摘要：錨桿靜壓樁是一種用于建(構(gòu))筑物糾偏的施工方法，在軟土地區(qū)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，取得了良好的效果。作為擠土樁，在沉樁過程中，會對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響：(1)壓樁時樁周土層被壓密并擠開，使土體產(chǎn)生水平移動和垂直隆起，可能造成鄰近已壓入的樁產(chǎn)生上浮、樁位偏移和樁身翹曲折斷。并可使鄰近建筑物破壞、管線斷裂、道路不能正常使用等；(2)壓樁使土中超孔隙水壓力升高，造成土體破壞，也會導(dǎo)致土體垂直隆起和水平位移。鑒于這些負面影響，分別用柱形孔擴張法和有限元方法對錨桿靜壓樁擠土效應(yīng)進行計算，并結(jié)合工程實例對兩種方法的計算結(jié)果進行了比較。
1錨桿靜壓樁擠土效應(yīng)的柱形孔擴張法
1.1基本假設(shè)
(1)土體是均勻的、各向同性的Mohr-coulomb材料，在球應(yīng)力作用下不會發(fā)生屈服；
(2)不考慮土體自重的影響；
(3)忽略壓樁后土體的應(yīng)力釋放；
(4)忽略樁側(cè)摩阻力。
1.3樁周土體塑性區(qū)半徑公式的推導(dǎo)
對于圖1的模型，為半無限空間土體受圓形均布荷載作用問題，其附加應(yīng)力我們?nèi)A心下方的應(yīng)力值進行計算。由Bouss-inesq公式進行積分，可求得圓心處下方的應(yīng)力值如下：
式中：P———壓樁前地基土中的附加應(yīng)力；
d———附加應(yīng)力作用面半徑；
z———計算應(yīng)力點的計算深度；
v———土體的泊松比。
為后面計算方便，令：
把壓樁過程中樁周土體的本構(gòu)關(guān)系看作水平的平面應(yīng)變問題，那么壓樁后，原孔擴張的面積應(yīng)該和彈性區(qū)及塑性區(qū)面積變化相同，可以得到以下關(guān)系式：
式中：Up———彈塑性邊界點的徑向位移；
Δ———塑性區(qū)平均體積應(yīng)變。
上式的左端為擴張面積，右端的πRp²-π(Rp+Up)²項為彈性區(qū)面積變化，π(Rp²-Ru²)Δ為塑性區(qū)的面積變化。將上式展開，并忽略Up²項，可得：
從式(4)可以看出，壓樁后的塑性半徑與樁周土的泊松比、壓縮模量、內(nèi)摩擦角、粘聚力、樁周土的水平初始應(yīng)力及樁周土的塑性體積應(yīng)變有關(guān)。當(dāng)以上參數(shù)確定時，樁周土的塑性半徑與樁的半徑成正比的關(guān)系。
2錨桿靜壓樁擠土效應(yīng)的有限元分析
2.1有限變形問題
樁壓入土體后引起樁周圍土體產(chǎn)生嚴重拉裂和剪切，樁周土體中會產(chǎn)生大位移、大轉(zhuǎn)動、大應(yīng)變，樁周附近土體中的應(yīng)力值很高，已進入塑性破壞狀態(tài).土體中的應(yīng)變與位移梯度不成線性關(guān)系，小變形假設(shè)對該問題是不適合的，因此應(yīng)該采用有限變形理論描述和分析壓樁問題。
2.2接觸問題
要得到符合沉樁實際過程的數(shù)值模擬就需要考慮樁與土的界面接觸，接觸問題是一種高度非線性行為，需要較大的計算資源，為了進行較為有效的計算，理解問題的特性和建立合理的模型是很重要的。靜壓樁的沉樁過程實際上是樁土界面互相擠壓和滑移的過程.而諸如Desai單元模型、Goodman單元模型等是難以恰當(dāng)?shù)啬M如此大的相對滑移，因此，須采用面面接觸模型才有效。
