桩周土体静阻力模型研究及在打桩中的应用

《桩周土体静阻力模型研究及在打桩中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、桩周土体静阻力模型研究及在打桩中的应用摘要：基于桩侧土体和桩端土体的变形与破坏机理不同，以及土力学理论、有关室内和现场试验结果，并为简化起见，分别采用双曲线模型、理想弹塑性模型来描述桩侧土体静阻力和桩端土体静阻力特性。考虑桩身自重及桩周土体阻力作用建立了一维动力打桩波动方程，采用有限差分法进行求解，编制了基于上述土体模型的打桩分析软件ADP，并用该软件对某海洋桩基平台的打桩工程进行了数值分析。结果表明，本文建立的模型更符合实际情况，有助于提高分析精度。关键词：双曲线模型理想弹塑性波动方程1概述在运用波动方程法预测桩的可打入性及单桩极限承载力中，桩周土体静力模型的合理选择是个极其重要的问题。土

2、体的静力特性远非线弹性、理想弹塑性能简单描述，而非线性、非弹性、弹塑性等模型可较好地描述。因此，改进土体静力模型及其计算参数的确定方法，是进一步完善波动方程分析法的一个非常重要方面。桩侧摩阻力的发挥一般是桩体和土体之间的剪切破坏，也可能是桩体带着部分土体，土体间的剪切破坏，而桩端阻力的发挥有的是“刺入”破坏，有的是“压剪”破坏[1]。由此可知，桩侧土主要承受剪切变形，而桩端土体变形主要是压缩，而且不能承受拉应力，桩侧土体和桩端土体的变形和破坏机理是截然不同的。2.2桩端土体模型桩端土体单元用理想弹塑性模型来描述土体力学与变形特性，即弹性、塑性与动阻力分别由弹簧、摩擦键及缓冲壶组成的土体流变模

3、型来模拟(图4)。土体单元的加载弹性变形由线段OC(弹簧)模拟，塑性变形由线段CD(摩擦键)来模拟，DE段表示桩端土卸载弹性变形阶段。详细的模型描述参见表3桩侧土体计算模型参数土体名称土体破坏变形Sf/mm破坏比Fr①淤泥②淤泥质粘土③粉细砂④亚黏土⑤粉细砂5.05.08.05.08.00.80.850.850.90.854.3桩的可打入性预测分析运用ADP程序对试桩进行可打入性分析。图6、图7及图8分别为两模型预测桩在打入过程中所需锤击数、所发挥的静阻力及桩身最大拉、压应力值；图9、图10分别为在桩打入到26.48m处在一次锤击过程中桩顶单元的应力响应曲线、桩身所有单元的最大应力值。由图6

4、分析，在整个贯入过程中，改进模型得到的所需锤击数与实测贯入曲线非常接近。从泥面开始到贯入深度10m范围内，两模型得到的所需锤击数基本一致，但从10～26.48m范围内，改进模型的计算值小于Smith模型的相应结果。在最大贯入深度26.48m处，本文模型、Smith模型得到的贯入30cm锤击数分别为：357击、681击，前者约为后者的50%，而实测值为贯入30cm303击。因此，改进模型的预测结果较准确，相对误差为18%。从计算和实测结果发现，沉桩到最大贯入深度处时(位于⑤粉细砂层)，非常难打。由图7分析，随着贯入深度增加，发挥的桩周静阻力基本线性增加，这与计算中假定的桩侧土体均匀分布有关。本

5、文改进模型计算值略小于Smith法模型的相应值，在最大贯入深度处所发挥的桩周静阻力分别为：9.6MN和8.699MN。由图8分析，随着贯入深度增加，桩身的最大拉应力反而减小。在泥面附近贯入深度处，拉应力值最大，两模型的计算值均约为139.0MPa。故在沉桩初期(特别对于混凝土桩)，应尽量采取措施减少锤击能量(如轻锤，或重锤小落距)，以减小锤击拉应力值，防止桩身拉裂。在整个沉桩过程中，两模型得到的最大压应力值变化趋势非常一致，即先增加后减小，但本文改进模型所得到的最大压应力值略小于Smith法模型的相应值，在最大贯入深度一半处，两模型的最大压应力值都达到最大，分别为：183.2MPa、197.

6、6MPa。钢管桩的屈服强度Fy为360MPa，显然在沉桩过程中桩不会发生柱状屈曲，即满足强度要求。由图9分析，在0～15ms范围内两模型分析得到的在一次锤击过程中桩顶单元应力响应的时程曲线基本一致，在t>15ms时，本文改进模型所得的应力值略小于Smith法。两模型得到的最大值均为120.1MPa，略小于实测最大值133.3MPa，误差约为10%，满足精度要求。由图10分析，在最大贯入深度时一次锤击过程中，两模型得到的桩身单元最大压应力包络图非常接近，且与实测最大压应力包络图也较接近，可用于打桩工程应力控制。其中Smith法模型、改进模型计算得到的最大值分别为149.68MPa、146

7、.65MPa，发生的位置自桩顶44m处。而实测到的最大的最大值为141.2MPa，发生的位置自桩顶7.19m处。显然，最大应力值满足钢材允许应力值。总之，本文改进模型所预测锤击数精度高于Smith法模型，更接近于实测结果，且得到的应力响应结果和实测结果吻合较好，可用于实际打桩工程可打入性预测分析。4.4桩的极限静承载力预测分析用ADP程序对桩在设计贯入深度26.48m处进行了单桩极限承载力预测分析。图11为两