饱和砂中静压沉桩和锤击沉桩对砂土的影响

1、静压沉桩工法因其施工环境影响小在城市中获得了越发广泛的应用。为了进一步量化静 压沉桩和传统沉桩工法对超孔压的影响。该研究采用室内模型试验，研究了饱和砂中静压沉 桩和锤击沉桩对砂土中超孔隙水压力的影响。同时采用离散元软件模拟了静压沉桩时，不同 沉桩速度对超孔压的影响。通过对比模型试验发现，锤击沉桩产生的超孔压是静压沉桩的 39倍。通过数值模拟发现，静压沉桩速度越慢，则静压沉桩产生的超孔压越小。1引言随着工程技术的发展，桩基在建筑领域中获得了越来越广泛的应用。然而，传统的沉桩 工法引起了一些严重的环境问题。其中包括对相邻建筑物的破坏，对地下管线的影响以及对 城市居民的噪音污染13。因此，传统的沉桩

2、工法在城市中尤其是人口密集的城区，受到 了较为严格的限制。由日本引入的静压沉桩工法，具有施工效率较高，对周围环境的影响小 4等优点，因此，相较于传统的锤击沉桩等沉桩工法，静压沉桩得到了愈加广泛的应用。土体中的孔隙水压力对土体的性质有很大的影响，同时，引起的超孔压以及沉桩完成后 超孔隙水压力的消散对于桩体的承载力有一定的影响。许多学者5在其研究中发现，随着 沉桩引起的超孔压的消散，单桩的承载力有一定的提升。研究静压沉桩对土体中超孔压的影 响对于研究桩基承载力的时间效应有一定的指导意义。静压沉桩因其对环境的影响较小而得到广泛的应用，本文通过对比锤击沉桩对孔压的影 响，进一步量化静压沉桩工法相较于传

3、统的沉桩工法对环境的影响。试验介绍2.1试验仪器介绍模型试验在自主设计的室内模型箱中进行。模型箱的尺寸为1mx1mx0.9m （长x宽 x高）。在模型箱的上部设置了一个反力梁提供压桩反力。采用油压式千斤顶提供压桩力。 在模型箱的内部垫了一层隔水膜，防止由于模型箱的漏水对试验效果产生不良影响。所采用的铝制模型桩直径为37mm，长度为600mm。千斤顶匀速地将模型桩压入到 土体之中。砂土采用分层饱和法进行制备，填砂到一定深度的时候暂停填土，然后进行微型 孔压计的布设。微型孔压计沿深度方向布设了五层，深度分别为125mm，250mm，375 mm，500mm，550mm；距离桩身表面的径向距离分别为

4、1D，2D，3D，5D （其中D 为模型桩的直径）。2.2试验砂土的性质试验开始前对试验用砂进行了颗粒分析试验。从筛分曲线可知试验用砂为中细砂。筛分曲线较陡，粒径大小相差不大，土粒较均匀， 级配不良。2.3试验过程介绍本模型试验利用埋设在饱和砂中的微型孔压计分别记录了静压沉桩过程以及锤击沉桩 过程的超孔隙水压力产生的规律。利用美国I555型准动态数据采集仪进行数据采集，I55 5型数据采集仪保证了试验数据采集的可靠性。试验结果及分析试验过程记录了各个测点处超孔压的峰值，静压沉桩引起的饱和砂土中超孔压峰值的云 图。根据实验结果发现超孔压峰值沿径向先增大后减小，最值发生在距桩身表面径向距离r=2D

5、 处。在锤击沉桩下，埋深为500mm，距离桩身径向距离为r=3D处的测点处记录了超孔 压产生规律。根据实验数据发现，锤击沉桩时，砂土中的超孔压急剧增加到一个值，随着沉桩深度的 增加，超孔压缓慢增加。为了量化静压沉桩和锤击沉桩对超孔隙水压的影响程度，对比分析了锤击沉桩和静压沉 桩在相同测点处引起的超孔压数值大小。实验分别记录了埋深为250mm，375mm以及5 00mm处的静压以及锤击沉桩在饱和砂中引起的超孔隙水压力沿径向的分布。从数据中可见，锤击沉桩引起的超孔压约是静压沉桩引起的超孔压的39倍。据此认 为静压沉桩对砂土中孔压的影响要远小于锤击沉桩所引起的超孔压。数值模拟静压沉桩工法是一个相对较

6、新的工法，静压沉桩速度对土体中超孔压的研究一定程度上 可以指导静压桩的施工。本文通过离散元研究了沉桩速度对超孔压的影响规律。有学者6 等学者认为孔隙压力的变化值同一定土体体积的减小值呈正比。基于此原理，本文利用离散 元进行了干砂条件下的数值模拟，通过监测对应土体处的孔隙的变化从而达到监测超孔压变 化的目的。对于离散元，不能够精确的给出某一点处的孔隙率的变化，而是采用以测点为圆 心，以桩径为直径的圆的范围内土体的平均孔隙率近似表达所研究测点处的孔隙率。4.1模型简介由于离散元计算耗费大量的机时，按照实际模型的1/20进行数值模拟建模。模型试验 的桩长为600mm，沉桩深度为570mm，桩径为37

7、mm，填砂深度为80cm；据此离散 元模拟的桩长为30mm，沉桩深度为28.5mm，模型桩径为1.85mm。4.2模拟结果对1cm/s和2cm/s的沉桩速度进行对比性模拟研究，模拟特别监测了埋深为25mm， 径向距离r=2D测点处的孔隙率随沉桩深度的变化。从模拟结果可见沉桩速度越快，孔隙 率越小，则产生的超孔压越大。5,结论本文通过室内模型试验，在饱和砂中进行了静压沉桩和锤击沉桩，监测了不同沉桩工法 下的超孔压变化情况。同时采用离散元模拟了不同沉桩速度对超孔压的影响。主要的结论如 下。1、静压沉桩引起的超孔压沿径向方向先增大再减小，最值在距桩身径向距离为r=2 D处产生。2、锤击产生的超孔压大小是静压沉桩所产生的超孔压的39倍。3、沉桩速度越快，静压沉桩引起的超孔压越大。参考文献许清侠.沉桩的挤土效应对周边环境的影响硕