王海剛,白曉宇*,張明義,閆君,李翠翠,王忠勝

靜壓樁沉樁阻力現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與數(shù)值模擬分析

王海剛1,白曉宇1*,張明義1,閆君2,李翠翠3,王忠勝2

1. 青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院, 山東 青島 266033 2. 青島地質(zhì)工程勘察院, 山東 青島 266071 3. 青建集團(tuán)股份公司, 山東 青島 266071

為研究層狀土中靜壓樁沉樁阻力的變化規(guī)律，通過(guò)選取聊城兩處?kù)o壓樁工地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)沉樁試驗(yàn)，成功監(jiān)測(cè)了沉樁阻力隨貫入深度的變化規(guī)律，并結(jié)合ABAQUS數(shù)值模擬軟件，考慮土體接觸面類型和初始地應(yīng)力的影響，建立了層狀土中靜壓樁貫入實(shí)體模型，實(shí)現(xiàn)了靜壓樁貫入過(guò)程的模擬計(jì)算，明確了層狀土中靜壓樁樁端阻力的變化規(guī)律。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：樁端位于黏性土層中，沉樁阻力隨沉樁深度增加而變化較小，當(dāng)樁端位于粉土、粉砂層時(shí)，沉樁阻力迅速增大；進(jìn)一步闡明了不同深度下的徑向應(yīng)力、豎向應(yīng)力以及沉樁阻力的分布特征。研究結(jié)果為相似地層沉樁過(guò)程以及工程實(shí)踐提供了理論指導(dǎo)。

靜壓樁; 黏性土; 沉樁阻力; 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn); 數(shù)值模擬

樁基礎(chǔ)具有悠久的歷史，因其承載力高、沉降量小且均勻、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)在超高層建筑、橋梁、和近海結(jié)構(gòu)等工程中得到了廣泛應(yīng)用[1-4]。目前，預(yù)制樁的施工方法主要有3種：靜壓法、錘擊法和振動(dòng)法。振動(dòng)法在實(shí)際工程的應(yīng)用相對(duì)較少，錘擊法雖然技術(shù)成熟、施工簡(jiǎn)單且造價(jià)低，但施工過(guò)程產(chǎn)生的噪音會(huì)擾民，對(duì)環(huán)境帶來(lái)一定的影響，錘擊過(guò)程中帶來(lái)的振動(dòng)能量還會(huì)危及建筑物的安全。與之相比的靜力壓樁法，滿足了施工的安全性和環(huán)保性，以噪音低、污染小、效率高、承載力可靠等優(yōu)點(diǎn)在人口密集區(qū)或周圍對(duì)振動(dòng)有嚴(yán)格要求控制的建（構(gòu)）筑物的特殊地區(qū)中應(yīng)用廣泛[5-8]。靜力壓樁法在施工過(guò)程中，最初樁端周圍土體受到破壞，然后由于擠土效應(yīng)樁周土體中孔隙水壓力急劇增大，導(dǎo)致土層初始應(yīng)力發(fā)生改變，土體發(fā)生塑性變形，同時(shí)使得樁和樁周土體間產(chǎn)生位移。

