应用圆孔柱扩张理论对预制管桩的挤土效应分析

假定预制管桩在沉桩时的挤土过程是一个有初始孔径的圆柱形孔的扩张过程,初始孔径等于管桩的内径,最终孔径等于管桩外径,应用前人提出的圆孔扩张理论对管桩进行弹塑性分析,得到塑性区半径、土体位移等解析表达式,也对实际工程中常遇到的土塞效应对该理论应用的影响进行了讨论,并对某电厂扩建工程中预制管桩施工引起的土体位移进行计算,通过现场监测,验证了上述解析表达式的合理性,得出可以参考该组解析解来预测预制管桩施工的挤土效应的结论。     

开口管桩高频振动贯入过程的ALE有限元分析

任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法吸取了拉格朗日和欧拉法的优点,避免了常规有限元中拉格朗日方法的网格畸变问题,适用于开口管桩高频振动贯入过程的计算分析。采用ALE有限元方法,建立开口管桩高频振动贯入过程的数值模型,对沉桩过程中挤土效应、桩侧阻力和土塞效应的变化规律进行了详细研究。研究结果表明:挤土应力主要沿径向传播,且深层土体受到的挤土应力比浅层土体大;水平挤土位移随管桩贯入深度的增加而增大,而最大水平挤土位移与管桩贯入深度存在累积效应;挤土效应的影响范围约为10倍管径,因此在施工过程中要给以足够重视;桩外侧摩阻力随贯入深度增加呈近似线性增长,桩内侧摩阻力随贯入深度增加而呈非线性增长,增长速率随贯入深度增加而逐渐增大;管内土塞处于不完全闭塞状态,土塞程度由完全非闭塞向部分闭塞过渡。此外,研究了土体模量、桩土界面摩擦系数、振动频率和桩径对土体位移的影响。     

软基路堤拓宽静压PHC管桩挤土效应现场试验

PHC（prestressed high-strength concrete）管桩近年来被广泛应用。PHC管桩为挤土沉桩模式,沉桩过程引起的挤土效应对周围环境产生不利影响并对其可打性和承载特性有重要影响。结合广－清（广州至清远）高速公路扩建工程,通过现场监测超静孔隙水压力和土体水平位移,进行PHC管桩挤土效应研究。水平位移利用固定式测斜仪测量,孔隙水压力使用振弦式孔压计测量,并使用自动系统进行数据采集。研究发现,沉桩过程中引起的超静孔隙水压力变化随深度增加近似呈线性增长,水平方向随距离的增加而减小;挤土效应产生的土体水平位移随距离的增大而减小,随深度增加而减小;挤土效应滞后现象明显,可导致成桩后的桩体倾斜;拓宽地基场地上管桩施工对老路地基影响小,场地条件对沉桩挤土效应影响大,老路路堤对垂直于路基方向的水平位移有约束作用。     

基于修正剑桥模型的挤密桩挤土效应分析

将挤密桩挤土过程视作沿桩长不变的一系列点位形成的球形孔扩张过程,把扩张过程中的桩周土体分为3个区域：流动破坏区、塑性变形区、弹性变形区。应用圆孔扩张理论,结合修正剑桥模型推导出了球孔扩张引起的土体应力、位移分布解析解。结果表明,挤密桩塑性区半径为桩半径的2.92倍,与试验结果基本吻合,验证了该分析方法的可行性。其结果可为挤密桩挤土效应的研究提供一种新的思路。     

开口管桩压入法沉桩土塞效应机理分析

文章基于柱孔扩张理论依据沉桩过程引起大变形的机理得到了管桩挤土过程中塑性区半径解析表达式,分析了开口管桩静力压桩产生的应力场与位移场.分析了由于土塞存在导致的土塞效应对应力场与位移场的影响.     

