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关于锚杆静压桩沉桩过程中挤土效应相关计算探讨 　　摘要: 锚杆静压桩是一种用于建(构)筑物纠偏的施工方法,在软土地区已经得到了广泛的应用,取得了良好的效果。作为挤土桩,在沉桩过程中,会对周围环境产生影响:(1)压桩时桩周土层被压密并挤开,使土体产生水平移动和垂直隆起,可能造成邻近已压入的桩产生上浮、桩位偏移和桩身翘曲折断。并可使邻近建筑物破坏、管线断裂、道路不能正常使用等;(2)压桩使土中超孔隙水压力升高,造成土体破坏,也会导致土体垂直隆起和水平位移。鉴于这些负面影响,分别用柱形孔扩张法和有限元方法对锚杆静压桩挤土效应进行计算,并结合工程实例对两种方法的计算结果进行了比较。 　　关键词: 锚杆 挤土效应有限元扩张法 　　1锚杆静压桩挤土效应的柱形孔扩张法 　　1.1基本假设 　　(1)土体是均匀的、各向同性的Mohr-coulomb材料,在球应力作用下不会发生屈服; 　　(2)不考虑土体自重的影响; 　　(3)忽略压桩后土体的应力释放; 　　(4)忽略桩侧摩阻力。 　　1.2计算模型(见图1) 　　 　　 　　图1柱形孔扩张计算模型 　　注: Ru―桩的半径;Re―桩周应力影响区半径;Rp―塑性区半径 　　1.3桩周土体塑性区半径公式的推导 　　对于图1的模型,为半无限空间土体受圆形均布荷载作用问题,其附加应力我们取圆心下方的应力值进行计算。由Bouss-inesq公式进行积分,可求得圆心处下方的应力值如下: 　　 　　 　　式中:P―――压桩前地基土中的附加应力; 　　d―――附加应力作用面半径; 　　z―――计算应力点的计算深度; 　　v―――土体的泊松比。 　　为后面计算方便,令: 　　把压桩过程中桩周土体的本构关系看作水平的平面应变问题,那么压桩后,原孔扩张的面积应该和弹性区及塑性区面积变化相同,可以得到以下关系式: 　　 　　 　　式中:Up―――弹塑性边界点的径向位移; 　　Δ―――塑性区平均体积应变。 　　上式的左端为扩张面积,右端的πRpsup2;-π(Rp+Up)sup2;项为弹性区面积变化,π(Rpsup2;-Rusup2;)Δ为塑性区的面积变化。将上式展开,并忽略Upsup2;项,可得: 　　 　　 　　从式(4)可以看出,压桩后的塑性半径与桩周土的泊??比、压缩模量、内摩擦角、粘聚力、桩周土的水平初始应力及桩周土的塑性体积应变有关。当以上参数确定时,桩周土的塑性半径与桩的半径成正比的关系。 　　2锚杆静压桩挤土效应的有限元分析 　　2.1有限变形问题 　　桩压入土体后引起桩周围土体产生严重拉裂和剪切,桩周土体中会产生大位移、大转动、大应变,桩周附近土体中的应力值很高,已进入塑性破坏状态.土体中的应变与位移梯度不成线性关系,小变形假设对该问题是不适合的,因此应该采用有限变形理论描述和分析压桩问题。 　　2.2接触问题 　　要得到符合沉桩实际过程的数值模拟就需要考虑桩与土的界面接触,接触问题是一种高度非线性行为,需要较大的计算资源,为了进行较为有效的计算,理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。静压桩的沉桩过程实际上是桩土界面互相挤压和滑移的过程.而诸如Desai单元模型、Goodman单元模型等是难以恰当地模拟如此大的相对滑移,因此,须采用面面接触模型才有效。 　　2.3本构关系问题 　　从文献上看,现在广泛使用的模型有修正的剑桥模型和Mohr-Coulomb模型。采用Mohr-Coulomb模型的近似修正的Drucker-Prager屈服准则,其流动准则既可以使用相关流动准则,也可以使用不相关流动准则。 　　2.4荷载施加问题 　　(1)力贯入法。通常荷载的施加是通过桩顶受力使桩体逐渐压入土中的过程,Mabsout等人采用了这种施加荷载的方式。由于在压桩过程中压桩力是个变量,不能很有效地运用有限元程序解决荷载施加问题,而且花费机时太多,不能满足实际工程的需要。 　　(2)位移贯入法。位移贯入法与力贯入法是相对应的,前者是通过在桩顶施加位移来实现压桩过程和实际的按照一定速率来控制压桩的情况较为符合,且计算时间短,能满足工程的需要。本文采用位移贯入法来施加荷载。 　　3计算实例 　　某建筑桩基，建成后不久,由于土质差,承载力不足,建筑沉降过大,须对该建筑进行加固处理。就该工程用锚杆静压桩方法进行了公式计算以及有限元分析。桩为直径为250mm的预制桩,压入深度为20m。 　　该工程的地质资料如表1所示。 　　 　　 　　3.1有限元计算机模拟 　　下面结合该工程实例,叙述用ANSYS软件计算分析的方法及步骤。 　　（1）建模及施加荷载:根据桩入土深度以及工程实际情况建立计算模型。建立的模型如图2所示,土体模型