近些年來(lái)，為研究沉樁過(guò)程受力機(jī)理，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其做出了相關(guān)研究。Randolph等[9]發(fā)現(xiàn)土體的應(yīng)力歷史對(duì)沉樁過(guò)程有一定的影響。Lee等[10]通過(guò)有限元方法和非線性彈塑性模型對(duì)砂土地基中的模型樁進(jìn)行建模，研究了砂土地基中樁端阻力的發(fā)揮特性。朱小軍等[11]為研究新型的長(zhǎng)短樁組合樁基礎(chǔ)形式，采用室內(nèi)模型試驗(yàn)研究手段探討分析新型基礎(chǔ)的荷載-沉降關(guān)系曲線、樁側(cè)摩阻力沿貫入深度的變化規(guī)律以及影響長(zhǎng)短柱組合樁基礎(chǔ)工作性狀的有關(guān)因素。邢浩峰等[12]在PHC管樁樁身埋設(shè)光纖傳感器，通過(guò)靜載試驗(yàn)、高應(yīng)變以及靜力觸探等測(cè)試試驗(yàn)，研究PHC管樁樁身軸力與樁側(cè)摩阻力沿深度的變化規(guī)律，分析發(fā)現(xiàn)PHC管樁側(cè)摩阻力與樁身埋置深度有一定的關(guān)系，同時(shí)對(duì)PHC管樁單樁承載力公式提出進(jìn)一步修正。李林等[13]開(kāi)展了飽和黏性土中靜壓樁現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)，探究靜壓樁沉樁結(jié)束后荷載-貫入性能與時(shí)間之間的變化規(guī)律，同時(shí)分析了沉樁結(jié)束后不同時(shí)刻的荷載傳遞機(jī)理，研究表明沉樁結(jié)束后，樁端阻力大小基本不變，引起承載特性變化原因是樁側(cè)承載特性的提高。劉勇等[14]通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，在砂土地基中模擬不同樁長(zhǎng)的沉樁過(guò)程，探究樁長(zhǎng)與靜壓樁沉樁過(guò)程以及承載特性之間的關(guān)系。

隨著計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的飛速發(fā)展，有限元模擬軟件也發(fā)展的日益成熟。近年來(lái)諸多學(xué)者運(yùn)用有限元軟件數(shù)值模擬分析樁的貫入試驗(yàn)。張明義等[15]運(yùn)用有限元軟件ANYSYS模擬分析靜壓樁沉樁過(guò)程，研究提出的位移貫入法能有效確定沉樁過(guò)程的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)以及沉樁阻力，通過(guò)算例證實(shí)位移貫入法模擬沉樁的可行性。任艷榮等[16]在樁-土界面上采用ABAQUS軟件中主-從接觸面計(jì)算法，軟件模擬得到的結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)大致相同。Kathrin等[17]為解決樁尖效應(yīng)問(wèn)題，采用了一種改變樁尖部分模型和單元網(wǎng)格劃分的新方法。修改后得到模型曲線較理想，有效的解決了樁尖問(wèn)題。桑松魁等[18]根據(jù)Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，通過(guò)有限元軟件ABAQUS并使用位移貫入法建立靜壓樁沉樁模型，研究靜壓樁沉樁過(guò)程樁周土的應(yīng)力變化及孔隙水壓力的變化規(guī)律。肖昭然等[19]應(yīng)用ABAQUS模擬軟件建立沉樁過(guò)程的三維模型，采用位移貫入法探究靜壓樁在沙土中沉樁時(shí)的擠土效應(yīng)。樁身軸力與樁側(cè)摩阻力的變化規(guī)律能夠?qū)o壓樁沉樁過(guò)程進(jìn)一步了解，為靜壓樁實(shí)際工程提供理論依據(jù)。

1 工程概況

兩個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)地均位于山東聊城，聊城被譽(yù)為江北水城，該地區(qū)屬于黃河沖積平原，地勢(shì)西南高，東北低，其中海拔最高點(diǎn)49 m，最低點(diǎn)27.5 m。第四系的沉積物主要以沖積物和洪積物為主，其厚度大致為30~270 m。第四系包括全新統(tǒng)和更新統(tǒng)，其中全新統(tǒng)主要包含沖積物和洪積物，更新統(tǒng)又分為上、中、下更新統(tǒng)，另外聊城斷裂帶分布較廣，大致呈東北走向。

