浅谈静压预应力混凝土管桩在高层住宅工程中的应用

在桩基础施工中,锤击沉管灌注桩及锤击预制桩应用非常广泛,但随着社会的进步和人们对居住环境质量要求的提高,这种施工技术所暴露出来的问题也越来越不能为人们接受。液压静压桩就是通过液压静压桩机,利用其本身的重量（包括配重）作为反作用力,克服压桩过程中,桩周土侧壁摩阻力和桩端土的阻力,将桩徐徐压入土中。液压静压桩属于挤土桩。桩在压入过程中对周围土体进行排挤,使地基的侧向应力增加,从而导致土的密度的增加。它的挤土效应取决于桩截面的几何形状和压桩力。对同样截面的桩截面来说,静压桩的挤土效应小于打入桩。     

锤击打入桩与土的共同作用分析

用有限元法对单桩的锤击贯入过程进行了数值模拟,得到沉桩引起的土体应力反应峰值,并以此作为土的前期固结应力,进行使用桩土共同作用分析,得到桩基的承载特性,初步实现了在桩土共同作用分析中对沉桩影响的真正考虑,计算结果与实测结果的较好吻合验证了本文锤击沉桩数值模拟及考虑沉桩影响的桩土共同作用分析方法的可行性。     

锤击打入桩与土的共同作用分析

用有限元法对单桩的锤击贯入过程进行了数值模拟，得到沉桩引起的土体动应力反应峰值，并以此作为土的前期固结应力，进行使用期桩土共同作用分析，得到桩基的承载特性.初步实现了在桩土共同作用分析中对沉桩影响的真正考虑.计算结果与实测结果的较好吻合验证了本文锤击沉桩数值模拟及考虑沉桩影响的桩土共同作用分析方法的可行性.     

静压桩沉桩及已打入桩遮拦效应的数值模拟

采用三维有限差分软件 FLAC3D 建立了数值模型, 对比了圆孔扩张理论的解析解与数值解, 并在此基础上建立了桩实体单元基于位移贯入法模拟桩-土间摩擦作用, 且与相关文献中施加节点力模拟摩擦效应的方法进行了对比, 二者的计算结果较吻合. 基于此数值模拟方法 对静压桩单桩、双桩的沉桩过程进行计算分析, 并就已打入桩体对沉桩过程中土体位移的影响 进行研究, 得到以下结论: 模拟桩-土问摩擦效应的两种方法中, 位移贯入法计算所得土体水平位移在地表处较大, 这是因为桩体以固定速度向下运动时, 为阻止圆孔缩径而约束了其径向位移, 消除了摩擦效应对土体水平作用的影响. 沉桩结束后, 在大于地表下1/4 桩长深度范围内 的土体水平位移较大, 是主要的变形区域. 上部土体沉降较大, 而下部土体沉降较小, 其中距地 表下1/8 桩长至 1/4 桩长处沉降最大, 说明已打入桩的存在改变了土体水平位移的大小, 更使得土体水平位移随深度的变化趋于线性. 待打入桩的沉桩过程使得已打入桩身产生一定的倾斜. 由于沉桩扩孔的影响, 受到水平挤压的桩前土体在已打入桩的阻隔下沿着桩身向上隆起, 表明已打入桩的存在改变了土体位移的分布模式, 最终达到了减小水平位移的目的.      

垫层对基桩高应变动测锤击效果的仿真分析

为确定基桩极限承载能力和桩顶受锤冲击产生应力波引起桩身应力变化可能对基桩的完整性造成的危害,针对桩锤、垫层、桩与土组成的锤击系统,利用ABAQUS软件建立有限元模型,模拟整个锤击过程并进行动态分析.将模拟数据与现场实测结果进行对比,证明模拟的正确性,该数值模型可用来研究垫层材料参数对锤击力的影响.结果表明:使用垫层可以有效减小锤击产生的应力,改变垫层刚度较改变垫层厚度对锤击应力的影响更大.     

基于模型试验的桩周土压力

通过模型试验研究了锤击沉桩过程中挤土桩的径向土压力.通过与静压沉桩的研究结果进行比较,发现这两种沉桩方式引起的径向土压力规律相似:当桩尖向下刺入接近测点时,径向土压力急剧增长;当桩尖尚未刺入测点深度时,测点处的径向土压力就已提前达到峰值;当桩尖继续下沉到测点以下时,测点处的径向土压力又急剧减小;两种沉桩行为引起的径向土压力峰值随深度变化均呈近似线性增长.锤击沉桩和静压沉桩的不同之处在于锤击沉桩的桩周土压力受锤击荷载扰动较大,所以径向土压力曲线相比静压沉桩曲线有较大波动.在砂土密实度相似的情况下,位于同一测点处的静压沉桩的桩周土压力数值明显高于锤击沉桩.     

