算单桩竖向承载力特征值（作为辅助方法和补充手段）：已知桩的终压力（Pze）桩的入土深度及桩周土质情况，可以很快估算出该桩的竖向极限承载力（Qu），从而可求得该桩的竖向承载力特征值Ra；二是选择施工用的压桩机、确定终压控制标准（一种简便的初估手段）：已知桩的入土深度（根据工程地质资料预估）土质情况及桩的竖向承载力特征值，可很快求得需要的终压力，因此，弄清静压管桩施工终压力和竖向极限承载力的关系，对静压桩的进一步推广应用有着重要意义。 二、静压桩的压桩力与承载力关系 由静压桩的沉桩机理及承载机理，静压桩的压桩力与极限承载力之间存在着某种数学关系。据《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008[5]规定的方法，根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力的标准值，计算如下： Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp（1） 式中：qsik—桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；qpk—极限端阻力标准值；li—桩穿越第i层土的厚度；u—桩身周长；Ap—桩身截面积。 由上述论述，静压桩在压入过程中需要克服的力包括压桩端阻力和桩侧动摩阻力，故而，静压桩的压桩力终值Pend应该是压桩端阻力与动侧摩阻力两者之和。用公式可作如下表示：Pend=mQpk+nQsk（2） 其中：Qpk—桩端阻力；Qsk—桩侧阻力；m—桩端阻力折减系数；n—动摩擦力与静摩擦力的比值。 为了寻求压桩力终值与静压桩承载力终值之间的关系，选取了若干工程实例进行比较研究，当m值取0.82，n值取0.43时，最符合工程的实际情况。 从（2）式来看，成桩后的单桩承载力中，当桩端承载力Qpk所占比例大于34.4%时，则沉桩阻力以桩端阻力为主，当桩侧摩阻力Qsk 占比例大于65.6%时，沉桩阻力以动侧摩阻力为主。总之，在桩基施工时，可根据勘查报告所提供的地基土性质预估单桩极限承载力，再将预估单桩桩端极限承载力Qpk和桩侧摩阻力Qsk代入式（2）式推得压桩力，从而作为桩基施工时确定压桩力及沉桩设备的参考依据。以上关系式表明，如果桩尖持力层为粘性土层，静压桩压桩力值与承载力值的数值比应控制在 0.82～0.43 之间。这就是说，预制桩的压桩力与承载力之间的比值应介定于有限的范围之内，不能无限增大，也不能随意缩小。如果超出了这一特定范围，应及时查明原因，施工人员在施工中也要谨慎，积极采取措施来保证工程施工的安全和质量。从有关资料来看，在同一土层中，桩的压桩力变化幅度很小，桩尖阻力以克服桩体冲剪土体向下穿透时的桩端阻力为主，压桩时所记录的压桩力值可以证明这一点。压装力值与深度的递增没有直接的关系，当桩尖达到土层的分界面时才会发生相应的变化。在静压预制桩桩基工程中，由于工期比较紧迫，往往未经试桩和静载荷检测就进行施工，这时候就需要重视压桩机的选型问题。在实际工程中，大型桩机不够经济，小型桩机的压桩力又不足，难以满足设计要求。因此，我们可以先计算出压桩力，然后据此选择合适的桩机。 三、案例分析 3.1项目概述 本工程为框架二座5层厂房：厂房A:11096.52㎡,厂房B:9964.6㎡。本工程原设计采用静压预制预应力管桩￠400*95AB型PHC桩，Ra=1200KN，桩净长预计为23-26米，桩端持力层为（2-4）圆砾，进入深度≥1米，总桩数395根。中山固莱尔阳光板有限公司厂房A,B工程静压桩桩基检测不合格问题的处理。 3.2事件描述 本工程于2016年4月28日开始试压桩，配有320型静桩机，当试桩的厂房B 29号桩终压力达到2800KN时，并复压无沉降迹象，达到设计要求的稳压条件，实际桩长才16.2米,未达到设计要求桩长,经设计单位核对勘察报告,该深度所属的圆砾层可选作持力层,可继续施工。桩基础14天后全部施工完毕，全部入土深度为16米左右，终压值2800KN。于2016年5月26日做高应变检测时，厂房A共做11条，其中一类桩2条，二类桩9条，不合格原因为承载力不足，未达到设计要求。 3.3原因分析 根据压桩记录厂房A的入土深度最长20米左右，最短16米左右，厂房B的最长22米，最短只有13米左右，根据地质资料，该深度为圆砾层，静压桩不能穿透为正常现象，对于检测反映桩承载力不足问题，因为静压桩承载力由摩擦力和端承力组成，摩擦力方面，因桩入土深度过短，摩擦力不足，端承力方面，初步怀疑压桩过程中因桩机前后行走，互相挤压影响造成部分桩位上浮现象，导致检测时该部分桩端承载力不足。 3.4解决方案 经各责任主体协商，于2016年6月18日进场锤击桩机，锤重6.2T,对厂房A55号桩进行接桩进行复打,按设计要求最后三阵锤每阵贯入度