1.1 場(chǎng)地一概況

試驗(yàn)于聊城市臨清市煙店鎮(zhèn)某工程場(chǎng)地內(nèi)，土質(zhì)屬于中軟土，建筑場(chǎng)地為Ⅲ類場(chǎng)地，重要性等級(jí)為一級(jí)，施工場(chǎng)地地形相對(duì)平緩，地層分布均勻。本次試驗(yàn)所用材料為3根高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，試驗(yàn)管樁樁長(zhǎng)為23 m，樁徑400 mm，壁厚為90 mm，預(yù)估單樁承載力特征值為1800 kN。為防止擾民、減輕振動(dòng)破壞，沉樁方式采用靜力壓樁法，壓樁過(guò)程中主要按照標(biāo)高控制。各土層分布如表1所示。

表 1 試驗(yàn)場(chǎng)地1地土層分布與相關(guān)參數(shù)

1.2 場(chǎng)地二概況

該試驗(yàn)場(chǎng)地位于聊城市高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)。試驗(yàn)場(chǎng)地經(jīng)處理后地面平坦，地質(zhì)勘察報(bào)告顯示地層分布穩(wěn)定、較均勻。本次試驗(yàn)還是采用3根高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，試驗(yàn)管樁直徑500 mm，有效樁長(zhǎng)為22 m，壁厚為100 mm，預(yù)估單樁承載力特征值為2300 kN?？紤]到工地周邊人員密集，流動(dòng)大，為減小對(duì)其影響，沉樁方式采用靜力壓樁法。試驗(yàn)場(chǎng)地各土層相關(guān)系數(shù)如表2所示。

表2 試驗(yàn)場(chǎng)地2土層分布與相關(guān)參數(shù)

2 試驗(yàn)過(guò)程

2.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置采用液壓靜力壓樁機(jī)（山河牌ZYJ系列），其最大壓樁力為6800 kN，油缸壓力大小在沉樁過(guò)程中可全程顯示，方便讀取、記錄。當(dāng)壓樁機(jī)向下沉樁時(shí)，通過(guò)記錄壓樁機(jī)油缸壓力和傳感器輸出壓力，采集沉樁阻力數(shù)據(jù)。沉樁之前，要進(jìn)行對(duì)靜壓機(jī)壓樁力進(jìn)行標(biāo)定，具體操作通過(guò)壓樁機(jī)按工法要求向壓力傳感器施加壓力，記錄油缸壓力值和傳感器數(shù)值，然后根據(jù)本次壓樁機(jī)壓力對(duì)應(yīng)表，把油缸壓力值換算成實(shí)際壓樁力與傳感器數(shù)值相比較，判斷油壓表能否正常工作。

2.2 試驗(yàn)過(guò)程

靜壓樁沉樁過(guò)程主要經(jīng)歷準(zhǔn)備階段、初壓階段、穩(wěn)態(tài)貫入階段、終壓階段4個(gè)階段。

（1）準(zhǔn)備階段。首先場(chǎng)地平整，清掃地面雜物。通過(guò)測(cè)量放線將樁位做好標(biāo)記。然后將試驗(yàn)管樁樁長(zhǎng)等距離劃分并做好標(biāo)記，這有利于沉樁過(guò)程中數(shù)據(jù)的采集。待壓樁機(jī)工作前檢查完畢無(wú)誤后準(zhǔn)備就位，下一步進(jìn)行吊裝工序，并檢查試驗(yàn)管樁是否傾斜。

圖1 準(zhǔn)備階段

（2）初壓階段。沉樁過(guò)程開(kāi)始前，土體未受到破壞，處于初始應(yīng)力狀態(tài)，隨著沉樁過(guò)程進(jìn)行，壓樁力的增大使土體發(fā)生破壞，樁身下沉。當(dāng)貫入深度（從樁端開(kāi)始計(jì)算）每增長(zhǎng)1 m時(shí)及時(shí)記錄沉樁阻力即油壓表的數(shù)值。

