單樁沉樁引起的初始超孔隙水壓力及其消散的計(jì)算

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(shí)際應(yīng)用的動(dòng)力沉樁超孔隙水壓力時(shí)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(diǎn)處超孔隙水壓力的時(shí)程消散過程,模型將整個(gè)動(dòng)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(gè)區(qū)。該模型可用于預(yù)測(cè)動(dòng)力沉樁后超孔隙壓力消散到安全限值所需時(shí)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(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證,該模型對(duì)于研究超孔隙水壓力時(shí)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(jì)算過程清晰,結(jié)果明確的特點(diǎn),適于工程實(shí)際應(yīng)用。

通過對(duì)vesic、徐永福、王偉等人推導(dǎo)出的超孔隙水壓力理論解的分析,發(fā)現(xiàn)這些理論解都存在一定的缺陷,在vesic和王偉推導(dǎo)出的理論解中,考慮土體的應(yīng)變軟化和圓孔擴(kuò)張,結(jié)合henkel公式推導(dǎo)出修正后的超孔隙水壓力理論解。結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行比較驗(yàn)證,結(jié)果表明,修正后的理論值更符合工程實(shí)際情況,可為樁基工程提供設(shè)計(jì)和施工參數(shù)。

某廠房地基由于軟土層較厚,在大面積沉樁施工時(shí)引起較高的土體壓應(yīng)力和超靜孔隙水壓力。試驗(yàn)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(gè)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(chǎng)監(jiān)測(cè),最終保證了樁基及整個(gè)基坑開挖的安全。

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(dòng)、應(yīng)力小等諸多優(yōu)點(diǎn)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(huì)產(chǎn)生較大位移,而且會(huì)在短時(shí)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(duì)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(duì)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(shì),隨開孔孔徑的加大逐漸減小?？蓪?duì)控制管樁擠土效應(yīng)提供可靠的理論依據(jù)。

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(duì)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(shí)間變化的情況,以及埋深一定時(shí)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(shí)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。

通過對(duì)樁基施工過程中實(shí)測(cè)資料的分析,探討了沉樁時(shí)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,并與理論解進(jìn)行了對(duì)比。還對(duì)樁-土界面處的超孔隙水壓力進(jìn)行了討論。

飽和軟土地基中樁基設(shè)計(jì)與沉樁引起的超孔隙水壓力大小及其消散有密切關(guān)系。通過對(duì)擠土樁沉樁過程的理論研究和資料分析,探討了沉樁時(shí)單樁與群樁周圍土中產(chǎn)生的超孔隙水壓力的大小、分布及影響范圍。并對(duì)實(shí)測(cè)資料進(jìn)行了對(duì)比和概述。

為研究高壓旋噴樁施工引起孔隙水壓力的變化規(guī)律,以某濱海區(qū)域一工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為基礎(chǔ),建立數(shù)值分析模型,對(duì)高壓旋噴樁施工進(jìn)行模擬.結(jié)果表明:不同深度處的土體孔隙水壓力沿徑向基本呈對(duì)數(shù)衰減,孔隙水壓力沿深度大體上呈遞減趨勢(shì),局部出現(xiàn)拐點(diǎn),有覆土情況下的有限元計(jì)算值更接近實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),深層有限元計(jì)算方法得出的孔隙水壓力的消散過程與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合較好,且隨著深度減小誤差增大,隨著注漿壓力的增大,孔隙水壓力也增加.

基于mohr-coulomb屈服準(zhǔn)則,在考慮土體的內(nèi)摩擦角φ的情況下,推導(dǎo)了盾構(gòu)通過時(shí)引起的超孔隙水壓力的公式并與φ=0的情況作了比較,表明φ值使得塑性區(qū)范圍和超孔隙水壓力值變大.塑性區(qū)的范圍和塑性區(qū)內(nèi)超孔隙水壓力的主要影響因素是盾構(gòu)土艙壓力,但彈塑性區(qū)交界處的超孔隙水壓力值為a6ccos∮(a為henkel系數(shù),c為土的粘聚力),與土艙壓力無關(guān).以上海地鐵10號(hào)線同濟(jì)大學(xué)站—國(guó)權(quán)路站區(qū)間隧道為實(shí)例,對(duì)此進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),結(jié)果顯示解析解與實(shí)測(cè)值吻合較好;提出開孔釋放超孔隙水壓力對(duì)策,經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)非常有效.

