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1、沉桩挤土效应研究和其克服措施探究 【摘要】:预应力管桩作为一种快捷实用的地基处理方法被广泛应用于各种建筑基础中，但其产生的挤土效应会对周边环境造成不利影响，基于此，本文先介绍了土体位移机理分析及沉桩挤土效应的机理分析，得到了很多关于沉桩挤土效应的结论，然后通过有限元计算分析及试验研究，提出了一些克服沉桩挤土效应措施，从而提高了工程的安全性。【关键词】:挤土效应;沉降预估;措施中图分类号：TU4文献标识码：A文章编号：一、土体位移机理分析及沉桩挤土效应的机理分析1、土体位移机理分析桩周土桩在安装过程中，受到径
2、向挤压和垂直剪切，应力或应变状态下发生较大的变化。从土壤结构中分析，在一定范围内变化的桩体密度和水分含量回导致土壤的物理和力学性能的变化。除此之外，在不同土壤和不同位移特征下，如敏感度高的粘土会在打桩过程中软化，通过挤压桩侧表面使土壤隆起。敏感度低的粘土，比如硬粘土、细砂和粗砂，隆起速率是非常小的。2、沉桩挤土效应的机理分析（以某水厂清水池扩建沉桩为例）71）无限土体中小孔扩张方程的建立无限土体中小孔扩张模型见图5将微分体所受力投影到微分体中心的径向轴上,并取为1,建立径向的平衡方程略去微量整理后得:（1）2
3、）塑性区边界破坏准则在塑性区边界上必然满足库仑-摩尔破坏准则。σr-σθ=2Cu(2)3）求解塑性区半径为求塑性区半径,考虑到塑性区边界上的位移有:Δ=（1+μ）/E·R·Cu假定塑性区内的土不可压缩,按小孔面积等于扩张面积原则可以列出方程:联立上述式(1)～式(3)方程,可以解得塑性区内任一点的应力和桩土界面上的最大扩张应力。πro2=πR2-π(R-Δ)2展开并略去Δ2小量。求得塑性区半径径向:环向:最大扩张应力:塑性区半径:塑性区边界位移:Δ=（1+μ）/E·Cu·R7以上各式中:ro———扩张孔(桩)
4、的半径;R———塑性区的半径;Δ———塑性区边界的位移;r———离扩张孔(桩)中心的距离;Cu———桩周饱和土的不排水抗剪强度;E———土的模量;μ———土的泊桑比;σr———径向应力;σθ———环向应力;pu———桩土界面上最大扩张应力。4）从理论求解结果得到的重要结论(1)在不排水情况下,塑性区半径与扩张孔半径之比R/ro,仅与土的刚度比E/Cu有关,若刚度比E/Cu=150~350时,塑性区半径约为7~10倍桩的半径;若刚度比E/Cu=60~100时,塑性区半径约为4.5~6倍桩的半径。塑性区半径与刚度
5、比E/Cu的12次幂成正比。(2)挤土应力随径向递减,由桩土界面上pu递减至塑性区边界Cu,而环向方向由桩土界面上的压力pu-2Cu变化至塑性边界拉应力-Cu。(3)桩土界面上的扩张压力与桩半径无关,只与土的刚度比有关。当刚度比较小时,扩张压力变化较大,7刚度比大于600时,扩张压力变化很小,刚度比超过2000时,则puCu趋近极限值7.5,从而可估计沉桩时,桩对土的最大挤压力pu=7.5Cu。(4)塑性区边界的径向位移与土的刚度比成反比,土的刚度比越大,其径向位移越小,反之则为越大。塑性区边界的径向位移与塑
6、性区半径成正比,塑性区半径越大,其径向位移越大,反之则为越小。(5)在沉桩瞬时挤土过程产生的超孔隙水压力最大值近似取桩土界面上的扩张压力pu,最大孔隙压力只与土的刚度比有关,与土的埋深无关。当瞬时最大孔隙孔压力超过竖向或水平有效应力时,便会产生裂缝而消散。(6)在高灵敏度的土中沉桩时,应适当加大桩距。土灵敏度越高,塑性区半径内土体强度降低越多,桩间土在自重作用下产生压缩变形,使桩基础承台底面与土脱离。在土体压缩变形过程中,又会对桩产生负摩阻力,使桩承载能力下降,最终导致相邻构筑物沉降加剧。小孔扩张的理论分析,
7、仅对一根桩的挤土效应进行了系统分析,并不能代替群桩挤土效应的分析,但对研究群桩挤土影响及选择采取减少其影响的措施提供了一定的理论依据。5）本工程主要技术参数与分析结果根据本工程岩土工程勘察报告,综合类似土层特征,7确定主要参数如下:μ=0.5;Cu=25kP;E=4.5MP;最大扩张应力:塑性区半径:塑性区边界位移:上述计算结果表明:(1)沉桩过程中超孔隙水压力约为102kPa,大于深度12m左右土的有效应力。设置深度为5m左右的垂直排水措施,可以释放超孔隙水压力。(2)塑性区半径为1.16m,本工程最小桩距
8、为1.5m,应考虑灵敏度高的软土对桩基承载力的不利影响。(3)单根桩塑性区边界位移约为10mm。采取必要的技术措施,减少挤土效应,确保相邻构筑物安全运行是可能的。二、沉桩挤土效应的有限元计算分析及试验研究1.有限元计算分析1）初始半径为零的小孔扩张过程在有限元法中的处理在实际情况下，孔的初始半径是0。但随着毛孔扩张，在用有限元进行分析时，小孔的初始半径必须是一个非零的值，以避免R=0时会产生无限的周