圖 2 初壓階段

圖 3 穩(wěn)態(tài)貫入階段

（3）穩(wěn)態(tài)貫入階段。沉樁過(guò)程中，土體破壞隨著沉樁過(guò)程向下傳遞，沉樁阻力在穿過(guò)不同土層時(shí)發(fā)生變化，但此時(shí)沉樁過(guò)程的速率基本保持不變。本次試驗(yàn)管樁的有效樁長(zhǎng)為22 m，考慮到樁身較長(zhǎng)，采用分節(jié)壓入法，上下兩節(jié)之間的連接處通過(guò)焊接完成。

（4）終壓階段。當(dāng)沉樁深度接近設(shè)計(jì)值時(shí)，降低沉樁速率，控制標(biāo)高，直到沉樁過(guò)程結(jié)束。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 沉樁阻力與貫入深度曲線分析

圖 4 場(chǎng)地1沉樁阻力-貫入深度曲線

圖 5 場(chǎng)地2沉樁阻力-貫入深度曲線

根據(jù)試驗(yàn)場(chǎng)地1土層分布情況和圖4可以發(fā)現(xiàn)，3根試驗(yàn)管樁沉樁阻力的變化趨勢(shì)大致相當(dāng)，并且所測(cè)沉樁阻力的數(shù)值大小相吻合，由此可以判斷試驗(yàn)地區(qū)沉樁阻力的變化規(guī)律有跡可循。當(dāng)樁身位于素填土層與粉土層時(shí)，隨貫入深度增加沉樁阻力呈線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)。樁身穿過(guò)粉土層進(jìn)入粉質(zhì)黏土層后，沉樁阻力增長(zhǎng)速率變緩，隨貫入深度的增加而沉樁阻力的變化較小，此時(shí)3根試驗(yàn)管樁的沉樁阻力分別為882 kN、730 kN、882 kN；當(dāng)樁身進(jìn)入粉土、粉砂層后，沉樁阻力增長(zhǎng)速率迅速變大，當(dāng)貫入深度從10 m增加至22 m的過(guò)程中，3根試驗(yàn)管樁分別從882 kN、730 kN、882 kN增長(zhǎng)到3870 kN、3512 kN、3512 kN?？梢钥闯觯谡麄€(gè)沉樁過(guò)程中，沉樁阻力總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，在粉質(zhì)黏土層中變化不顯著，在粉土、粉砂層中變化明顯，基本上符合靜壓樁沉樁過(guò)程的貫入特性。

由圖5可知，場(chǎng)地2的沉樁阻力隨貫入深度曲線總體變化趨勢(shì)和場(chǎng)地1的試驗(yàn)結(jié)果基本一致，但在小范圍內(nèi)存在差別。根據(jù)土層分布表2和沉樁阻力曲線圖5發(fā)現(xiàn)：初始?jí)簶峨A段，沉樁阻力隨貫入深度增加呈線性增長(zhǎng)，變化趨勢(shì)較明顯；當(dāng)樁端進(jìn)入粉質(zhì)黏土層后，沉樁阻力變化不明顯，數(shù)值變化較小。當(dāng)貫入深度達(dá)到18 m，此時(shí)樁端已進(jìn)入淤泥質(zhì)黏土層中，3根試驗(yàn)管樁的沉樁阻力卻降低，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因本文認(rèn)為主要與土的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，而場(chǎng)地一不存在軟弱土層，沒(méi)有出現(xiàn)壓樁力降低的現(xiàn)象。樁端在粉砂、粉土層中，沉樁阻力增長(zhǎng)速率快，持力層穩(wěn)壓4 d后，沉樁阻力最大值為4110 kN，說(shuō)明該土層中時(shí)間效應(yīng)顯著，這與Yang等[20-23]研究結(jié)論一致。

4 數(shù)值模擬及分析

為明確黏性土中PHC管樁的貫入機(jī)制，選取場(chǎng)地2中具有代表性的第3~5層黏性土—粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土進(jìn)行靜壓沉樁數(shù)值模擬，并與實(shí)測(cè)結(jié)果比較。相應(yīng)土層厚度分別為4 m、3 m、6 m，土層物理力學(xué)參數(shù)如表3所示；試驗(yàn)采用PHC管樁，直徑500 mm，有效樁長(zhǎng)為12 m，管樁詳細(xì)計(jì)算參數(shù)如表4所示。

