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基本信息
- 項目名稱：
- 層狀地基中靜壓單樁擠土水平位移的試驗觀測
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 簡介：
- 通過在層狀地基土中靜力壓入單樁的模型試驗，研究沉樁擠土效應(yīng)，總結(jié)了沉樁過程中土體在水平位移的變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)沉樁過程中軟硬土層交界處土體水平位移變化劇烈，呈波浪形分布，距樁越近水平位移變化越大，較硬土層對上部軟土有約束作用而對下部軟土有擠壓拖帶作用。
- 詳細(xì)介紹：
- 1 前言 靜壓樁無振動、無噪音、無污染等優(yōu)點及大噸位靜壓樁機(jī)的出現(xiàn)[1]，勢必使靜壓樁在有硬土層存在的地基中得到更加廣泛的使用。而當(dāng)有硬殼層或夾硬層存在時，靜壓樁易在土層交界處開裂、彎折[2]。因此針對以上問題，研究其作用機(jī)理，深化對靜壓樁擠土效應(yīng)的認(rèn)識，有著重要的理論和工程意義。 徐建平等[3]通過在軟粘土中靜力壓入單樁和雙樁的模型試驗，獲得了沉樁過程中土體位移隨水平和深度方向變化的規(guī)律。張建新等[4]利用模型槽進(jìn)行了均質(zhì)粘土中的靜壓樁試驗，取得了壓樁產(chǎn)生土體位移的一些成果。何杰等[5]利用在粘土中靜力壓入楔形樁的室內(nèi)模型試驗獲得了沉樁過程中地表隆起隨沉樁深度變化的規(guī)律及最大隆起的位置和大小。但上述研究都是針對均質(zhì)軟土。張述濤等[6]采用數(shù)碼相機(jī)拍攝均質(zhì)和雙層地基中連續(xù)貫入模型樁的圖片，對土體的變形規(guī)律進(jìn)行分析。該試驗分別以橡膠粉和粉砂模擬軟硬土，未加入水，因此難以較真實地模擬實際土層情況。 2 試驗準(zhǔn)備 2.1 模型試驗箱 模型試驗在尺寸為1 m (長)×1 m (高) ×0.8 m (寬)的鐵箱內(nèi)進(jìn)行，鐵箱由厚3 mm的鋼板焊接而成。為模擬土體固結(jié)條件，在箱體兩側(cè)各開設(shè)四個排水孔。為了量測土體由沉樁產(chǎn)生的位移，箱體正面鋼板用厚度為20 mm的有機(jī)玻璃板代替，如圖1所示。 2.2 模型樁 根據(jù)模型槽的尺寸及相關(guān)的相似理論，本文選用的模型樁幾何比例n=20，選取長為500 mm、直徑為30 mm的小木棒來模擬實際工程中10 m樁長、0.6 m樁徑的平底樁，樁距設(shè)為4d (d為樁徑)，由于對稱性，做成半樁。沉樁前將木棒表面打磨粗糙，增加樁與土之間的摩擦，來模擬混凝土表面與土體間的實際接觸。 圖1 模型箱示意圖 2.3 土樣制備 試驗土樣取自天津濱海新區(qū)某工地，其重度γ = 17.5 kN/m3，含水量ω = 42.5 %。以細(xì)砂做夾硬層，其含水量ω = 46.33 %，密度ρ= 2.08 g/cm3，孔隙比e= 0.88。 先將取回的土體捏成小塊進(jìn)行大面積的平鋪晾曬，然后將曬后的土塊敲碎、研磨成粒徑<2 mm的土粉。在模型箱底鋪設(shè)厚約60 mm的細(xì)砂做隔層，然后在細(xì)砂層上和排水孔處鋪設(shè)好透水土工織布。將土粉加水?dāng)嚢璧谷肽Ｐ拖渲?，搗實均勻，不讓土中留有明顯的空洞。土體加到距箱底650 mm時在土體上覆蓋厚度為100 mm的細(xì)砂，在細(xì)砂上均勻的灑適量的水使砂子達(dá)到飽和狀態(tài)。將砂子輕輕搗實整平，在上面繼續(xù)加攪拌好的土體，直至加滿箱體，再鋪設(shè)一層土工織布，并在織布上放一薄板，在板上施加額定荷載。讓土體在雙面排水路徑大約120 kPa壓力下進(jìn)行固結(jié)，直至土面平整，孔隙水壓力保持穩(wěn)定，60天后認(rèn)為土體固結(jié)良好。試驗固結(jié)完成時土體會有一定的壓縮量，這時可適當(dāng)再續(xù)加一些土體，以保證土體加滿模型箱。透過玻璃看不見界面處有明顯孔洞，表明固結(jié)效果較為理想。 土體固結(jié)結(jié)束后，堵住所有排水孔，在模型箱中倒入一定量的水，使土體達(dá)到飽和，并靜置15天，使已被壓縮為超固結(jié)狀態(tài)的土體回到一種穩(wěn)定狀態(tài)，此后即可進(jìn)行壓樁試驗。 2.4 位移量測標(biāo)記的設(shè)定 在玻璃板不同高度處打六排小孔，以量測不同深度處土體水平位移。孔徑：距樁較近處為10 mm，稍遠(yuǎn)處為8 mm，較遠(yuǎn)處為5 mm。