管桩在砂土地区的应用

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摘要：目的 研究经济、安全、合理、便捷的处理砂土液化地基的方法。原理 减小砂土的空隙比提高砂土的承载力和压缩模量；方法 利用ABAQUS有限元数值模拟分析软件，分析管桩贯入砂土地基中对砂土地基的挤密程度，根据具体工程实验分析砂土液化处理效果，总结管桩在砂土地区的适用性。

关键词：管桩；砂土液化； Abaqus挤土模拟

Abstract: objective to study the economic, security, reasonable and convenient processing of the foundation soil liquefaction method. Reduce the gap sand principle than improve the bearing capacity of the soil and compression modulus; Methods using ABAQUS finite element numerical simulation analysis software, analysis pile penetration the sand foundation of the foundation of sand compaction degree, according to the specific engineering experimental analysis of soil liquefaction processing effects, and summarizes the applicability of the pipe in sandy region.

Keywords: pipe; Sandy soil liquefaction; Abaqus soil compaction simulation

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号

1．引言

我国是个地震多发的国家，在以往的历次地震中都有砂土液化现象发生。砂土发生振动液化由于松散饱和砂土变密，且不能够立即排水，土中孔压上升，有效应力减小，导致土的强度骤然下降地基破坏。由于密实的砂有较强的抗液化强度，密砂的残余强度高于松散砂【3】【4】，所以考虑到可以采取增加砂土密实性的方法处理砂土液化。砂土液化对于建筑的影响很大程度上制约了工程的造价和安全，急需一种安全、经济、施工快捷的方法处理砂土地基。由于静压PHC管桩属于挤土桩可以增加土壤的密实性并且因其近些年了广泛适用性,因此我们考虑管桩处理砂土地基。

2.工程实例

2.1现场实验概况

现场实验采用河南福成置业有限公司新乡福成小区28号楼，施工单位为河南科正基础工程有限公司。新乡抗震设防烈度为8度，拟建建筑为18.5层建筑，判定拟建建筑场地内5夹层粉砂和6夹层中砂为可液化地层，液化等级为轻微。管桩桩基已施工完毕后，判别地基土在8度地震条件下的液化可能性。

建场地预应力管桩为满堂布置均匀分布，桩间距为2378毫米，既最大桩中心距为3.4米，为取得最不利值，选取施工后的液化判别勘探点在建筑底板下四个管桩围成区域的正中间，专项勘察共布置勘探点6个，其中标贯孔3个，静力触探孔3个，探点高差约0.23米。

2.2 试验测试指标统计

a) 挤密前后标贯试验成果对比表

b）挤密前后静探触探试验成果对比表

2.3场地土的液化判别

应用标准贯入试验判定在8度地震条件下，拟建建筑管桩施工后地基可不考虑地震液化的影响，液化判别和液化指数结果见表4（部分数据）。

液化判别及液化指数计算表 表4

孔号：2号孔口标高：72.69m 地下水位: 2.19米

2.4结论

依据现行规范，判定28号楼地基土在预应力管桩施工完成后可不考虑地震液化的影响。

预应力管桩施工对桩身段的土体影响显著，预应力管桩施工能显著提高该段土层的标准贯入试验的击数和静力触探试验的比贯入阻力，减轻或消除地基液化现象。

3．ABAQUS数值模拟分析

3.1模拟概况

桩体压入土体中引起桩周土体产生严重的剪切和挤压【1】，桩周土体中应力极高，靠近桩周土体产生塑性应变，土体产生大应变，采用大变形假设Duncan-Chang双曲线模型【2】。荷载施加方法采用位移贯入法【1】，有限元模型采用平面轴对称模型。

图1 沉桩5米时径向压应力云图

图2 沉桩5米时竖向压应力云图

图3 沉桩5米时径向位移云图

图4 沉桩5米时径向塑性应变云图

3.2模拟结论

总结模拟分析云图我们可以得到桩对土体的影响扰动区域分三个部分：土体地表隆起区、桩身径向压缩变形区和桩尖球形扰动区；桩身以外径向从内向外以此为强力塑性变形区域、塑性变形区域和弹性变形区域。沉桩后地表部分土体隆起，地表以下2米范围内径向应力得到释放，径向位移绝大部分被释放为地表土体隆起，所以地表以下2米范围内处理砂土液化效果不明显；沉桩后沿径向塑性区半径为2.5倍的桩径，在此范围内处理砂土液化效果明显；桩端距桩尖3倍桩径球形范围内处理砂土液化效果十分明显；综合分析单桩沉桩处理砂土液化范围为2.5倍桩径，当两5倍桩径时处理砂土液化效果良好。

4．结论

模拟分析单根管桩有效处理砂土液化范围为2.5倍桩径，既 2根桩距5倍桩径。工程实测测点位于四桩中心处，两最远处对角桩距为8倍桩径，矩形角点桩距为6倍桩径。较小的误差是由于群桩限制位移导致。综合分析确定：正方形布桩桩距大约为6倍桩径时可有效处理砂土液化地基，竖向处理范围为地面以下2米至桩靴以下3倍桩径处。

5．参考文献( References) :

[1] 罗战友，王伟堂，刘薇.桩-土界面摩擦对静压桩挤土效应的影响分析.岩石力学与工程学报，2005,24（18）3299~3304

[2] 李强，王靖涛.砂土数值建模和有限元分析.土工基础，2004,18（3）39~42

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