软土地基中桩基施工时挤压力影响

'软土地基中桩基施工时挤压力影响　　摘要：桩基施工在软土地基工程建设的地位尤为重要，其中桩基施工时产生的挤压效应也成为首当其冲的研究对象。本文研究了某地区的软土地基中桩基础施工的实际情况，通过分析桩端积压力、施工流程及桩群施工等实际情况，可得出软土地基中桩基础施工时产生的挤压及避免措施，以期能够为软土基施工作为参考。关键词：软土地基；桩基施工；挤压力中图分类号：TU471.8文献标识码：A在设计饱和软土地基桩基时，要充分考虑到其对周围环境的挤压效应。因为软土桩基在施工时，会对附近土基造成巨大的挤压力，甚至可能会引起桩区及周围土体水平位移或向上隆起，严重时会引起桩体偏位、上抬、折断，更甚者会对周围管线、地面道路、建筑物安全产生造成严重影响从而改变其原设计。因此，软土地基中桩基施工的挤压效应及预防办法成为工程界极其重视的问题。一、现场实测概况及方法现场实测某实验场地工程地质，其概况见表1。地面标高4.29~4.83m，地下水深0.4m。表1试验场地工程地质概况7 该工程实测地基础为沉管灌注桩，将会建一幢5层框架楼，桩长13.7m，沉管外径377mm，桩尖持力层取自粘质粉土，实测时间长达3个多月。每个桩位都按矩形设计，桩最小距为1m。工区面积约为350m2，土桩301根，平均每天成桩18根。要预先在桩群中心压入一根钢管测量桩，量得桩长14.4m，外径102mm比准备施工的沉管灌注桩稍长。测量知桩外壁有小型压力盒(P1~9)和孔隙压力计(UP1~9)均9只，分别在3个不同深度上安装着，每一深度均有3只压力盒和孔隙压力计，分别安装在钢管测量桩的3个方向上，可测量出沉桩时不同深度桩身上的侧向土压力及孔隙水压力的变化。在测量桩内还设计了19组电阻应变片(Ɛ1~19)，安装在4个不同的方向和深度上，可测量出沉桩时对邻桩所产生的拉压和挠曲。桩群内外的不同位置和深度的土体中还埋置了孔隙压力计(U1~16)16只，其中埋置在桩群中心9只，在桩群内西部边缘埋置了3只，另外4只埋置于桩群外的不同距离和深度。二、应力变化及影响1、理论解7 理论桩体贯入模拟仍是复杂问题。饱和粘土在不排水时，单桩贯入可以模拟为无限土体的孔穴扩张，通过弹塑性理论可求解平面对称问题，得出球形孔扩张后对周围土体形成的弹塑性区、总应力及位移分布。屈服准则饱和弹性-完全塑性材料，服从Mohr-Coulomb，球形孔扩张引起的总应力增量为在塑性区：；在弹性区：式中：Δσr为径向的应力增量；Rp为塑性区半径；r为离开桩中心的距离；Cu为土的不排水抗剪强度。介于塑性区边界上的位移，并假定塑性区内土的不可压缩性，可得到塑性区半径Rp为式中：r0为桩半径；E为土的弹性模量；L为土的泊松比。要求桩土界面处的扩张压力pu，可在式(1a)中令r=r0，并将式(2)代入，则可得2、实测结果与分析施工时，随桩体的贯入，桩下土体受到挤压。图2是贯土7.8m的P5压力盒测得的数据。沉桩效应在桩尖在未到达测点标高之前已产生，其位差随桩位离测点水平距离远近而变化。#183桩距测点的水平距离为0.75m，当入土沉桩3.5m时，压力开始增大；距离桩尖测点高差1.0m时，压力急剧增大，并在桩尖到达测点标高处时，达到最大值。随着桩体的继续贯入，桩尖超过测点标高，挤压力将出现下降并大致保持稳定。实测可得，最大值与稳定值之比为1.38。由此可知，沉桩过程中的最大挤压力为桩端的径向挤压力，它一般产生于桩尖同一水平周围。在这一水平以上，桩体贯入时的摩擦力对土体的影响力较大，摩擦力相对稳定，比径向挤压力要小。并且最大值与稳定值之比，随桩位与测点间的水平距离的增大而减少，在距离5.9m处沉#263桩时，最大值与稳定值几乎为同一数值。