基于AMESim的振动沉桩系统的动力学仿真分析

通过AMESim软件建立了桩-土系统的动力学数值仿真模型,研究了振动沉桩过程中激振力频率和土质条件对桩-土系统的振动摩擦特性的影响.对比不同参数下沉桩位移、桩端阻力和桩侧摩擦力的变化曲线,得出激振力频率以及土质条件对沉桩效果的影响规律:激振频率越高,沉桩振幅越小;土的黏聚力越大,沉桩阻力初始值越大;土容重越大,沉桩阻力变化速率越快.从而获得摩擦力较小的激振频率区间,以提高土木建筑施工中桩-土系统的工作效率.     

振动桩锤沉桩过程液化特性和贯入度数值分析

以液压振动桩锤和地基土为研究对象,运用有限元差分软件FLAC3D的流固耦合动力时程分析模块,采用Finn液化本构关系建立了桩土相互作用液化数值分析模型,利用内置FISH函数,对已有的变量进行计算,引入超孔压比描述地基土液化情况,模拟地基土振动液化沉桩过程.分析了振动频率、静载荷和弹性模量对桩贯入度和液化特性的影响.研究...     

使用打桩自动记录仪计算基桩承载力的方法及意义

基桩承载力取决于原位土承载力、桩身的抗压强度。机型确定,锤重、管径和落距的确定,锤击过程就为打入桩的标贯过程,每米的锤击数正好反映了各层土的综合力学参数,它和终桩前的贯入度经适当的加权计算,便是该桩的原位土承载力。其与静载试验承载力相比较,可得到一个修正。经修正后的原位土承载力与基桩的桩身抗压强度的小者,就是该桩的极限承载力。通过打桩记录和发射波法检测,就能确定每支桩的实际承载力。     

高频振动沉桩的离散元模拟分析

应用平面颗粒离散元软件PFC2D对高频振动沉桩过程进行数值模拟分析,在细观颗粒运动层面上研究高频振动沉桩的机理,得到了桩侧摩阻力的分布变化规律,分析了贯入深度和贯入速率随时间变化规律,提出了"贯入平台期"的概念,并从能量传递和能量平衡角度分析了出现的原因,研究总结了桩周土颗粒的运动规律。结果表明:贯入度一定时,侧摩阻力随深度增加,到一定深度趋于定值;贯入度变化时,同一深度处侧摩阻力随最终贯入度增加而退化。高频振动沉桩贯入速度快,最大贯入速率能达到0.38 m/s,其中贯入平台期的出现是由于振动锤系统传递到桩的能量不足以克服贯入阻力并引起土颗粒共振。高频振动沉桩引起桩周土颗粒运动按区域分布各有特点。     

基于CPT的振动沉桩贯入分析理论模型

针对振动沉桩贯入预测问题,推导了基于一维波动方程的理论模型,建立了基于静力触探试验(Cone Penetration Test,CPT)结果的预测方法,编写了对应的计算程序,并通过实际工程案例进行了验证.在此基础上,探讨了桩锤工作频率、偏心力矩和配重对沉桩速度的影响.研究结果表明,该模型可较好地模拟桩的振动贯入过程;在桩的贯入过程中,桩身各位置最大拉应力一般小于最大压应力,桩身最大拉应力出现在沉桩结束时.此外,参数分析表明增加桩锤工作频率和偏心力矩均可有效提升桩锤沉桩能力和加快桩的贯入速率,如工作频率由30 Hz提高67％时,平均贯入速率可提高约170％;桩锤偏心力矩提高50％时,平均贯入速率可提高240％;相比于前两种方式,增加配重的方式起到的效果较为有限.     

海洋石油平台桩基拒锤现象

为了解决在海洋石油平台建造中打入大直径超长桩经常遇到的拒锤问题，采用一维波动方程研究了桩一土一锤体系的相互作用原理，采用弹性力学的小孔扩张理论研究了打桩过程中桩周围土体中的总应力增加量，并用斯开普敦公式计算了由此引起的超静孔隙水压力．应用饱和土的有效应力原理、水力劈裂理论以及土体的固结理论分析了后继打桩桩周土阻力增大甚至出现拒锤现象的原因．结合打桩记录，采用反分析方法确定当后继打桩出现拒锤现象时的单桩承载力．实际工程算例和海上原位动测结果说明了该方法具有可行性．     

沉桩方法对预制桩施工残余应力的影响

沉桩方法显著影响预制桩的施工残余应力,为此通过计算模拟对此进行研究．计算模型采用桩一土理想弹塑性荷载传递关系及残余摩阻力折线型分布假定,通过对预制桩沉贯和回弹过程进行能量分析,建立了施工全过程能量平衡方程．以沉桩循环为纽带建立桩侧摩阻力的退化模式,实现不同沉桩方法下残余应力分布的模拟．分析结果显示,沉桩循环越多桩身残余应力越小,桩端残余应力随总沉桩循环次数的增加呈指数型衰减．模拟分析结果与实测数据较为吻合．     

海洋工程中土塞模型对管桩沉桩影响的数值分析

根据波动分析理论,改进了CAPWAPC波动方程拟合分析法。可以考虑土塞对沉桩的影响,用来分析模拟打桩过程中任意时刻桩身的沉降量。分别建立了三种管桩桩内土塞计算模型来模拟土塞作用机理;并编制了相应的计算程序。通过比较三种土塞模型的计算结果与实际海洋工程实测数据,最后得到工程中与实际吻合最好的土塞模型。     

