預(yù)應(yīng)力混凝土管樁與其沉樁擠土效應(yīng)分析

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1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文開，因而使樁周土的結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重擾動破壞，故屬擠土樁：對于下端開口的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，沉樁時對樁周土體稍有排擠作用，但土的強度和變形性質(zhì)變化不大，因而屬于小墨擠土樁。關(guān)于沉樁擠土效應(yīng)的研究，一直是巖土工程中的熱點課題。其研究方法可以大致分為兩類，即試驗研究和理論分析。國內(nèi)外不少專家和學(xué)者從不同的方麗對此課題進(jìn)行了研究，并取得了相當(dāng)豐富的實踐經(jīng)驗和理論成果。大致概括起來，主要有如下方面的內(nèi)容：(1)沉樁時樁周土和樁端±中產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變，位移及其超靜孔隙水壓力的研究：(2)沉樁時樁側(cè)

2、和樁端阻力的計算研究，即如何合理估算壓樁力：(3)沉樁完畢，土的工程力學(xué)性質(zhì)隨時間變化的研究，即土體觸變性的研究；(4)沉樁完畢，土中超靜孔隙水壓力隨時間消散規(guī)律的研究，即土體固結(jié)問題的研究；(5)沉樁后樁基承載力隨時間增長規(guī)律的研究，即承載力時效的研究。1．2．2沉樁擠土效應(yīng)試驗研究的發(fā)展及成果擠土效應(yīng)最初的研究始于50年代，由于當(dāng)時的條件限制，早期的研究工作限于對眶樁過程進(jìn)行現(xiàn)場量測，從大量的實測資料中總結(jié)沉樁規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上提出一些經(jīng)驗公式。Housel和Burkeyt2l(1948)，Cumm

3、ings、Kerhoff和Verkt3】(1950)等較早地研究了沉樁對粘士性能的影響。根據(jù)在沉樁后不同時刻對樁進(jìn)行的持續(xù)加載到樁失效的試驗結(jié)果，推斷出粘土的不排水強度在沉樁的初始階段下降很多，但隨后會隨時間的推移而逐漸恢復(fù)，并分析得出這是由于沉樁瞬時樁周土被嚴(yán)重重塑，使樁周土的不排水剪切強度有顯著下降。而隨后的強度增長則是由于粘土的不排水強度的觸變性恢復(fù)和樁周土的局部固結(jié)所產(chǎn)生的強度恢復(fù)。Orrie和Broms[41(1967)則研究了靈敏土中沉入混凝土樁對樁周土體強度影響時間的長短。他們認(rèn)為土的不排

4、水強度在沉樁9個月之后幾乎恢復(fù)到其原有的值。Lambe＆Hornffl(1965)等研究了沉樁過程中的孔隙水壓力，其結(jié)果顯示：超靜孔晾水壓力等于甚至大于附加應(yīng)力；產(chǎn)生的孔隙水壓力隨著離樁距離的增加而急劇降低，且隨著這個距離的增大消散得非常快。另外，結(jié)果還顯示：土的靈敏度對孔壓4華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文的大小有顯著的影響，靈敏度高的土中產(chǎn)生的孔壓值也高。Adams＆Hanna[6J(1970)和Hagerty＆PeckI7】(1971)等分別對沉樁時樁周土體的隆起進(jìn)行了現(xiàn)場的量測，但結(jié)果卻有很大的差異。以

5、樁周土體的隆起量與樁在土體內(nèi)的總體積之比作為度量，Hagerty和Peck認(rèn)為這一比值約為50％。而Adams＆Hanna則認(rèn)為該值分別為30％和100％。這些數(shù)據(jù)上的差異大多數(shù)是由于在各自的觀測中土的類型的差異產(chǎn)生的。Hagerty和Peck還在對靈敏度不同的粘土中壓樁產(chǎn)生的位移進(jìn)行測量觀測時發(fā)現(xiàn)：壓樁時靈敏性土中土的位移比非靈敏性土中的位移要小。Seed&Reesel8】(1959)和Eideetal[9】(1961)在工程中發(fā)現(xiàn)，樁打入粘性土后，樁的承載力會隨時間而增加。他們認(rèn)為承載力的增長主要是

6、由超靜孔隙水壓力隨時間的消散，樁周士含水量減小而引起的。國內(nèi)早在50年代末，已積累了一些樁承載力隨時間增長的試驗資料。如1959年天津新港，截面為400mmx400mm的鋼筋混凝土預(yù)制樁沉樁后，240天承載力比42天增長37％，210天比14天增長42％t“l(fā)。．胡中雄【1¨(1985)通過上海地區(qū)_些工程單樁靜載荷試驗的資料，歸納了上海地區(qū)單樁承載力、樁側(cè)摩阻力與時間的變化關(guān)系。李雄等112J(1992)進(jìn)行了靜力試樁，研究時效影響并測試了樁身荷載的傳遞。葉為民等113I(2000)通過復(fù)壓試驗，發(fā)現(xiàn)

7、飽和軟土中的打入式預(yù)制樁，在沉樁兩周后其單樁極限承載力比單樁設(shè)計最大加載值平均提高了將近30％。張明義等ⅢJ(2002)根據(jù)靜壓樁的隔時復(fù)壓試驗和靜載荷試驗，提出靜壓樁的極限承載力隨時間呈雙曲線增長。同時，還認(rèn)為靜壓樁時效性的機理主要是觸變恢復(fù)效應(yīng)及固結(jié)效應(yīng)，樁的承載力的提高主要是因為樁側(cè)摩阻力的提高，樁端阻力的貢獻(xiàn)較小。根據(jù)靜壓樁的壓樁力和復(fù)壓力，可以推算樁的最終承載力，并給出了一種簡便的計算方法。唐世棟等115J(2002)通過對樁基施工過程中土中超孔隙水壓力實際量測，探討了沉樁時單樁周圍土中產(chǎn)生的

8、超靜孔隙水壓力的大小、分布及影響范圍，并與理論解進(jìn)行了對比。同時，還對樁土界面處的超靜孔隙水壓力進(jìn)行了討論。陳福全等【16】(2002)通過一個小截面靜壓樁基工程的現(xiàn)場試驗，研究了壓樁機理、壓樁阻力估算及承載力計算等問題。1．2．3沉樁擠土效應(yīng)理論研究的發(fā)展及成果大約從70年代起，人們開始采用理論分析和數(shù)值模擬的方法來研究壓樁問題。S華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文歸納起來，對沉樁引起的應(yīng)力、孔壓及土體位移的計算有以下幾種方法：圓孔擴張理論、應(yīng)變路