7 图2挤压力随沉桩贯入深度的变化由桩轴与测点水平距离rH、土压力发生变化时桩尖离测点的高差rV，可计算出桩端下挤压力球形影响最大半径RT。将测出部分资料绘制成图3，可知桩端下挤压力的最大影响半径大约为(20~23)r0，这比桩端下的超孔隙水压力影响半径要大些。图3桩端土中挤压力的影响半径3、实测结果与理论值的比较由室内试验结果可知，淤泥质粘土刚度比E/CuU150~380。按表1中试验场地的参数，并按不排水条件，取L=0.5，代入理论式(3)后得，桩端扩张压pu=(6.22~7.46)Cu。相对于场地3个测点深度处Cu值(参见表1)，桩端扩张压力pu的范围在77~143kPa；将上述参数代入式(2)后可得到塑性区半径Rp，RpU(3.7~5.0)r0，即Rp约为0.7~1.0m。但考虑沉桩中桩对土剪切和振动影响，Rp实际值应比理论值大。将上节的实测结果与理论值相比，桩端扩张压力实测结果pTm与理论估算值pu上限接近；而挤压力影响半径RT则比塑性区半径理论值Rp要大的多，大约是后者4.0~6.2倍。三、施工流程的影响桩基施工时，对土产生的挤压力影响与沉桩施工的流程有关。图4是与测量桩距757 cm的一排桩(#137~#153桩)施工时测出的压力变化。不同测点埋深都显示出共同规律：当测量桩进入沉桩的影响范围并距离越来越近时，挤压力很快增长，并在沉桩桩位与量测桩最近时达到峰值。之后，随着沉桩桩位背离量测桩越来越远，相应对量测桩的挤压效应也渐渐降低，并保持在某一基本稳定值上。在深层土中，峰值及稳定值与沉桩前的侧向土压力之比，分别为1.7~2.0和1.3~1.6；但在浅层土中，峰值与沉桩前压力值之比仅为1.2，而沉桩后的稳定值反而小于沉桩前的。也就是说，即使距离相同，向着被影响物渐近的桩产生的影响比背着被影响物远去的桩所产生的影响要大得多。前者可使土体逐渐挤密而增加被影响物上的压力，而后者则可能对密实土体扰动而使已有的压力部分得到松弛。特别是在土体浅层，沉桩使地面隆起且让压力得到部分释放。这种现象对指导沉桩的施工顺序，减少沉桩对周围环境的影响具有重要意义。图4施工流程的影响四、桩群中土压力的最大值和稳定值7 桩群入土造成土体挤密，会增加土挤压力，继续施工可能会对密实土体产生扰动并让已有压力部分松弛。尤其是土体浅层，会使地面隆起、压力得到释放。所以，桩群中压力在施工过程时也同样存在着松弛和积累。从理论上讲，在施工前，土中任一微单元体在上覆压力Ch(C为重度；h为深度)和侧压力k0Ch(k0为静止侧压力系数)的作用下保持着平衡，上覆压力Ch的方向为最大主应力方向。以Ch和k0Ch为最大、最小主应力的应力圆确定了该单元体的应力状态。沉桩的挤压使土中侧向应力变大，但上覆压力则不变，故应力圆逐渐变小。一旦侧向压力超过上覆压力，最大主应力的方向便发生转变，应力圆又逐渐变大。但在侧向压力达到某一临界值之前，即应力圆未与强度包线相切时，土单元体仍处于弹性变形状态。因此在施工初期，土中侧压力会随着入土桩数的增加而加大。一旦侧压力超过了土单元体保持弹性极限的应力条件，即应力圆与强度包线相切后，对于屈服准则的土体服从Mohr-Coulomb就会产生塑性变形，产生隆起和水平位移，同时使侧压力得到部分松弛。达到塑性破坏后应力圆不再增大，继续打桩只使土体产生更大的变形和位移，而侧压力则不再继续增大而保持相对稳定。但对于浅层土体，施工时引起的地表隆起和扰动，还可能会使土压力值下降。五、结论桩端挤压力对施工产生的影响力最大，比桩身摩擦力大得多。沉桩贯入时在桩尖水平处土中挤压力最大，但桩端以下有一球形影响范围。挤压力产生的影响可通过施工流程来控制，桩群施工时土中压力会逐渐增大，并达到一稳定值。参考文献：[1]林祖铭,刘万超.谈软土上的桩基施工[J].黑龙江科技信息.2010(30)7 7'