2.3本構(gòu)關(guān)系問題
從文獻上看，現(xiàn)在廣泛使用的模型有修正的劍橋模型和Mohr-Coulomb模型。采用Mohr-Coulomb模型的近似修正的Drucker-Prager屈服準則，其流動準則既可以使用相關(guān)流動準則，也可以使用不相關(guān)流動準則。
2.4荷載施加問題
(1)力貫入法。通常荷載的施加是通過樁頂受力使樁體逐漸壓入土中的過程，Mabsout等人采用了這種施加荷載的方式。由于在壓樁過程中壓樁力是個變量，不能很有效地運用有限元程序解決荷載施加問題，而且花費機時太多，不能滿足實際工程的需要。
(2)位移貫入法。位移貫入法與力貫入法是相對應(yīng)的，前者是通過在樁頂施加位移來實現(xiàn)壓樁過程和實際的按照一定速率來控制壓樁的情況較為符合，且計算時間短，能滿足工程的需要。本文采用位移貫入法來施加荷載。
3計算實例
某建筑樁基，建成后不久，由于土質(zhì)差，承載力不足，建筑沉降過大，須對該建筑進行加固處理。就該工程用錨桿靜壓樁方法進行了公式計算以及有限元分析。樁為直徑為250mm的預(yù)制樁，壓入深度為20m。
3.1有限元計算機模擬
下面結(jié)合該工程實例，敘述用ANSYS軟件計算分析的方法及步驟。
?。?）建模及施加荷載：根據(jù)樁入土深度以及工程實際情況建立計算模型。建立的模型，土體模型半徑假定為50m，垂直向取50m。給各土層定義參數(shù)，然后進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分時，為計算精確，并節(jié)省計算時間，靠近樁部分劃分較細，遠離樁部分劃分較粗。加荷時，在HL上加X向約束，LM、JM上加X、Y雙方向的約束，在HI上加50kPa的線荷載。壓樁的過程可以視作HK上所有節(jié)點Y方向發(fā)生大小為0.15m的位移。
(2)計算結(jié)果比較。柱形孔計算方法與有限元計算方法所得的塑性半徑與樁徑的比值的結(jié)果如表2所示，均為每層平均值。
從表中數(shù)據(jù)和圖中曲線可以看到如下規(guī)律：①有限元計算的結(jié)果比按柱形孔方法計算的結(jié)果偏大，除了在較淺土層中；②對于每層土，兩種方法計算出來的結(jié)果相差不大，最大誤差發(fā)生在灰色淤泥質(zhì)粘土層，為24.4%；③由于土層性質(zhì)及深度的變化，錨桿靜壓樁沉樁過程中，在各土層中產(chǎn)生的塑性區(qū)半徑各不相同。計算出樁周土的塑性區(qū)半徑，可以為合理安排錨桿靜壓樁的壓樁施工順序及采取合理措施減少壓樁施工對周圍環(huán)境的影響提供指導(dǎo)，具有較強的工程實用價值。
4結(jié)論
(1)分別用柱形孔擴張法和有限元方法對錨桿靜壓樁沉樁過程中的擠土效應(yīng)進了分析，并結(jié)合工程實例對兩種方法計算的結(jié)果進行了比較，顯示兩種方法的結(jié)果相差不大。
(2)壓樁后的塑性半徑與樁周土的泊松比、壓縮模量、內(nèi)摩擦角、粘聚力、樁周土的水平初始應(yīng)力及樁周土的塑性體積應(yīng)變有關(guān)。當(dāng)以上參數(shù)確定時，樁周土的塑性半徑與樁的半徑成正比的關(guān)系。
(3)有限元計算的結(jié)果比按柱形孔擴張方法計算的結(jié)果偏大，除了在較淺土層中。
(4)在分析中，未考慮群樁的影響；采用了平面應(yīng)變假定，未建立三維模型；未考慮樁周土體的附加沉降。以后在這些方面進一步進行研究，這樣才能更加全面、深刻的揭示錨桿靜壓樁擠土效應(yīng)的規(guī)律。
成功提示
錯誤提示
警告提示
評論 （0）