有孔管樁靜壓沉樁超孔隙水壓力消散室內(nèi)模型試驗分析

靜壓管樁因其質(zhì)量可靠和施工過程中具有無噪聲、無振動、應(yīng)力小等諸多優(yōu)點被廣泛用于工程中。但靜壓管樁屬于部分?jǐn)D土樁,在沉樁過程中,樁周土體不僅會產(chǎn)生較大位移,而且會在短時間內(nèi)形成較高的水壓力。有孔管樁通過在樁身開孔能使土中自由水流入管腔,從而減小局部土體位移,加速超孔隙水壓力的消散并降低其最大值。本文利用圓孔擴(kuò)張理論,通過理論公式和工程算例的對比分析,得出有孔管樁沉樁超孔隙水壓力隨徑向距離的增大呈對數(shù)衰減,隨沉樁速率的加快不斷增大,隨深度的加深呈遞增趨勢,隨開孔孔徑的加大逐漸減小?？蓪刂乒軜稊D土效應(yīng)提供可靠的理論依據(jù)。

闡述了有關(guān)超孔隙壓力的研究現(xiàn)狀,基于孔隙水壓力相關(guān)理論和必要假定,給出了適于工程實際應(yīng)用的動力沉樁超孔隙水壓力時程消散模型,以及用于模型求解的非線性最小二乘迭代法。該模型能夠有效模擬空間一點處超孔隙水壓力的時程消散過程,模型將整個動力沉樁過程中超孔隙水壓力的增加和其后超孔隙水壓力的消散過程劃分為3個區(qū)。該模型可用于預(yù)測動力沉樁后超孔隙壓力消散到安全限值所需時間,為樁基礎(chǔ)施工等提供有益指導(dǎo)。通過華能大慶電廠工程實例進(jìn)行驗證,該模型對于研究超孔隙水壓力時程消散問題具有避免過多主、客觀因素干擾,便于程序?qū)崿F(xiàn),計算過程清晰,結(jié)果明確的特點,適于工程實際應(yīng)用。

基于群樁模型試驗,分別對單樁和群樁沉樁時引起的超孔隙水壓力的變化情況進(jìn)行量測,并對超孔壓的分布、消散和施工順序的影響給予分析。試驗結(jié)果表明:隨著沉入土體內(nèi)樁數(shù)的增加,超孔隙水壓力不斷積累,但累積到一定程度后增幅變緩。沉樁順序?qū)Τ紫端畨毫τ杏绊憽Ｔ谒椒较?隨著測點至樁軸距離的加大而呈非線性減小,超孔壓的影響范圍約在5倍樁徑內(nèi);在樁群范圍內(nèi),超孔隙水壓力沿深度是不斷增加的,且外側(cè)增加幅度大于樁群區(qū)域。超孔壓的消散與土體的滲透性有關(guān),消散要經(jīng)過一個緩慢的過程,群樁施工時要注意采取能使孔隙水快速排出的措施,以減小沉樁擠土效應(yīng)。

為了深入研究有孔管樁群樁沉樁引起的超孔隙水壓力變化規(guī)律,基于室內(nèi)模型試驗,對無孔管樁群樁和3種布孔方式的有孔管樁群樁沉樁時引起的超孔隙水壓力進(jìn)行了監(jiān)測,分析了沉樁順序、布孔方式等因素對超孔隙水壓力時空消散的影響,獲得了無孔管樁群樁和3種布孔方式的有孔管樁群樁沉樁時超孔隙水壓力隨時間、深度、徑向距離和沉樁順序的變化規(guī)律.通過對比分析可知,有孔管樁群樁沉樁產(chǎn)生的超孔隙水壓力小于無孔管樁群樁,表明有孔管樁群樁在一定程度上能降低超孔隙水壓力,其中星狀布孔方式的有孔管樁群樁沉樁產(chǎn)生的超孔隙水壓力峰值最小,消散速率最快,最有利于減小沉樁擠土效應(yīng),沉樁效應(yīng)最佳.

基于adina有限元程序和三維biot固結(jié)有限元理論,定義樁周土為多孔介質(zhì)材料,以圓柱形空腔體擴(kuò)張理論為模型,模擬了一實體工程單樁沉樁過程.考慮實體工程的雙面排水條件,計算得到了沉樁完成后樁周初始超孔隙水壓力沿樁深度及徑向的分布規(guī)律,同時計算了樁周土體90d內(nèi)孔隙水壓力的消散狀況.在此基礎(chǔ)上,對樁周土因超孔隙水壓的消散引起的再固結(jié)沉降進(jìn)行了計算分析,得出的結(jié)果與實測結(jié)果進(jìn)行了比較.研究結(jié)果表明,考慮彈塑性本構(gòu)關(guān)系和三維滲流固結(jié)的有限元模型能較好地模擬沉樁引起的超孔隙水壓及其消散過程.