表 3 場(chǎng)地2所選土層物理力學(xué)參數(shù)

表4 管樁基本計(jì)算參數(shù)

4.1 建立樁和土體部件

對(duì)于ABAQUS有限元模擬軟件，在部件模塊設(shè)置中需要對(duì)錐形樁進(jìn)行調(diào)整參數(shù)，參數(shù)的調(diào)整要符合實(shí)際工程開(kāi)口管樁的土塞楔形原理，如圖6所示，此外還需要考慮樁尖處帶來(lái)的應(yīng)力集中問(wèn)題，否則將會(huì)影響數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果。因此，本次模擬要對(duì)樁頭處進(jìn)行處理，60°處理樁頭尖角使之成為錐形樁模型，目的使樁與巖土體之間接觸平和，從而減小刺入效應(yīng)，保證模擬沉樁的有效性。

模擬土層的物理力學(xué)參數(shù)詳見(jiàn)表3。模擬沉樁前，軟件設(shè)置中要保證樁身與土體之間有一定距離，隨著樁端不斷貫入土體并發(fā)生刺入破壞，樁尖和土體單元接觸后將發(fā)生大的位移和變形，這種模擬方法對(duì)實(shí)際工程中靜壓樁沉樁過(guò)程具有一定的意義。

圖6 樁頭處理圖

圖7 土體單元網(wǎng)格劃分

4.2 模型的建立

在沉樁過(guò)程中，考慮到試驗(yàn)管樁彈性模量大，引起樁身變形小，因此可忽略近似將樁身看作剛體，管樁的變形認(rèn)為是線彈性。模擬土體選取Mohr-Coulomb模型，計(jì)算求解采用非對(duì)稱求解器的方法。網(wǎng)格的劃分采用結(jié)構(gòu)劃分技術(shù)，巖土體采用四邊形結(jié)構(gòu)單元?？紤]到樁-土界面、大變形等因素對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的影響，結(jié)構(gòu)劃分的網(wǎng)格大小分布要廣泛，需要多次調(diào)整網(wǎng)格大小得到模擬沉樁所需的土體單元尺寸，這種取值數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果容易收斂。土體單元網(wǎng)格劃分如圖7。

4.3 地應(yīng)力平衡

初始地應(yīng)力平衡問(wèn)題，在ABAQUS有限元模擬軟件中，可以通過(guò)兩步設(shè)定完成：首先在分析步模塊中創(chuàng)立地應(yīng)力分析步；接著在荷載模塊中定義重力荷載。

4.4 沉樁阻力現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值與數(shù)值模擬對(duì)比分析

以上步驟完成后進(jìn)入任務(wù)功能模塊，選擇創(chuàng)建任務(wù)，根據(jù)電腦硬盤容量、內(nèi)存大小，設(shè)置軟件所需存儲(chǔ)空間，同時(shí)為了得到樁土單元軸力，本次數(shù)值模擬通過(guò)定義界面模塊，采用Section Print輸出軸力的方法，各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置完畢后進(jìn)行模擬計(jì)算，最終得到靜壓樁沉樁阻力的模擬值。圖8表示靜壓樁沉樁過(guò)程中沉樁阻力現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值與數(shù)值模擬值的對(duì)比。