夯扩桩成桩过程引起的挤土效应分析

夯扩桩在成桩过程中会产生挤土效应。通过采用桩形孔扩张理论,推导出砂土中形成扩大头时引起的挤土影响半径和土体位移,并对－工程实例进行了分析。     

随钻跟管桩钻孔卸荷与后注浆效应的试验研究

为了克服管桩施工的挤土效应,研发了钻进成孔、同步沉桩和后注浆的嵌岩非挤土大直径随钻跟管桩。通过足尺寸原位试验,测试了钻孔沉桩和桩侧注浆施工引起的桩周土体变形及压力变化情况,分析了钻孔卸荷和后注浆效应沿水平方向和深度方向的变化规律,揭示了随钻跟管桩施工对桩周土体的扰动。此外,基于圆孔收缩理论提出了随钻跟管桩钻孔卸荷变形预估方法。研究表明,随钻跟管桩的施工扰动主要表现为钻孔卸荷效应和桩侧后注浆效应,钻孔卸荷使孔壁收缩3.5～18.9mm,后续的桩侧注浆使收缩变形恢复了28%～50%,部分消除了钻孔卸荷效应的影响。修正后的圆孔收缩理论,可预估钻孔卸荷引起的桩周土体径向位移及压力变化。与锤击/静压管桩及中掘法管桩的挤土效应相比,随钻跟管桩的钻孔卸荷效应小,在城市建筑和管线密集区域应用更具优势。     

管桩挤土效应的现场试验和数值模拟

以PHC管桩加固某物流加工二期标准仓库、厂房项目为依托,进行了吹填土地区PHC管桩的挤土效应研究。利用预先埋设的孔压计和测斜计,借助沉桩过程的现场测试手段,研究了PHC管桩在沉桩过程中桩周孔压变化和土体位移分布特征,发现沉桩过程中超孔隙水压力随距桩心距离的增加而近似呈线性规律衰减,影响范围约为10倍桩径,土体水平位移不仅与地基土性质有关,而且其分布特征也与深度有很大关系,表现为0.2～0.4倍桩长处土体水平位移较大。采用数值模拟有效地模拟了现场测试结果,进而将结果推广,得到了沉桩引起的桩周土体位移随深度和距桩心距离的变化规律。数值模拟结果表明：桩-土界面摩擦特性和桩径对土体位移场的影响较大。     

混凝土芯砂石桩的单桩承载力时间效应分析

在饱和软黏土地基沉桩过程中,挤土桩桩周土体将遭受相当大的挤压应力并引起很高的超静孔隙水压力,桩周土体超静孔隙水压力的消散,使桩周土体有效应力相应地增长,单桩承载力在间歇期内也会随着时间而逐渐增加。基于挤土桩沉桩过程所产生的挤土效应,运用圆孔扩张理论和固结理论分析了新型软基处理技术-混凝土芯砂石桩的挤土性状,并与软基处理中常用的CFG桩作了比较,从单桩侧摩阻力的时间效应方面分析了混凝土芯砂石桩的优越性。     

夯扩桩成桩过程引起的挤土效应分析

夯扩桩在成桩过程中会产生挤土效应。通过采用柱形孔扩张理论，推导出砂土中形成扩大头时引起的挤土影响半径和土体位移，并对一工程实例进行了分析。     

筒桩与普通沉管灌注桩施工挤土效应比较

应用圆孔扩张理论 ,分析了筒桩施工挤土效应 ,并通过比较 ,得出筒桩施工挤土效应远远小于普通沉管灌注桩或预制实心桩 ;筒桩可内外承担摩阻力 ,承载力高 ,挤土效应小 ,是一种比较理想和值得推广的桩型。     

On vertical dynamic stability and cross‐section optimization of closed‐ended hollow pile by considering soil compaction effects

This paper conducts a comprehensive study on the effects of expansion force after pile driving on the vertical vibration of the hollow pile. The initial radially inhomogeneous strain field of soil in disturbed soil region and dynamic shear modulus of remolded soil are constructed by applying the cylindrical cavity expansion method. The equation governing the incremental motion of the soil is consequently deduced on the basis of incremental deformations superposed on an underlying finite deformation. The longitudinal impedance of the top of the pile and the velocity response in frequency and time domains are also numerically studied. The relations between the expansion force after pile driving and the velocity response of the pile with different wall thickness are discussed accordingly. The results suggest that a pile has a better dynamical stability when the characteristics of the section are optimized and interacting force with soil medium gets smaller.     

