砂土中静压挤土桩周压力的监测与研究

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2014．06．047砂土中静压挤土桩周压力的监测与研究蔡超君，李钰(同济大学地下建筑与工程系，上海200092)摘要：在城市中，传统锤击桩等动力沉桩产生了包括噪音、振动等环境问题。而静压桩由于其对环境影响比较小等特点得到了越来越广泛的应用。通过模型试验研究了静力压桩过程中桩周砂土的侧向土压力的发展规律。文章监测了整个沉桩过程中几组测点的土压力的发展．当桩尖向下刺入接近测点时，土压力急剧增长；当桩尖继续下沉到测点以下，测点处的土压力又急剧减小；当桩体尚未刺入到测点深度的时候，测点处的土压

2、力就会提前达到峰值。由沉桩引起的侧向土压力最大值沿径向呈指数函数衰减，而随深度呈近似的线性增长。模型试验对比了不同沉桩速度所需的沉桩贯入力，发现沉桩速度越快。需要的沉桩贯入力越大。沉桩速度的快慢对桩周土体压力的产生没有明显影响。关键词：静压桩；模型试验；侧向土压；沉桩速度中图分类号：TU473．1文献标志码：B文章编号：1672—4011(2014)06—0107—030前言传统的动力沉桩过程会给城市带来一些环境问题，如周边建筑的开裂以及噪音污染。动力沉桩在城市中已经被限制使用。由于静压桩存在着噪音小振动小等优点，相对于传统的振动沉桩工法，静力

3、压桩工法在城市中获得了愈加广泛的应用。贺慧⋯通过实验介绍了在砂层中静压桩预制沉桩的模型试验，研究了静压桩的荷载传递特性，并得出相关结论。周健等¨1采用模型试验研究发现了桩端土体位移模式基本上呈圆孔扩张。模型试验对砂土中的压力分布的研究比较少。本文主要介绍了砂土中静压桩的模型试验，研究了沉桩引起的土压力的分布情况。1试验介绍1．1试验仪器介绍模型箱的尺寸由1m3的钢板做成，模型桩直径为4em，采用铝制材料做成。土体的侧向压力的增量采用微型土压力计采集。采用油压式千斤顶提供了桩体的贯入力。同时为了标定出试验用砂的性质，进行了原位静力触探试验(CPT

4、)，静力触探仪器参见图1。1．2试验砂土的制备试验用砂采用普通的黄砂制备而成，试验过程中采用了筛分试验对砂粒级配进行了分析，同时采用了静力触探作者简介：蔡超君(1989一)，男，上海人，硕士研究生，主要研究方向静压桩。试验标定出砂土的性质。砂土采用分层铺设的方法进行准备，当铺设到一定厚度时，暂停铺砂，将微型土压力计安装到预定位置后再继续铺砂。砂土的厚度为80cm。微型土压力计的布置图如图2。砂土的性质如表1。图1静力触探仪器滋※A彳《X渝thj烂数。模型桩(直径为D=4cm)·土压力计TYl(距离桩面lD)·土压力计TY2(距离桩面3D)O土压

5、力计TY3(距离桩面5D)o土压力计TY4(距离桩面7D)图2微型土压力计布置平面图表1试验用砂性质参数表1．3试验过程介绍本模型试验采用油压千斤顶提供桩体的贯入力，保证桩体的匀速贯入，同时在整个过程中利用微型土压力计探测桩体周围侧向土压力的增量，并通过数组采集仪导入到电脑中进行后期处理。2实验结果及分析研究发现随着桩体的贯入，桩侧侧向土压力有明显的增加。从压桩过程中侧向土压力的变化规律，如图3所示，可以看出某一深度的土体的侧向土压力在桩体贯入的过程中先增大后减小，呈现出一种先受压后受拉的过程，这与剑桥学者D．J．White等”j的研究成果相一

6、致，利用探测波的传播速度，他们研究发现当桩体下沉接近某一层土体时，该部分的土体刚度增加，当桩体继续下沉到观测土体以下时，土体的刚度减小。通过对每一个测点的研究发现，当桩体下沉尚未达到该测点的深度时，测点已经提前达到峰：。：4翠；：_鬈豸s触幽磊立墟苞陀砌如羹嘴意是撮值，如图4所示。由于桩土之间的摩擦力存在，使得桩周土体在摩擦力的作用下在向径向移动的同时也向下移动，从而使得测点在桩尖还未到达的时候提前达到土压力峰值。E宣魁送巨暑魁送昌越隧H，=250millH，=375mmH．=500mm图3各埋深处桩侧土压力增量随桩体贯入深度的变化规律昌量毯避

7、图4测点达到峰值时，桩尖与测点的相对位置关系我们记录了整个贯入过程中土压力峰值沿着径向和深度方向的变化规律。如图5所示，以正规化的土压力峰值作为纵坐标(其中，△盯，径向最大土压力的增量；盯。为初始侧向土压力)；以无量纲化的径向距离作为横坐标(r为距离桩体表面的径向距离；D为模型桩的直径)。发现土压力的峰值沿径向呈指数衰减，且在r<2D的范围内衰减较快，当距离桩体表面足够远，r>7D的时候可以发现无量纲化的土压力峰值大致为1，从土压力的角度即可以认为，压桩对此范围的土体没有明显影响。图5土压力峰值沿径向变化规律如图6所示，横坐标为测点深度，纵坐标

8、为土压力的峰值。可以看出当径向距离一定的时候，侧向土压力的峰值沿深度呈线性增长。为了对比研究不同速度沉桩，分别采用0．78mrn／s和1．934mm／