結(jié)合中電工程海鹽風(fēng)電場項目試樁實體工程，通過沉樁過程中地表沉降、地基土體超孔隙水壓力的現(xiàn)場試驗研究，獲得了擠土樁沉樁過程中地表變形規(guī)律、地基土體超孔隙水壓力的增長、消散特征。在臨近建筑物保護(hù)區(qū)域內(nèi)沉樁須充分考慮沉樁順序和速率等重要參數(shù)。

基于圓孔擴(kuò)張理論,從空間角度（徑向距離r和深度z）對有孔管樁沉樁過程產(chǎn)生的超孔隙水壓力進(jìn)行了分析,得到靜壓有孔管樁的超孔隙水壓力空間解析解。通過理論計算和數(shù)值模擬的對比,驗證得到：同一深度處,靜壓有孔管樁的超孔隙水壓力會隨徑向距離的增大而減小;相同徑向距離處,超孔壓隨深度的增加而增大。研究結(jié)果能為有孔管樁技術(shù)設(shè)計、開發(fā)及工程應(yīng)用研究提供可靠的依據(jù)。

黏性土的孔隙水壓力消散試驗與模型試驗的研究——在室內(nèi)靜三軸試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，研究土的孔隙水壓力消散情況。并設(shè)計強(qiáng)夯模型試驗，研究土在不同壓力下的滲透系數(shù)和土的孔隙水壓力消散情況。

為探索減輕靜壓沉樁效應(yīng)不利影響的新途徑,提出了一種有孔管樁技術(shù)?；趂lac3d軟件建立的模型,比較分析了靜壓無孔管樁和星狀對穿有孔管樁沉樁過程超孔隙水壓力的變化情況。模擬分析結(jié)果表明：靜壓沉樁過程中有孔管樁超孔隙水壓力的最大值小于無孔管樁超孔隙水壓力的最大值,證明了有孔管樁有利于超孔隙水壓力消散,從而為有孔管樁技術(shù)設(shè)計、開發(fā)及工程應(yīng)用研究提供可靠的依據(jù)。

排水粉噴樁—2d工法即粉噴樁聯(lián)合塑料排水板軟基處理工法,在施工工藝上有獨特之處。文章通過引入等效水頭的原理,利用自由井的理論,推導(dǎo)了粉噴樁體施工結(jié)束后,在塑料排水板的作用下,樁周土體超靜孔隙水壓力隨時間的消散規(guī)律?，F(xiàn)場試驗結(jié)果與理論計算結(jié)果基本一致,證明其理論計算能夠用于實際工程。

某廠房地基由于軟土層較厚,在大面積沉樁施工時引起較高的土體壓應(yīng)力和超靜孔隙水壓力。試驗區(qū)基坑開挖后發(fā)現(xiàn)樁頭有上浮及偏移現(xiàn)象,若不采取有效措施則必然導(dǎo)致基坑開挖失穩(wěn)及整個樁基的承載力下降。通過設(shè)置間距合理的豎向排水體進(jìn)行治理及現(xiàn)場監(jiān)測,最終保證了樁基及整個基坑開挖的安全。

軟粘土層深厚的地區(qū)進(jìn)行預(yù)制樁沉樁施工將產(chǎn)生超靜孔隙水壓力的累積,過高的超靜孔隙水壓力會使周圍土體及建筑、地下管線等產(chǎn)生較大的變位,甚至產(chǎn)生破壞。結(jié)合實際工程,介紹了沉樁施工所引起超靜孔隙水壓力變化的原型試驗。試驗表明,單樁沉樁顯著影響范圍可達(dá)15m,沉樁引起的超靜孔隙水壓力水平可以達(dá)到甚至超過上覆有效土壓力,并出現(xiàn)兩個不同的相對穩(wěn)定水平階段。

基于terzaghi-rendulic二維固結(jié)理論,將土體視為飽和彈性介質(zhì),采用保角變換的方法將含有圓環(huán)(隧道)的半無限空間區(qū)域映射為圓環(huán)域,建立襯砌在不透水的情況下隧道周圍土體超孔隙水壓力分布的控制方程。采用分離變量法對該控制方程進(jìn)行求解,得到處于飽和彈性土體中隧道周圍土體超孔隙水壓力消散的解析解。結(jié)合算例分析不同隧道埋深的情況下隧道頂部及水平向超孔隙水壓力隨時間變化的情況,以及埋深一定時隧道上方土體超孔隙水壓力的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:隧道埋深越深,周圍土體中超孔隙水壓力的消散速度越慢;在開始階段超孔隙水壓力消散速度較快,隨著時間的推移消散速度逐漸減慢;隧道周圍土體水平向超孔隙水壓力的消散速度要比豎向的消散速度快;隧道上方土體距離隧道越近,超孔隙水壓力的消散速度越快。

