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项目工程

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    沉桩引起孔隙水压力变化。北京打桩公司
    沉桩引起孔隙水压力变化的机理

      (一)沉桩过程中,桩要穿越土层,对于有挤土效应的桩,其周围的土必然要受到挤压作用,从而产生附加应力,桩周土因此形成了三个区域。研究表明,不同软土地区沉桩所形成的塑性区半径约为6至8倍或7至11倍的桩径,这个范围往往大于目前群桩基础中的桩距,所以可以认为,大规模群桩中的桩间土均已处于塑性状态。

      (二)对于处于塑性区的饱和软粘土,在不排水条件下的受挤压过程中,由于水和土颗粒不易压缩,孔压必然要升高。目前理论上考虑桩周土的孔压分布主要是把沉桩过程模拟为在无限土体中一个圆柱形孔的平面应变轴对称扩张问题,将小孔扩张理论结合Henkel孔隙水压力公式,得到塑性区的超孔隙水压力如式

      式中:R为塑性区半径;为超孔隙水压力;为土的不排水抗剪强度,r为计算点至桩中心的距离;为孔压参数,对于正常固结粘性土,可取0.7~1.3。

      从式(1)中可知,桩周土的超孔隙水压力沿径向以对数形式衰减,但由于该式假设了孔穴在无限土体中扩张,因此不能反映沿深度的变化规律,此后有学者对此作了进一步修正,考虑了上覆有效应力的影响。在《饱和软土中沉桩引起的孔隙水压力估算》一文中,作者从土压力理论出发,通过假定塑性区内超孔隙水压力为土体破坏时的最大超孔隙水压力且为常数,推导得到了单桩情况下的塑性区超孔隙水压力,如式所示:

      式中:为塑性区超孔隙水压力;为静止侧压力系数;为上覆有效应力;为不排水强度。

      在《打桩施工对周围土性及孔隙水压力的影响》中,作者利用水力压裂理论结合孔穴扩张理论,推导了沉桩产生的初始超孔隙水压力,亦即使土体产生竖向开裂或水平向开裂的最大超孔压,分别如式3(a)和3(b)所示。

      式中各参数的物理意义同上。

      三、沉桩引起的超孔隙水压力监测模式

      (一)饱和软土中上覆有效应力的修正

      本文假设自由水和弱结合水都对浮力有贡献,在饱和软土中,由于强结合水的力学性质类似于固体,具有极大的粘滞性、弹性和抗剪强度,也不能传递静水压力,因此可以将其视作土骨架的一部分,从而可建立下式:

      式中:为修正后上覆有效压力;为土骨架自重;为孔隙水对土骨架的浮力;为土颗粒重量;为强结合水重量;和分别为土颗粒和强结合水的体积。

      由于最大强结合水含量略低于塑限含水量,近似为,其中为强结合水含量,为塑限含水量,因此有如下3式成立。

      式中:为土粒密度,数值上等于土颗粒相对密度;为强结合水密度,一般为1.5~1.8g/cm2;n为孔隙度,将以上几式代入式中,即得:

      =

      对单位面积的土体,则有:

      式中修正后上覆有效应力,h为饱和软土层厚度,g为重力加速度。

      需要支出的是,式仅针对地下水位以上饱和软土而言。

      (二)饱和软土中沉桩引起孔压监测模式的建立

      一般而言,群桩施工中监测点的位置设在可能产生最大超孔隙水压力的地方,也就是桩群最密集的区域。

      单桩沉桩引起桩周土的塑性区范围往往大于桩距,根据箭头所示方向进行打桩,理论上监测点产生的最大超孔压应在如下范围:

      四边形布置

      三角形布置

      式中为单桩沉桩引起监测点位置的最大超孔压,可按式计算,其中的上覆有效应力可按式计算。取为1.7,考虑到安全裕度,建立监测标准如下式所示:

      式中为超孔隙水压力报警值,将此标准应用至程实例的数据中,得到超孔压()变化曲线和超孔压比()变化曲线来监测报警标准是否合适。


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