靜壓沉樁工法因其施工環(huán)境影響小在城市中獲得了越發(fā)廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)一步量化靜壓沉樁和傳統(tǒng)沉樁工法對(duì)超孔壓的影響。該研究采用室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究了飽和砂中靜壓沉樁和錘擊沉樁對(duì)砂土中超孔隙水壓力的影響。同時(shí)采用離散元軟件模擬了靜壓沉樁時(shí)，不同沉樁速度對(duì)超孔壓的影響。通過(guò)對(duì)比模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，錘擊沉樁產(chǎn)生的超孔壓是靜壓沉樁的3～9倍。通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，靜壓沉樁速度越慢，則靜壓沉樁產(chǎn)生的超孔壓越小。

1.引言

隨著工程技術(shù)的發(fā)展，樁基在建筑領(lǐng)域中獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的沉樁工法引起了一些嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。其中包括對(duì)相鄰建筑物的破壞，對(duì)地下管線的影響以及對(duì)城市居民的噪音污染1～3。因此，傳統(tǒng)的沉樁工法在城市中尤其是人口密集的城區(qū)，受到了較為嚴(yán)格的限制。由日本引入的靜壓沉樁工法，具有施工效率較高，對(duì)周圍環(huán)境的影響小4等優(yōu)點(diǎn)，因此，相較于傳統(tǒng)的錘擊沉樁等沉樁工法，靜壓沉樁得到了愈加廣泛的應(yīng)用。

土體中的孔隙水壓力對(duì)土體的性質(zhì)有很大的影響，同時(shí)，引起的超孔壓以及沉樁完成后超孔隙水壓力的消散對(duì)于樁體的承載力有一定的影響。許多學(xué)者5在其研究中發(fā)現(xiàn)，隨著沉樁引起的超孔壓的消散，單樁的承載力有一定的提升。研究靜壓沉樁對(duì)土體中超孔壓的影響對(duì)于研究樁基承載力的時(shí)間效應(yīng)有一定的指導(dǎo)意義。

靜壓沉樁因其對(duì)環(huán)境的影響較小而得到廣泛的應(yīng)用，本文通過(guò)對(duì)比錘擊沉樁對(duì)孔壓的影響，進(jìn)一步量化靜壓沉樁工法相較于傳統(tǒng)的沉樁工法對(duì)環(huán)境的影響。

2.試驗(yàn)介紹

2.1試驗(yàn)儀器介紹

模型試驗(yàn)在自主設(shè)計(jì)的室內(nèi)模型箱中進(jìn)行。模型箱的尺寸為1m×1m×0.9m（長(zhǎng)×寬×高）。在模型箱的上部設(shè)置了一個(gè)反力梁提供壓樁反力。采用油壓式千斤頂提供壓樁力。在模型箱的內(nèi)部墊了一層隔水膜，防止由于模型箱的漏水對(duì)試驗(yàn)效果產(chǎn)生不良影響。

所采用的鋁制模型樁直徑為37mm，長(zhǎng)度為600mm。千斤頂勻速地將模型樁壓入到土體之中。砂土采用分層飽和法進(jìn)行制備，填砂到一定深度的時(shí)候暫停填土，然后進(jìn)行微型孔壓計(jì)的布設(shè)。微型孔壓計(jì)沿深度方向布設(shè)了五層，深度分別為125mm，250mm，375mm，500mm，550mm；距離樁身表面的徑向距離分別為1D，2D，3D，5D （其中D為模型樁的直徑）。

2.2試驗(yàn)砂土的性質(zhì)

試驗(yàn)開始前對(duì)試驗(yàn)用砂進(jìn)行了顆粒分析試驗(yàn)。

從篩分曲線可知試驗(yàn)用砂為中細(xì)砂。篩分曲線較陡，粒徑大小相差不大，土粒較均勻，級(jí)配不良。

2.3試驗(yàn)過(guò)程介紹

本模型試驗(yàn)利用埋設(shè)在飽和砂中的微型孔壓計(jì)分別記錄了靜壓沉樁過(guò)程以及錘擊沉樁過(guò)程的超孔隙水壓力產(chǎn)生的規(guī)律。利用美國(guó)I555型準(zhǔn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，I555型數(shù)據(jù)采集儀保證了試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的可靠性。