其布置方式為離開樁體兩側(cè)20 mm處開始，左右各按間距為20 mm布置，距樁較遠(yuǎn)處間隔放大到30 mm。小孔內(nèi)插入大頭針，為觀測方便大頭針頭部涂為鮮綠色，以大頭針頭部移動為準(zhǔn)，具體見圖2。 試驗由于觀測點較多，為增加讀數(shù)的精確性，采用經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測，水平位移誤差小于0.02 mm。 3 試驗結(jié)果和分析 模型箱土深1000 mm，樁入土深度為500 mm，貫入速度為2.5 mm/s，模擬工程中0.5 m/s的實際貫入速度。 樁分三次壓入，用經(jīng)緯儀測讀沉樁前后位移標(biāo)志點的偏移量，將兩次讀數(shù)相減，得到每個位移標(biāo)志點的側(cè)向位移。 3.1 水平位移分析 圖3為分三階段壓入樁后，部分孔列土體沿深度的水平位移圖（向右為正，下同）。 第一次貫入： 圖3（a）為樁貫入到上部粘土與砂土交接處時的水平位移變化曲線，可以看到：（1）土體水平位移在上部粘土與砂土交界處（土體深度位于300 mm）、砂土與下部粘土交界處（土體深度位于400 mm）水平位移顯著增大，最大位移量為3.2 mm，大致呈波浪形發(fā)展，這與文獻(xiàn)[7]現(xiàn)場觀測結(jié)果一致。（2）距樁較近處土體水平位移變化較大，隨著離樁距離越遠(yuǎn)位移逐漸減小。（3）樁軸線兩側(cè)大致相等距離的兩列位置上的土體，其水平位移曲線也大致以樁軸線為對稱軸對稱，這說明觀測結(jié)果是合理的。為顯示清楚，圖3（b）和（c）僅畫出樁軸線右側(cè)的3列土體位移曲線。（4）個別曲線點在距樁較遠(yuǎn)處的位移反而增加，分析認(rèn)為模型箱內(nèi)壁均粘有土工織布，可能是由于土工織布受到一定的擠壓作用而變形壓縮，致使所得到的土體水平位移變大。 第二次貫入： （1）當(dāng)樁貫入砂土層時，土體水平位移較第一次壓樁總體有所減小，最大位移不到3 mm。這是因為砂土層被穿透后，其約束作用明顯減弱，土體向下運(yùn)動分量增加，因此水平位移變小。（2）曲線較樁近處位移變化較大，由近及遠(yuǎn)逐漸減弱。 第三次貫入： （1）樁完全貫入土體時，土體水平位移較第二次壓樁顯著增大。（2）由于砂土層的約束作用，上部土體位移變化不明顯。（3）土體水平位移在軟硬土層交界處時變化劇烈，最大位移值達(dá)到3.8mm。（4）樁端位移變化較大，這是由于要產(chǎn)生相同的水平變形，需在較硬土體上作用更大的力，這種更大的力在交界面附近將使較軟土體產(chǎn)生更大的變形，而且硬土層向下的擠進(jìn)作用也加大了土體的位移。值得注意的是此時距樁端100 mm處的土體位移變化也較明顯，可見隨著樁貫入深度的增加，由此產(chǎn)生的擠土效應(yīng)影響會逐漸向下傳遞。 4 結(jié)論 （1）在沉樁過程中，軟硬土層交接處土體水平位移變化劇烈。 （2）離樁邊較近處水平位移變化較大，隨著離樁距離的增大位移逐漸減小。 （3）較硬土層對上部土體的約束作用使上部土體水平位移變化減小，而對下部土體有整體拖帶作用，這種作用會加劇下部土體的擠土效應(yīng)，致使下部土體水平位移增大。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 黃雄輝, 蔡長庚. 某庫房靜壓樁基的設(shè)計與施工[J]. 工程設(shè)計與研究,2004,4:53-55. [2] 宋小軍, 姚慧敏. 天津地區(qū)淤泥類土對樁基質(zhì)量的影響規(guī)律及防治方法[J]. 探礦工程, 2004, (12): 1-4. [3] 徐建平, 周健, 許朝陽, 等. 沉樁擠土效應(yīng)的模型試驗研究[J]. 巖土力學(xué), 2000, 21(3): 235-238. [4] 張建新, 鹿群, 吳東云, 等. 基于模型試驗的靜壓群樁引起的土體變形分析[J]. 巖土力學(xué), 2010, 31(4): 1243-1246. [5] 何杰, 劉杰, 陳科良, 等. 靜壓楔形樁擠土效應(yīng)的室內(nèi)模型試驗[J]. 工業(yè)建筑, 2008, 38(1): 74-109. [6] 張述濤, 李鏡培, 李雨濃. 成層地基中靜壓樁擠土效應(yīng)模型試驗研究[J]. 地下空間與工程學(xué)報, 2009, 12（增刊2）: 1557-1561. [7] 鹿群, 龔曉南, 馬明, 等. 一例靜壓樁擠土效應(yīng)的觀測和分析[J]. 科技通報, 2007, 23(2): 232-242.