基于靜壓群樁模型試驗(yàn),運(yùn)用孔壓計(jì)分別量測(cè)了單樁、群樁沉樁后的超孔隙水壓力,通過量測(cè)結(jié)果表明:單樁時(shí),隨著徑向距離的增加,超孔隙水壓力是不斷減小的;群樁壓入后,超孔隙水壓力在樁身范圍內(nèi)是隨著深度的增加而不斷增加的;由于壓樁順序的影響,當(dāng)樁壓入與測(cè)點(diǎn)較近時(shí),則該測(cè)點(diǎn)處的超孔壓值會(huì)猛然上升。

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(dú)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(shí)間的消散規(guī)律?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果基本一致,證明其理論計(jì)算能夠用于實(shí)際工程。

采用室內(nèi)模型試驗(yàn)方法,通過在軟土中靜力壓入無孔管樁和6種不同布孔方式的有孔管樁,分別對(duì)其沉樁時(shí)引起的超孔隙水壓力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和分析,獲得了各種管樁靜壓沉樁時(shí)超孔隙水壓力隨深度、徑向距離和開孔的分布位置變化的規(guī)律。通過對(duì)比分析,得出按照星狀布孔的方式在樁壁開孔是樁壁開孔位置的最優(yōu)分布方式,有利于減小沉樁擠土效應(yīng),對(duì)促進(jìn)有孔管樁技術(shù)工程應(yīng)用有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

采用室內(nèi)模型試驗(yàn)方法,通過在軟土中靜力壓入無孔管樁和6種不同布孔方式的有孔管樁,分別對(duì)其沉樁時(shí)引起的超孔隙水壓力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和分析,獲得了各種管樁靜壓沉樁時(shí)超孔隙水壓力隨深度、徑向距離和開孔的分布位置變化的規(guī)律。通過對(duì)比分析,得出按照星狀布孔的方式在樁壁開孔是樁壁開孔位置的最優(yōu)分布方式,有利于減小沉樁擠土效應(yīng),對(duì)促進(jìn)有孔管樁技術(shù)工程應(yīng)用有一定的指導(dǎo)價(jià)值。

盾構(gòu)施工會(huì)對(duì)周圍土體產(chǎn)生擾動(dòng),形成超孔隙水壓力,引起工后固結(jié)沉降。運(yùn)用應(yīng)力釋放理論推導(dǎo)與襯砌相鄰的土體初始超孔隙水壓力計(jì)算公式。假定擾動(dòng)范圍邊界呈圓弧狀,確定初始超孔隙水壓力的分布范圍;同時(shí)運(yùn)用應(yīng)力傳遞理論,推導(dǎo)分布范圍內(nèi)任一點(diǎn)土體的初始超孔隙水壓力計(jì)算公式。通過對(duì)實(shí)測(cè)資料的分析可知,計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合較好。算例分析表明,與襯砌相鄰的土體初始超孔隙水壓力呈近似圓形(頂部小、底部大);隨著到襯砌的徑向距離增加,土體初始超孔隙水壓力呈凹曲線形狀;隧道底部的等值線最密,即變化最快;隧道頂部上方土體、不同深度處土體初始超孔隙水壓力,以隧道軸線處為最大,呈現(xiàn)類似peck曲線形狀。

根據(jù)飽和粘土中沉樁特點(diǎn),用柱孔擴(kuò)張理論模擬其貫入過程,將擴(kuò)張后周圍土體分為塑性區(qū)和彈性區(qū),由柱孔擴(kuò)張基本平衡方程和邊界條件,采用能夠考慮天然狀態(tài)土體實(shí)際固結(jié)性狀的ko固結(jié)土體本構(gòu)模型的屈服面方程為屈服準(zhǔn)則,以對(duì)數(shù)應(yīng)變考慮樁周土體發(fā)生的大變形,結(jié)合henkel孔壓公式,推導(dǎo)出沉樁后樁周超靜孔隙水壓力的理論表達(dá)式.通過算例分析了土體剪切模量、臨界狀態(tài)應(yīng)力比、超固結(jié)比和靜止側(cè)壓力系數(shù)對(duì)超靜孔隙水壓力的影響.同時(shí),與基于修正劍橋模型解答和工程實(shí)例進(jìn)行對(duì)比分析,理論計(jì)算值和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值吻合較好,表明理論結(jié)果的合理性與實(shí)用性.