3.試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)過(guò)程記錄了各個(gè)測(cè)點(diǎn)處超孔壓的峰值，靜壓沉樁引起的飽和砂土中超孔壓峰值的云圖。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)超孔壓峰值沿徑向先增大后減小，最值發(fā)生在距樁身表面徑向距離r=2D處。

在錘擊沉樁下，埋深為500mm，距離樁身徑向距離為r=3D處的測(cè)點(diǎn)處記錄了超孔壓產(chǎn)生規(guī)律。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，錘擊沉樁時(shí)，砂土中的超孔壓急劇增加到一個(gè)值，隨著沉樁深度的增加，超孔壓緩慢增加。

為了量化靜壓沉樁和錘擊沉樁對(duì)超孔隙水壓的影響程度，對(duì)比分析了錘擊沉樁和靜壓沉樁在相同測(cè)點(diǎn)處引起的超孔壓數(shù)值大小。實(shí)驗(yàn)分別記錄了埋深為250mm，375mm以及500mm處的靜壓以及錘擊沉樁在飽和砂中引起的超孔隙水壓力沿徑向的分布。

從數(shù)據(jù)中可見(jiàn)，錘擊沉樁引起的超孔壓約是靜壓沉樁引起的超孔壓的3～9倍。據(jù)此認(rèn)為靜壓沉樁對(duì)砂土中孔壓的影響要遠(yuǎn)小于錘擊沉樁所引起的超孔壓。

4.數(shù)值模擬

靜壓沉樁工法是一個(gè)相對(duì)較新的工法，靜壓沉樁速度對(duì)土體中超孔壓的研究一定程度上可以指導(dǎo)靜壓樁的施工。本文通過(guò)離散元研究了沉樁速度對(duì)超孔壓的影響規(guī)律。有學(xué)者6等學(xué)者認(rèn)為孔隙壓力的變化值同一定土體體積的減小值呈正比。

基于此原理，本文利用離散元進(jìn)行了干砂條件下的數(shù)值模擬，通過(guò)監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)土體處的孔隙的變化從而達(dá)到監(jiān)測(cè)超孔壓變化的目的。對(duì)于離散元，不能夠精確的給出某一點(diǎn)處的孔隙率的變化，而是采用以測(cè)點(diǎn)為圓心，以樁徑為直徑的圓的范圍內(nèi)土體的平均孔隙率近似表達(dá)所研究測(cè)點(diǎn)處的孔隙率。

4.1模型簡(jiǎn)介

由于離散元計(jì)算耗費(fèi)大量的機(jī)時(shí)，按照實(shí)際模型的1/20進(jìn)行數(shù)值模擬建模。模型試驗(yàn)的樁長(zhǎng)為600mm，沉樁深度為570mm，樁徑為37mm，填砂深度為80cm；據(jù)此離散元模擬的樁長(zhǎng)為30mm，沉樁深度為28.5mm，模型樁徑為1.85mm。

4.2模擬結(jié)果

對(duì)1cm/s和2cm/s的沉樁速度進(jìn)行對(duì)比性模擬研究，模擬特別監(jiān)測(cè)了埋深為25mm，徑向距離r=2D測(cè)點(diǎn)處的孔隙率隨沉樁深度的變化。從模擬結(jié)果可見(jiàn)沉樁速度越快，孔隙率越小，則產(chǎn)生的超孔壓越大。

5.結(jié)論

本文通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，在飽和砂中進(jìn)行了靜壓沉樁和錘擊沉樁，監(jiān)測(cè)了不同沉樁工法下的超孔壓變化情況。同時(shí)采用離散元模擬了不同沉樁速度對(duì)超孔壓的影響。主要的結(jié)論如下。

1、 靜壓沉樁引起的超孔壓沿徑向方向先增大再減小，最值在距樁身徑向距離為r=2D處產(chǎn)生。

2、 錘擊產(chǎn)生的超孔壓大小是靜壓沉樁所產(chǎn)生的超孔壓的3～9倍。

3、 沉樁速度越快，靜壓沉樁引起的超孔壓越大。