基于沉桩施工的环境影响分析及对策研究

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1、申请上海交通大学硕士学位论文沉桩施工的环境影响分析及对策研究学校：上海交通大学院系：船舶海洋与建筑工程学院学科方向：岩土工程研究生：徐欢学号：1070109128指导教师：徐永福教授协助导师：江国勤教授级高工上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院土木工程系2010年2月ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheMasterDegreeStudyoneffectsofpiledrivingonsurroundingenvironmentanditspreventionmeasuresAuthor:XuHuan

2、Specialty:GeotechnicalEngineeringAdvisor:Prof.XuYongfuAssistantadvisor:JiangGuoqing(SeniorEngineer)SchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaFebruary26,2010沉桩施工的环境影响分析及对策研究摘要随着城市地下空间建设的日益发展，沉桩引起的环境问题日益严重。由于沉桩过程往往需要排开一定体积的土体，挤土的过程会对桩周土产生一

3、定程度的扰动，改变其应力状态，并对桩区一定范围内的已有建构筑物及市政道路、管线等产生一定的影响。因此，对沉桩产生的对周边环境的影响进行深入研究，并针对沉桩施工采用一定的工程防治措施对提高工程安全性和经济性具有重要意义。本文在系统的分析总结沉桩对周边环境影响的研究方法和研究现状的基础上，对沉桩挤土问题做出了较为全面的分析研究。主要内容和取得的成果包括以下几个方面：（1）利用ABAQUS建立有限元模型，考虑了大变形、土自重应力和侧摩阻力等因素影响，对均质土沉桩的应力和位移状态进行了详细的分析，并讨论了弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角和剪胀角对其影响。（2）对上卧硬土层和中间

4、夹硬（软）层等不同层状土沉桩产生的应力和位移场进行了分析，指出了土层软硬交界处会出现应力断裂层，软硬交界层处水平位移会发生明显突变，会明显大于均质土情况。（3）对单桩挤土产生的超孔隙水压力的分布和消散情况进行了分析，讨论了不同土参数对超孔隙水压力分布的影响，并得出了超孔隙水压力沿径向迅速衰减，影响范围在20~30倍桩径左右。第I页（4）针对两桩模型考虑孔隙水和土体固结的影响，对沉桩产生的位移、有效应力和超静孔隙水压进行研究；建立九根桩挤土的模型，对其产生的位移场进行了分析。通过不同打桩顺序对位移场的影响指出了已沉入桩会对后续沉入桩的挤土产生一定的遮蔽效应。（5）通过对邻桩

5、的弹模折减，采用轴对称模型对有邻桩的情况下沉桩，分别讨论了不同层状土、桩间距和桩径的情况下沉桩对桩周土的挤压作用和对邻桩的影响，得出均质土中沉桩对邻桩产生的轴向拉力在2/3桩身处最大。层状土沉桩时，桩身两侧受力情况有较大差异，桩身除了受到轴向拉力的作用外，还受到很大的挠曲作用。（6）总结了沉桩对周边环境影响的工程措施，对控制沉桩速度、设置预钻孔和防挤槽的控制效果进行了计算分析，对实际工程有一定的参考意义。关键词：沉桩挤土，圆柱孔扩张，单桩，群桩，邻桩，预钻孔，防挤槽，ABAQUS第II页Studyoneffectsofpiledrivingonsurroundingenv

6、ironmentanditspreventionmeasuresABSTRACTWiththedevelopmentoftheconstructionofurbanundergroundspace,piledrivinghascausedanumberofsevereenvironmentproblems.Soil-compactingassociatedwiththeprocessofpiledrivingwillbringadegreeofdisturbancetothesurroundingsoil,changeitsstressstateandhavesomeim

7、pactontheexistingstructure,roadandpipelineclosetothepilearea.Thereforeitisgreatlysignificanttostudyontheeffectsofpiledrivingonsurroundingenvironmentandmeasurestakentoimprovesafetyandeconomics.Thispaperfirstrecitesandanalyzesthepresentresearchstatusandmethods.Thenbas