圖 8 沉樁阻力實(shí)測(cè)值與數(shù)值模擬值對(duì)比

從圖8中不難看出，當(dāng)相同的貫入深度，沉樁阻力現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本小于數(shù)值模擬值，兩者隨貫入深度的變化規(guī)律吻合度較高。雖然兩者之間存在一定差別，但總體變化趨勢(shì)大致相當(dāng)。經(jīng)分析認(rèn)為造成實(shí)測(cè)值與模擬值不同的原因主要是以下兩點(diǎn)：一是沉樁阻力的實(shí)際測(cè)量值是經(jīng)油壓表?yè)Q算得到的，油壓表讀數(shù)獲取過(guò)程中容易受到外界因素的影響，如外界振動(dòng)、溫度影響以及人為誤差等因素，會(huì)造成后期數(shù)值換算不準(zhǔn)確；另一因素是本次ABAQUS有限元數(shù)值模擬土體選用的Mohr-Coulomb模型與現(xiàn)場(chǎng)土體地質(zhì)等狀況不完全一致。

4.5 地基土應(yīng)力分析

根據(jù)數(shù)值模擬沉樁過(guò)程，得到了靜壓樁貫入深度分別4 m、6 m、8 m、12 m時(shí)地基土體中的徑向和豎向應(yīng)力云圖，如圖9~16所示。

圖9~12表明數(shù)值模擬沉樁過(guò)程中徑向應(yīng)力隨沉樁深度的變化情況。由圖可以看出，沉樁過(guò)程開(kāi)始時(shí)，樁端出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，貫入深度1 m時(shí)徑向應(yīng)力最大值可達(dá)到641 kPa，力的相互作用使樁端周圍土體被擠開(kāi)，這樣有利于沉樁過(guò)程的順利進(jìn)行。隨著沉樁過(guò)程的進(jìn)行，徑向應(yīng)力對(duì)樁端周圍土體影響范圍越來(lái)越大，當(dāng)沉樁深度達(dá)到4 m時(shí)，徑向應(yīng)力最大值為1254 kPa，由圖9可以看出此時(shí)受到影響的區(qū)域只分布在樁端附近。當(dāng)沉樁深度為8 m時(shí)，樁端此時(shí)已穿過(guò)粉質(zhì)黏土層到達(dá)淤泥質(zhì)黏土層，徑向應(yīng)力的最大值卻降為738 kPa，此外由圖11可以明顯看出樁端位于淤泥質(zhì)黏土層中徑向應(yīng)力的作用效應(yīng)比位于粉質(zhì)黏土層中的小，同時(shí)從圖11-12可以看出，在粉質(zhì)黏土和淤泥質(zhì)黏土土層分界處出現(xiàn)明顯的應(yīng)力分界線的現(xiàn)象。

圖 9 沉樁4 m時(shí)徑向應(yīng)力云圖

圖 10 沉樁6 m時(shí)徑向應(yīng)力云圖

圖 11 沉樁8 m時(shí)徑向應(yīng)力云圖

圖 12 沉樁12 m時(shí)徑向應(yīng)力云圖

圖 13 貫入4 m時(shí)豎向應(yīng)力云圖

圖 14 貫入6 m時(shí)豎向應(yīng)力云圖

圖15 貫入8 m時(shí)豎向應(yīng)力云圖

圖16 貫入12 m時(shí)豎向應(yīng)力云圖

圖13~16可以表明，在初始沉樁時(shí)，豎向應(yīng)力的最大值僅為412 kPa。隨著沉樁深度的增大，豎向應(yīng)力逐漸增大，當(dāng)沉樁深度增加到4 m時(shí)，豎向應(yīng)力的大小為486.8 kPa，此時(shí)樁端附近豎向應(yīng)力影響范圍不斷增大，當(dāng)沉樁深度達(dá)到7 m時(shí)，豎向應(yīng)力變化明顯，豎向應(yīng)力的最大值達(dá)到735 kPa，這時(shí)豎向應(yīng)力最大值出現(xiàn)在距樁端上部1 m左右的位置。沉樁過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)?shù)竭_(dá)8 m的沉樁深度時(shí)，樁端已進(jìn)入淤泥質(zhì)黏土層，與徑向應(yīng)力相似，豎向應(yīng)力的大小也變小。