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 以模型槽試驗觀測成層地基中靜壓單樁的擠土水平位移，分析觀測數(shù)據(jù)，研究土體位移的變化規(guī)律，從而為進(jìn)一步研究成層地基中靜壓群樁擠土機(jī)理奠定基礎(chǔ)。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處
- 目前對成層地基中靜壓樁擠土效應(yīng)的作用機(jī)理尚不是很清楚， 針對這一科學(xué)問題開展模型試驗研究很少見，因此本課題具有較強(qiáng)的科學(xué)性、先進(jìn)性和獨到之處。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 有硬殼層或夾硬層存在時，靜壓樁易在土層交界處開裂、彎折，研究其作用機(jī)理，有利于解決這一嚴(yán)重影響工程質(zhì)量的問題，因此本課題有較大的工程意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 通過在層狀地基土中靜力壓入單樁的模型試驗，研究沉樁擠土效應(yīng)，總結(jié)了沉樁過程中土體在水平位移的變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)沉樁過程中軟硬土層交界處土體水平位移變化劇烈，呈波浪形分布，距樁越近水平位移變化越大，較硬土層對上部軟土有約束作用而對下部軟土有擠壓拖帶作用。
獲獎情況
- 尚未發(fā)表，但準(zhǔn)備投稿
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
- [1] 黃雄輝, 蔡長庚. 某庫房靜壓樁基的設(shè)計與施工[J]. 工程設(shè)計與研究,2004,4:53-55. [2] 宋小軍, 姚慧敏. 天津地區(qū)淤泥類土對樁基質(zhì)量的影響規(guī)律及防治方法[J]. 探礦工程, 2004, (12): 1-4. [3] 徐建平, 周健, 許朝陽, 等. 沉樁擠土效應(yīng)的模型試驗研究[J]. 巖土力學(xué), 2000, 21(3): 235-238. [4] 張建新, 鹿群, 吳東云, 等. 基于模型試驗的靜壓群樁引起的土體變形分析[J]. 巖土力學(xué), 2010, 31(4): 1243-1246. [5] 何杰, 劉杰, 陳科良, 等. 靜壓楔形樁擠土效應(yīng)的室內(nèi)模型試驗[J]. 工業(yè)建筑, 2008, 38(1): 74-109. [6] 張述濤, 李鏡培, 李雨濃. 成層地基中靜壓樁擠土效應(yīng)模型試驗研究[J]. 地下空間與工程學(xué)報, 2009, 12（增刊2）: 1557-1561. [7] 鹿群, 龔曉南, 馬明, 等. 一例靜壓樁擠土效應(yīng)的觀測和 分析[J]. 科技通報, 2007, 23(2): 232-242.
同類課題研究水平概述
- 靜壓樁無振動、無噪音、無污染等優(yōu)點及大噸位靜壓樁機(jī)的出現(xiàn)，勢必使靜壓樁在有硬土層存在的地基中得到更加廣泛的使用。而當(dāng)有硬殼層或夾硬層存在時，靜壓樁易在土層交界處開裂、彎折。因此針對以上問題，研究其作用機(jī)理，深化對靜壓樁擠土效應(yīng)的認(rèn)識，有著重要的理論和工程意義。 徐建平等通過在軟粘土中靜力壓入單樁和雙樁的模型試驗，獲得了沉樁過程中土體位移隨水平和深度方向變化的規(guī)律。張建新等利用模型槽進(jìn)行了均質(zhì)粘土中的靜壓樁試驗，取得了壓樁產(chǎn)生土體位移的一些成果。何杰等利用在粘土中靜力壓入楔形樁的室內(nèi)模型試驗獲得了沉樁過程中地表隆起隨沉樁深度變化的規(guī)律及最大隆起的位置和大小。但上述研究都是針對均質(zhì)軟土。張述濤等采用數(shù)碼相機(jī)拍攝均質(zhì)和雙層地基中連續(xù)貫入模型樁的圖片，對土體的變形規(guī)律進(jìn)行分析。該試驗分別以橡膠粉和粉砂模擬軟硬土，未加入水，因此難以較真實地模擬實際土層情況。