管樁沉樁過程中孔隙水壓力的產(chǎn)生與消散過程對樁承載力變化分析具有重要意義,在飽和軟粘土中孔隙水壓力消散比例與樁的承載力提高比例是同步的,研究沉樁前后孔隙水壓力的變化對工程實踐很有幫助。本文綜述前人研究的工作成果并在此基礎(chǔ)上,采用多種方法對工程算例進(jìn)行計算并對結(jié)果和影響因素等進(jìn)行分析,提出各種理論的差異以及工程應(yīng)用的一些建議。

根據(jù)控制沉降設(shè)計理論,采用疏化樁間距的方法,在某高速公路深厚軟基處理中設(shè)計并使用了帶帽ptc管樁。本文探討了ptc管樁在高速公路深厚軟土地基處理中的適用性,介紹了ptc管樁的施工工藝及技術(shù)要求,現(xiàn)場監(jiān)測了ptc管樁靜壓樁施工過程中產(chǎn)生的超孔隙水壓力,并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。為避免靜壓樁過程產(chǎn)生超孔隙水壓力對周圍環(huán)境的不良影響,提出了消除超孔隙水壓力的一些措施,同時應(yīng)用辯證觀點,分析了可利用超孔隙水壓力消散的有利條件,達(dá)到深厚軟基二次固結(jié)處理的目的。

飽和粘土中單樁沉樁引起的超孔隙水壓力分析——以圓柱孔擴(kuò)張理論為基礎(chǔ)，通過實測資料的分析，探討了沉樁時單樁周圍土中產(chǎn)生的超孔隙水壓力的大小、分布及影響范圍，得出了單樁沉樁后土體中沿徑向及深度方向的超靜孔隙水壓力規(guī)律，并與理論解進(jìn)行了對比。

以圓柱孔擴(kuò)張理論為基礎(chǔ),通過實測資料的分析,探討了沉樁時單樁周圍土中產(chǎn)生的超孔隙水壓力的大小、分布及影響范圍,得出了單樁沉樁后土體中沿徑向及深度方向的超靜孔隙水壓力規(guī)律,并與理論解進(jìn)行了對比。

軟粘土層深厚的地區(qū)進(jìn)行預(yù)制樁沉樁將產(chǎn)生超靜孔隙水壓力的累積,過高的超靜孔隙水壓力使周圍土體及建筑、地下管線等產(chǎn)生較大的變位,甚至產(chǎn)生破壞。以一次沉樁引起的超靜孔隙水壓力的原型試驗,表明,單樁沉樁顯著影響范圍可達(dá)15m,沉樁引起的超靜孔隙水壓力水平可以達(dá)到甚至超過上覆有效土壓力,并出現(xiàn)兩個不同的相對穩(wěn)定水平階段。

根據(jù)樁、錐在軟黏土中貫入的特點,用小孔擴(kuò)張理論模擬其貫入過程,推導(dǎo)出樁、錐貫入時產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力解析式.基于該解析解,研究了貫入過程中樁和孔壓靜力觸探探頭在對應(yīng)位置產(chǎn)生的孔隙水壓力之間的理論關(guān)系.孔壓靜力觸探試驗成果、理論計算值與現(xiàn)場樁周孔隙水壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析結(jié)果表明,利用孔壓靜力觸探試驗預(yù)估沉樁瞬時產(chǎn)生的孔壓在理論上和工程實踐中都是可行的.

靜壓樁沉樁過程中,超孔隙水壓力會對周圍環(huán)境造成影響。為了研究超孔隙水壓力大小及隨時間變化規(guī)律,結(jié)合工程實例進(jìn)行超孔隙水壓力監(jiān)測試驗,發(fā)現(xiàn)每天只觀測一次孔隙水壓力,不能準(zhǔn)確反映超孔隙水壓力的變化規(guī)律;就單根樁而言,超孔隙水壓力最大值出現(xiàn)在拔送樁筒至孔隙水壓力計埋設(shè)深度處;超孔隙水壓力隨著離開樁的距離而衰減,其有效影響半徑為15m左右;壓樁速率可以通過其產(chǎn)生的孔隙水壓力和上覆土層自重應(yīng)力的比值來控制。

地下水與孔隙水壓力——1地下水的賦存和靜水壓力　　2滲流、滲透力和滲透破壞　　3超靜水壓力　　4地下水與工程　　

地下水與孔隙水壓力——1地下水的賦存和靜水壓力　　2滲流、滲透力和滲透破壞　　3超靜水壓力　　4地下水與工程