根據(jù)飽和粘土中沉樁特點(diǎn),用柱孔擴(kuò)張理論模擬其貫入過程,將擴(kuò)張后周圍土體分為塑性區(qū)和彈性區(qū),由柱孔擴(kuò)張基本平衡方程和邊界條件,采用能夠考慮天然狀態(tài)土體實(shí)際固結(jié)性狀的k_o固結(jié)土體本構(gòu)模型的屈服面方程為屈服準(zhǔn)則,以對(duì)數(shù)應(yīng)變考慮樁周土體發(fā)生的大變形,結(jié)合henkel孔壓公式,推導(dǎo)出沉樁后樁周超靜孔隙水壓力的理論表達(dá)式。通過算例分析了土體剪切模量、臨界狀態(tài)應(yīng)力比、超固結(jié)比和靜止側(cè)壓力系數(shù)對(duì)超靜孔隙水壓力的影響。同時(shí),與基于修正劍橋模型解答和工程實(shí)例進(jìn)行對(duì)比分析,理論計(jì)算值和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值吻合較好,表明理論結(jié)果的合理性與實(shí)用性。

根據(jù)控制沉降設(shè)計(jì)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(jì)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(chǎng)監(jiān)測(cè)了ptc管樁靜壓樁施工過程中產(chǎn)生的超孔隙水壓力,并對(duì)監(jiān)測(cè)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(duì)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(shí)應(yīng)用辯證觀點(diǎn),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。

根據(jù)飽和粘土中沉樁特點(diǎn),用柱孔擴(kuò)張理論模擬其貫入過程,將擴(kuò)張后周圍土體分為塑性區(qū)和彈性區(qū),由柱孔擴(kuò)張基本平衡方程和邊界條件,采用能夠考慮天然狀態(tài)土體實(shí)際固結(jié)性狀的ko固結(jié)土體本構(gòu)模型的屈服面方程為屈服準(zhǔn)則,以對(duì)數(shù)應(yīng)變考慮樁周土體發(fā)生的大變形,結(jié)合henkel孔壓公式,推導(dǎo)出沉樁后樁周超靜孔隙水壓力的理論表達(dá)式。通過算例分析了土體剪切模量、臨界狀態(tài)應(yīng)力比、超固結(jié)比和靜止側(cè)壓力系數(shù)對(duì)超靜孔隙水壓力的影響。同時(shí),與基于修正劍橋模型解答和工程實(shí)例進(jìn)行對(duì)比分析,理論計(jì)算值和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值吻合較好,表明理論結(jié)果的合理性與實(shí)用性。

層狀土體固結(jié)中孔隙水壓力消散規(guī)律的研究——基于biot固結(jié)理論，采用狀態(tài)變量法研究了層狀飽和多孔介質(zhì)軸對(duì)稱固結(jié)問題。通過引入狀態(tài)變量，laplace-hankel變換和矩陣?yán)碚撎岢隽藢訝铒柡投嗫捉橘|(zhì)biot軸對(duì)稱固結(jié)問題狀態(tài)變量法的一般解析表達(dá)式，并利用該解析解對(duì)...

孔隙水壓力是影響軟土地基中樁基設(shè)計(jì)和施工的重要因素,文中討論了單樁施工時(shí)對(duì)孔隙水壓力的影響規(guī)律和影響范圍,這些結(jié)果可為進(jìn)一步的理論研究和機(jī)理探討積累資料和經(jīng)驗(yàn)。

通過對(duì)擠土樁樁基施工過程中實(shí)測(cè)資料的分析和理論研究,認(rèn)為群樁施工時(shí)的超孔隙水壓力與單樁情況下的不同.雖然群樁的影響因素更為復(fù)雜,但在各樁施工時(shí)的相互影響和“水裂”作用的限制下,孔隙水壓力值仍會(huì)趨于穩(wěn)定.為此對(duì)飽和軟土中樁群范圍內(nèi)超孔隙水壓力的產(chǎn)生、分布和變化趨勢(shì)進(jìn)行了探討,對(duì)樁群外超孔隙水壓力的分布規(guī)律和影響范圍也進(jìn)行了討論.

依托江蘇某省道軟基處理工程對(duì)樁周土壓力和超孔隙水壓力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:粉噴樁施工過程中樁周土體同步產(chǎn)生較大超靜孔隙水壓力和土壓力,隨離樁距離增大而減小;施工完成后1小時(shí)內(nèi)超孔隙水壓力基本消散完畢;粉噴樁施工速度越快,土體中產(chǎn)生的超孔壓越大;超孔壓朝著施工方向累積,背著施工方向表現(xiàn)出遮蔽現(xiàn)象;跳打施工比順序施工所產(chǎn)生的超孔壓要小。通過改進(jìn)施工速度、順序、方向以及樁間距能有效地減小粉噴樁施工引起的超孔隙水壓力。