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近年来,随着城市建设中高层建筑的不断增多,桩基已成为高层建筑基础的主要形式。静压桩以其振动小、噪音低、对环境影响小等优点,被广泛的应用于各种建筑物的地基与基础的处理中。但在施工过程中,静压桩的挤土效应会对周围的工程环境产生严重的影响,主要表现在:1)对周围环境的影响:挤土效应的影响范围是很大的,一般为1~1.5倍的桩长,有的甚至能达到两倍桩长,因此,会对周围的建筑物及设施产生影响,尤其是结构较差的建筑物和对变形敏感的地下管线,会导致房屋开裂,对地下的自来水、煤气管道造成危害,引发事故;2)对已入土桩的影响:对于布桩较密的场地,由于挤土产生的巨大的垂直应力,引起较大范围内的土体隆起,对桩产生上浮力,易产生浮桩、桩接头断裂等问题,同时挤土产生的水平压力会使得桩发生偏斜,甚至是导致断桩的发生;3)挤土效应产生的超孔隙水压力的危害:由于沉桩时产生了超孔隙水压力,根据有效应力原理,土的有效应力减小,因此使得桩的承载力降低;当超孔隙水压力难以消散时,沉桩阻力加大,导致不能继续沉桩。由于静压桩挤土效应带来的危害,由此造成的工程事故在我国东南沿海时有发生。因此,对静压桩的沉桩挤土机理进行深入研究,弄清其对桩周土体的应力及位移的影响规律,对周围环境的影响,才能便于我们采取有效的方法,减小其对周围工程环境的不良危害,更好的提高沉桩的质量和加快施工进度,这在地基工程建设中有着非常重要的现实意义。
对静压桩挤土效应的研究已经成为环境岩土力关注的热点问题,国内外许多学者在静压桩的挤土效应问题上进行了研究,也取得了一定的成果,但由于沉桩挤土问题的复杂性,涉及理论较多,静压桩挤土效应对周围环境影响规律的研究还没有获得满意的结果,相关的研究工作还需一步开展。本文在前人研究的基础上,对静压桩的挤土效应问题做了进一步的研究,所做的主要工作如下:
(1)阐述了静压桩挤土效应研究的意义、国内外研究现状及研究中存在的问题;对土体的弹塑性理论及本构关系做了简要介绍,在此基础上结合圆孔扩张理论介绍了静压桩沉桩的机理。同时在考虑土体初始应力的情况下,分析了初始孔径率对塑性半径、径向位移、最终扩张压力以及超静孔隙水压力的影响规律。
(2)介绍了静压桩桩土界面的数值分析,FLAC软件的原理及特点,并在此基础上结合武汉明邦博学园静压桩工程,对静压桩的沉桩贯入进行了模拟,分析了沉桩引起的桩周土体的塑性区分布、应力和位移变化规律。
(3)介绍了单桩与群桩的挤土位移估算方法,并对武汉明邦博学园静压桩工程中的群桩挤土位移值进行了估算,与现场实测值进行了比较;探讨了挤土效应的影响因素与危害,从设计和施工两方面介绍了减小静压桩沉桩挤土效应的措施。
本课题可以为静压桩沉桩贯入的模拟研究提供一定的参考,并为群桩位移的估算及采取减小挤土效应的措施提供一定的借鉴作用,具有重要的工程实用价值。