静压桩沉桩扩孔挤土效应分析

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1、上海理工大学本科生毕业设计（论文）第1章绪论1.1概述桩基工程是一种比较古老的基础形式，也是目前应用最为广泛的基础形式之一。在软土地区采用桩基础有着悠久的历史，早在新石器时代，人类就已经成功的在湖泊和沼泽地中以木桩搭台修建房屋，到19世纪后期，钢材、水泥、混凝土和钢筋混凝土相继问世，并被成功的应用作制桩材料。各种新材料的问世也大大促进了沉桩工艺的改进，静压桩施工就是近年来得到广泛使用的沉桩工艺。简单来说静压桩施工就是将预制好的桩体通过相应的压桩机械压到设计深度的施工工艺。静压桩简单来说具有桩身质量易于保证和检查，价格相对较低，以

2、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[6]。但静压桩也有其相点对缺，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。在饱和软土地基中沉桩时，桩身将置换同体积的土，会产生巨大的侧向挤压作用，如果处理措施不当，会引起周边的环境问题，严重时还会引发工程事故。近些年来，随着高层建筑物的大量兴建，特别是在沿海软土地区和用地紧张地区，沉桩造成的邻近建筑物和地下公共设施破坏的事例屡见不鲜。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

3、们的重视。从对地基土的影响程度上来说，静压桩施工的桩也属于挤土桩，同常见的打入方法（如锤击法，振动法）相比，两者对土体作用的机理上有一定的相似性，但仍有一定的差异性，主要体现为：静力压桩时，沉桩速率保持在一定的范围内，因此压桩过程可以看作准静态过程，而打入桩的贯入主要依靠动力使桩体沉入地层，贯入过程并不连续。由于施工工艺的改进，静压法施工具有以下的优点[5]：1.施工时无噪音，适合在市区及其他对噪音有限制的场地施工，如学校、医院、办公楼及住宅小区等。2.施工时无震动。3.和锤击桩相比，施工应力比锤击桩小，且在施工过程中不出现拉应

4、力。采用静压桩由于桩身不承受冲击，施工时可以适当减少桩体的最小配筋率，降低桩体材料的强度，因此可以在一定程度上降低桩的制作成本，造价相对较为便宜。4.桩体在工厂中制作完成，其质量较可靠。另外，在压桩过程中压桩力可以记录，并可以根据记录来估算承载力。5.施工工地整洁，不会发生泥浆满地的情况，操作自动化程度高，施工人员及监理人员劳动强度低。35上海理工大学本科生毕业设计（论文）6.施工速度快，工效高，工期相对较短。7.施工时桩长可以接驳，长度不受机械设备的限制。8.静压桩的桩端持力层可以取中密-密实的砂性土层、硬塑-坚硬的粘性土层、

5、全风化岩层甚至强分化岩层、比钻孔灌注桩、人工挖孔桩的持力层为浅。静压桩已在我国得到了广泛的应用。从已有的资料信息[9]来看，我国静力压入桩的使用数量为世界之最。1.2国内外研究应用现状随着静压桩的广泛使用，国内外早已有许多工程技术专家对其进行了研究。沉桩引起的对桩周土体的挤土效应的研究开展地较为广泛，研究内容大多集中在桩周土体的变形，沉桩过程中土体应力状态及土体强度的变化等方面。孔扩张机理与岩土工程中的许多实际问题具有相似性，如沉桩的挤土效应等，因此在岩土界得到了关注和应用。在国内外科研工作者的共同努力下，孔扩张理论得到了长足的

6、发展与完善。针对拟解决问题的特殊性，在材料本构模型的采用上采用弹塑性模型等。屈服准则采用从经典的Mohr-Coulomb准则[1]、Tresca准则[1]到俞茂宏[8][11][12]提出的双剪强度理论、空间轴对称的统一强度理论。同时针对岩土材料的特殊性，采用了不同的软化和剪胀模式。研究证明，岩土类材料的剪胀性、应变软化特性及屈服准则的选取对孔扩张问题有很大的影响。从70年代起，国内外在这方面做了不少工作。在国内，主要是应用线性理论Mohr-Coulomb强度理论、Tresca强度理论、双剪强度理论以及统一强度理论。Gibson

7、[20][21]和Anderson[20][21]于1961年将该理论引进岩土工程领域，几十年来，该理论得到了不断的完善和发展。Vesic[1]以Mohr-Coulomb屈服条件为依据．给出了球形孔和同筒形孔扩张的一般解，其假定塑性区内的土体是可压缩的塑性同体．其不足之处是只将体积应变平均求出而不能反映其空间分布。Cartereta[19]采用应变硬化土体模型对孔扩张问题进行了分析。近年来，蒋明镜和沈珠江等[3][4]将土体模型从Mohr-Coulomb发展到应变软化模型，从而有利于考虑土体的实际变形特性，如剪胀等，这是圆孔扩张

8、理论的一大进步。蒋明镜、沈珠江[3][4]基于岩土软化材料特征，提出应力一次跌落应变软化模型[13][15]，采用双剪统一强度理论的屈服函数形式推导并给出柱形孔扩张时的应力场、应变场、位移场和最终扩张压力的计算公式。俞茂宏90年代提出了一个新的强度理论[11][