5 結(jié) 論

本文通過(guò)選取聊城地區(qū)兩個(gè)地質(zhì)不同的工程場(chǎng)地進(jìn)行靜壓樁沉樁試驗(yàn)，并結(jié)合有限元分析軟件ABAQUS對(duì)場(chǎng)地二靜壓樁沉樁過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，探討了層狀土中沉樁阻力的變化規(guī)律。

（1）通過(guò)在聊城地區(qū)選取兩處不同場(chǎng)地的靜壓樁工程，探討了沉樁阻力隨貫入深度的變化規(guī)律。在本試驗(yàn)條件研究發(fā)現(xiàn)，樁身位于黏性土層中，靜壓樁沉樁阻力隨沉樁深度增加變化較??；在淤泥質(zhì)土層中出現(xiàn)側(cè)阻退化現(xiàn)象，此時(shí)沉樁阻力減??；當(dāng)樁端位于粉土、粉砂層，沉樁阻力迅速增大，趨勢(shì)變化顯著。表明靜壓樁的沉樁阻力受土層性質(zhì)的制約，當(dāng)樁端為較硬土層（粉土、粉砂）時(shí)，沉樁阻力顯著增長(zhǎng)；當(dāng)樁端為軟土層（淤泥質(zhì)土）時(shí)，沉樁阻力顯著減小。建議在實(shí)際工程中根據(jù)巖土層性質(zhì)估算沉樁阻力的大小，從而合理選擇壓樁機(jī)型號(hào)。

（2）運(yùn)用有限元分析軟件ABAQUS實(shí)現(xiàn)了黏性土中靜壓沉樁過(guò)程數(shù)值模擬，沉樁阻力模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值結(jié)果較為吻合，從而驗(yàn)證了采用ABAQUS模擬靜壓樁沉樁過(guò)程是可行的。

（3）沉樁過(guò)程中，在土層界面處徑向應(yīng)力產(chǎn)生突變，樁端豎向應(yīng)力與地基承載能力有關(guān)，粉質(zhì)黏土中豎向應(yīng)力高于淤泥質(zhì)黏土中的豎向應(yīng)力，從而表明粉質(zhì)黏土的承載能力高于淤泥質(zhì)黏土的承載能力，這與粉質(zhì)黏土中的沉樁阻力高于淤泥質(zhì)黏土的沉樁阻力是對(duì)應(yīng)的。

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Field Test and Numerical Simulation Analysis on the Penetration Resistance of Jacked Pile

WANG Hai-gang1, BAI Xiao-yu1*, ZHANG Ming-yi1, YAN Jun2, LI Cui-cui3, WANG Zhong-sheng2

1.266033,2.266071,3.266071,

In order to study the variation law of jacking force in layered soil, the pile penetration test was carried out by selecting two jacked pile projects in Liaocheng, and the variation law of jacking force with penetration depth was successfully monitored, and combined with ABAQUS numerical simulation. The software, considering the influence of soil contact surface type and initial crustal stress, established the jacked pile penetration model in layered soil, realized the simulation calculation of the jacked pile penetration process, and clarified the variation of jacking force in the layered soil. The results show that the pile end is in the cohesive soil layer, and the jacking force changes less with the increase of penetration depth. When the pile end is in the silt and silt layer, the jacking force increases rapidly; Radial stress, vertical stress and distribution characteristics of pile resistance at different depths. The research results provide theoretical guidance for similar pile penetration processes and engineering practices.

Jacked pile; cohesive soil; jacking force; field test; numerical simulation

TU473

A

1000-2324(2021)01-0091-07

10.969/j.issn.1000-2324.2021.01.016

2019-11-18

2020-09-11

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51708316,51778312,51809146);中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2018M632641);山東省博士后創(chuàng)新項(xiàng)目(201903043);青島市博士后應(yīng)用研究項(xiàng)目(2018101)

王海剛(1993-),男,碩士研究生,專業(yè)方向:巖土工程. E-mail:qutwhg@163.com

Author for correspondence.E-mail:baixiaoyu538@163.com

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