管桩沉桩过程中超孔隙水压力的变化

管桩沉桩过程中超孔隙水压力的变化

0沉桩效应监测随着预制混凝土管桩的广泛应用，预制混凝土管桩对桩的挤土效应越来越受到重视。尤其是当桩周围的建筑物和地下管道比较复杂时，应采取适当的措施来减少桩的挤压效应。沉桩过程中,孔隙水压力的变化直观反映了挤土效应的强弱。通过监测土体中的孔隙水压力的变化规律,可以分析出沉桩对周围环境的影响。结合杭州萧山汇宇清和园三期工程静压桩沉桩挤土效应现场监测工程实例,分析了沉桩过程中不同深度和位置处的孔隙水压力随沉桩过程的动态变化情况,孔隙水压力的影响范围以及应力释放孔对孔隙水压力的影响。试验分析结果可为相关方面的研究以及相似工程的施工提供借鉴。1c-50065预应力混凝土空心开口管桩设计本工程位于杭州市萧山区临浦镇新区人民路北侧,东临浦内河,北侧为汇宇清和园一期,共有24幢住宅楼,本次试验选取其中最靠近已有建筑的#24楼作为试验场地。基础采用PTC-400(60)和PTC-500(65)两种型号的预应力混凝土空心开口管桩,静压施工,有效桩长为24~29m。该楼的西面和北面离原有建筑物比较近,为了减少沉桩对周围建筑物的影响,在#24楼的西面和北面设有防挤沟和应力释放孔。本次试验在场地中央和防挤沟两侧共埋设了6个振弦式孔隙水压力计,试验场地地层情况及各土层的物理力学性质指标见表1。本工程在场地的西面和北面设置了防挤沟和应力释放孔。其中防挤沟宽1500mm,深750mm;应力释放孔孔径400mm,间距1000mm,孔深21m,孔中用钢筋笼加上竹片护住孔壁。为了减少挤土效应对周围建筑物的影响,该工程采用跳打法施工。2管桩超孔隙水压力随工程地质的变化图2(a)~(b)反映的是沉桩时场地中央12m和6m深处的两种典型的超孔隙水压力的动态变化规律。图2(a)所示的超孔隙水压力变化呈“S”型,即开始呈减少趋势,当管桩被压入地下7m左右的时候,超孔隙水压力开始增大,然而当超孔隙水压力增长到67kPa左右的时候,超孔隙水压力又开始减少。管桩下沉过程中,当管桩桩端接近测点处孔隙水压力计埋设位置时,测点处的孔隙水压力会增加。图2(b)反映的是沉桩时场地中央6m深处的超孔隙水压力的动态变化规律。从图2(b)可看出随沉桩的进行,当管桩下沉至地下3m时,超孔隙水压力开始急剧增长,当管桩被压入到地下5m左右时,超孔隙水压力达到最大,随后超孔隙水压力迅速减少到压桩前的大小。从图2(a)~2(b)可以发现两个图的超孔隙水压力都是在3m到7m范围内开始忽然变大的,对应于工程地质概况我们可以发现,这一深度是粉土与淤泥质土交界面,粉土的渗透性较大,孔隙水比较容易消散,因此当管桩在粉土中下沉时引起的超孔隙水压力较小;而淤泥质土渗透性差,孔隙水比较难消散,超孔隙水压力增长较快;当管桩由粉土进入到淤泥质土时引起的超孔隙水压力不能立刻消散,所以超孔隙水压力在这个界面容易发生突变。图2(c)反映的是应力释放孔内侧12m深处的超孔隙水压力的变化规律,从该图可以看出,超孔隙水压力的整体变化呈先增长后减少趋势。从该图可以看出应力释放孔内侧12m深处的实测最大超孔隙水压力为26kPa左右,明显小于场地中央同一深度的最大超孔隙水压力67kPa,这主要是因为应力释放孔存在,缩短了孔隙水的排水路径,抑制了超孔隙水压力的增长。图2(d)反映的是应力释放孔内侧6m深处的超孔隙水压力的变化规律。图2(d)反映的超孔隙水压力总体呈减少趋势,中间阶段当管桩由粉土下沉至淤泥质土中时的时候,超孔隙水压力减少趋势有所减缓,随后又恢复到原来减小的速度。这种类型的出现主要是因为该测点离沉桩处较远,且测点毗邻应力释放孔,沉桩对该处的超孔隙水压力的影响较小。图2(e)反映的是应力释放孔外侧12m深处的超孔隙水压力的变化规律。从该图可以看出超孔隙水压力一直呈增长趋势,且增长的速度比较均匀;这是因为测点距沉桩处比较远,且两者之间设有应力释放孔,沉桩时对测点处的超孔隙水压力影响较小。图2(f)反映的是应力释放孔外侧6m深处的超孔隙水压力变化规律。从该图可以看出超孔隙水压力开始增长很快,中间经历了一段时间的稳定,然后又开始减少,呈明显的先增长后减少趋势3沉桩距离对超孔隙水压力的影响对应不同的沉桩距离,取沉桩过程中孔压变化的最大值,可以作出每条曲线的超孔隙水压力变化最大值与沉桩距离的关系曲线(如图3所示)。从图3分析可以看出,当沉桩距离小于5m的时候,超孔隙水压力随沉桩距离增长的变化比较大;当沉桩距离超过5m的时候,超孔隙水压力随沉桩距离增长的变化逐渐减缓趋于均速。因此,对于沉桩处附近5m内有比较重要的管线等时,要采取相应的保护措施。因此,我们可以得出结论:预应力管桩沉桩过程中对超孔隙水压力的影响不仅与所使用的管桩类型有关,还与所在地层的深度有关。4沉桩前后超孔隙水压力比较由上述内容,可以知道应力释放孔的存在有利于孔隙水压力的消散。为了进一步验证这一规律,取同一根管桩沉桩时应力释放孔两侧不同测点k1,k2,k3和k4处的超孔隙水压力进行对比分析(图中孔压的变化值为各个时刻的超孔隙水压力减去开始沉桩时超孔隙水压力初值),如图4~5所示。由图4~5可以看出应力释放孔内侧的两个测点(即靠近#24场地的孔3,孔4)的超孔隙水压力的变化大于应力释放孔外侧的那两个测点(即远离近#24场地的孔1和孔2)的超孔隙水压力。假设没有应力释放孔,由图3可以计算出#A2桩沉桩时,k1,k2,k3和k4测点处的超孔隙水压力最大变化值分别为8.1,4.7,13和9kPa,明显大于应力释放孔存在时的超孔隙水压力变化最大值5.1,1.2,8和4.6kPa。应力释放孔对孔隙水压力的屏蔽值最大可达74%,说明应力释放孔起到了屏蔽孔隙水压力的作用,有效的保护了其后的已有建筑物。5沉桩过程中的超孔隙水压力随时间的变化通过对本工程沉桩过程中超孔隙水压力的分析可以得出以下结论:(1)对于场地中央的测点,12m孔压随沉桩过程主要呈“S”型,6m孔压随沉桩过程主要呈倒置的“V”型。(2)对于应力释放孔内侧的测点,孔压随沉桩过程主要呈先增长后减少的趋势。由于应力释放孔的存在,应力释放孔内侧测点的实测最大超孔隙水压力明显小于场地中央同一深度的最大超孔隙水压力。(3)对于应力释放孔外侧的测点,由于测点距场地中央很远,且存在应力释放孔,沉桩过程中12m深处的超孔隙水压力的一直呈增长趋势,且