高频振动沉桩施工对周边环境的影响

从振动桩锤、桩体和土层情况3个方面入手, 系统分析了高频振动沉桩施工对周边环境影响的作用机理. 首先建立振动沉桩三维有限元模型, 实现对沉桩全过程的再现分析; 然后验证模型的正确性, 并对模型进行变参数分析. 研究表明: 桩锤激振频率越高, 沉桩对环境影响越小; 桩锤静载力和桩径越大, 沉桩对环境影响越大; 砂质土场地比黏土场地更易受振动沉桩影响, 且土质越硬, 沉桩产生的环境影响越严重. 最后, 根据参数分析结果提出了减小沉桩施工影响的工程措施.     

双液压马达驱动沉桩系统的自同步理论

提出了一种双液压马达驱动振动沉桩机构,具有待机和沉桩两种自同步状态.介绍了其结构及工作原理,并建立了振动系统的动力学模型.推导出两激振器的无量纲耦合方程以及实现同步和同步稳定性判据,确定出两种状态的系统动力学参数范围.当桩机处于待机时,激振器处于远超共振状态,广义动态对称角为π,两偏心转子的激振力相互抵消;当桩机处于沉桩时,激振器处于亚共振状态,广义动态对称角为0,两偏心转子的激振力叠加.最终通过数值仿真进行了验证.     

考虑打桩反弹的组合锤头冲击过程的动态特性分析

针对打桩过程中桩体容易损坏的现象,提出一种在锤体内腔填充质量块的组合锤头打桩的新型锤击模型。运用键合图理论对锤击系统建模,为模拟打桩反弹时各质量块与垫层接触、分离的非线性特性,引入开关类量的键合图元件功率结型结构(SPJ),采用集中参数搭建锤击系统的键合图模型,据此建立可统一表达系统所有运动状态的数学模型。利用量纲一分析法推导锤击力的数值解,并基于Matlab软件仿真分析填充质量块和垫层参数对锤击力的影响。通过试验验证该模型的准确性。研究结果表明:采用组合锤头时,锤击力波形出现2个峰值,且峰值减小,这不仅可以保护桩体,而且可提高能量传递效率;各参数中,填充质量块和锤垫对锤击性能的影响最大,砧坐垫的影响次之,桩垫的影响最小。该模型可用于锤击系统的参数优化研究及动态特性分析。     

基于双等沉面的柔性桩承式路堤荷载-沉降分析

为了建立能充分考虑桩承式路堤各组成部分之间协调变形特性的理论方法,基于柔性桩-桩承式路堤的变形机理,提出了路堤-桩-土协调变形的双等沉面荷载传递模型.首先,该模型基于路堤中的等沉面以及桩承式路堤的变形特点,在桩底以下一定深度处,引入一个与路堤中相似的等沉面.其次,考虑到现有土柱模型的不足,引入能考虑内外土柱间相对位移对摩擦因数的影响的土柱模型.介于上、下等沉面之间的路堤、桩、土,通过彼此的协调变形影响等沉面处的应力,从而影响路堤的总体沉降和桩土应力比.最后,将本文计算结果和复合模量法计算结果与实测结果进行对比,结果表明:与实测值相比,复合模量法计算沉降值的相对误差为19.4％,本文计算沉降值的相对误差为9.6％,本文计算的桩土应力比相对误差为9.91％,证明了本文理论方法是合理的.     

动力沉桩中土塞作用数值分析

假定开口钢管桩的闭塞效应在桩端10倍桩径的范围内发生,用三种土塞模型来模拟土塞作用机理,采用编制的Smith法求解波动方程程序,对某工程打桩中土塞作用进行了数值比较分析,最后得到工程中分析土塞作用的实用模型。     

开口管桩沉桩过程试验研究与颗粒流模拟

利用侧面透明的模型箱和铝管半模桩模拟了开口管桩在砂土中的沉桩过程.分别测量了不同桩径和不同相对密实度开口管桩完全闭塞时的土塞高度.结果表明桩径越大,相对密实度越小,则土塞高度越大.利用高分辨率数码摄像设备观察到了土塞形成的三个阶段,重点分析了土塞内几个特征砂颗粒的移动轨迹和压桩过程中孔隙率和接触数的变化,从细观尺度出发探讨开口管桩沉桩过程中砂土的变形机制和土塞形成机理.利用Geodip软件分析了桩土接触面处的砂粒长轴定向和平均配位数,分析表明,土塞形成过程中颗粒原先的结构被打破以及发生了剧烈旋转,颗粒重新进行分布.在模型试验基础上,通过二次开发PFC2D颗粒流程序对沉桩全过程进行离散元仿真模拟.数值模拟结果表明,PFC2D能够模拟开口管桩从开始刺入砂土到形成土塞并最终呈现闭口管桩性态的整个过程.