矩形桩沉桩挤土效应透明土模型试验研究

矩形桩沉桩挤土效应与传统圆形截面桩不同,传统的理论模型和试验技术不适用于研究矩形截面桩沉桩挤土效应。基于透明土变形可视化技术,研究了矩形截面桩沉桩挤土的位移场变化规律。试验结果表明,矩形桩沉桩后,桩周可以分为两块区域：靠近矩形桩身的过渡区域,在此区域内挤土位移模式呈现非柱对称特征,过渡区半径约为4deq～5deq,远离桩身的圆孔扩张区域,该区域内挤土位移呈现柱对称特征。根据矩形截面桩的沉桩挤土试验,推导出了矩形桩截面的修正扩孔理论,并将理论计算的位移值与模型试验测量值进行对比,验证修正扩孔理论的合理性。     

Pile driving by numerical cavity expansion

A cavity expansion procedure for the simulation of pile driving is presented and assessed in this paper. The analysis uses a non-linear finite-element model and the penetration of the pile into the soil is simulated by a radial opening of the soil around the pile. The case of a pile advanced by expansion will be compared to a similar pile subjected to computational driving (referred to, respectively, as ‘expanded’ and ‘driven’ piles for convenience). The state of stress and deformation, and the evolution of pore-water pressure in the soil will be monitored for the expanded and driven piles. Further computational driving will be applied to both cases and the pile response and soil resistance will be compared. The computational cost of advancing the pile by expansion will finally be investigated. Copyright © John Wiley & Sons, Ltd.     

新桩贯入对邻近再利用既有桩的影响

采用理论分析的方法,首先基于半无限土体中改进的球孔扩张理论,求解新桩沉桩挤土效应引起的土体位移场。然后将其作为已知条件施加于邻近既有桩,分析既有桩变形和内力变化规律,探讨既有桩桩端约束条件、桩身刚度及土体模量对既有桩响应的影响;同时结合数值分析,对本文理论方法进行验证。最后分析了新旧桩之间距离和新桩半径对挤土效应引起的既有桩变形和内力的影响。结果表明：桩端约束形式仅影响桩端附近桩身变形;随着新旧桩之间距离的增加,既有桩变形和内力显著减小;随着桩径的增加,既有桩变形和内力均逐渐增大。最后提出采用远离既有桩和采用长细桩的措施来降低新桩施工对既有桩的影响。     

饱和软土中沉桩引起的孔隙水压力估算

饱和软土中挤土桩的承载力随时间的增长与沉桩引起的超孔隙水压力大小及其消散有密切关系。分析了小孔扩张理论的不足，提出用土压力理论来估算沉桩引起的超孔隙水压力。分别讨论了单桩和群桩两种情况下超孔隙水压力的计算，并与实测资料进行了对比。     

夯扩桩半模夯扩试验及夯扩机理探讨

设计了夯扩桩半模夯扩试验，采用读数显微镜直接测读上体质点位移，获得了不同密度的均匀砂土中砂粒的位移，由此确定土体的位移场和密度场。借鉴魏西克（Ｖｅｓｉｃ）球形孔穴膨胀理论和梅耶霍夫（Ｍｅｙｅｒｈｏｆ）塑性剪切理论，结合模型试验成果，对夯扩机理作了探讨，并定性地提出了夯扩机理模式。     

薄壁筒桩在温州滩涂土地基处理中的应用研究

以温州浅滩一期半岛起步区首期1#地块为工程背景,对薄壁筒桩、钻孔灌注桩、预应力管桩进行现场静载荷试验,研究结果表明：在滩涂土地区,与钻孔灌注桩、预应力管桩相比,薄壁筒桩不会产生沉渣问题、桩身质量好、挤土效应弱、节约工程造价,承载力及桩顶沉降量均满足滩涂土地基加固要求,更适宜应用于滩涂土地基处理中,且在滩涂土地区,薄壁筒桩不会产生土芯闭塞效应,土芯的存在及桩顶封盖对于提高承载力具有一定的贡献,适当增加筒桩桩长可以提高承载力。     

CFG桩复合地基加固高速公路深厚软基若干问题研究

对CFG桩复合地基加固高速公路深厚软基的若干问题进行了研究。考虑CFG桩沉管效应利用圆孔扩张理论，在规范和经验设计方法的基础上分别建立了按工后沉降控制和考虑成桩效应的复合地基桩间距设计计算新方法。同时对CFG桩沉管效应进行了计算分析，考虑成桩扰动推导了桩间土体模量的计算公式。