[发明专利]挤密砂桩成桩过程的可打性分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下挤密砂桩领域，特别是涉及一种挤密砂桩成桩过程的可打性分析方法。

背景技术

随着全球经济与集装箱运输业的高速发展，海港码头向离岸、开敞、深水海域发展已经成为必然的发展趋势，伴随着外海筑港，人工岛的建设也向深水区推进，地基加固已成为外海筑港建设中必不可少的施工技术。水下挤密砂桩与传统地基处理方法相比具有独特的优势——加固效果明显，可以快速提高地基承载力，因而可以快速推进施工进程，缩短工期，为在软弱地基上建造重力式结构创造了条件。

作为一种地基加固新技术，水下挤密砂桩能够增加地基强度，加快地基固结，减少结构物沉降，提高地基的抗液化能力，具有施工周期短，加固效果直接、明显，工序可控性好等优点。可广泛应用于对砂性土、粘性土、有机质土等几乎所有土质的地基加固处理。非常适用于外海人工岛、防波堤、护岸、码头等工程的地基基础加固。

与传统的普通砂桩不同，挤密砂桩是利用振动荷载将特殊钢桩管打入水下软基中，在桩管中灌砂，通过振动设备和管腔增压等装置，经过有规律的反复提升和回打桩管，使砂桩扩径，形成更大直径的挤密砂桩。原地基被砂强制置换，密实的砂桩与软土共同作用构成复合地基，达到改善地基整体稳定性、提升地基整体抗滑与抗剪能力、加快地基固结等效果。与普通砂桩相比，水下挤密砂桩桩体的密实性高，加固的置换率可达60％～70％。

挤密砂桩的振动成桩过程即采用振动锤进行成桩的过程。挤密砂桩成桩过程包括：刚入土阶段、沉管至一定深度阶段、沉管至极限阶段和挤密扩径极限阶段。振动成桩时，在桩身设置以电、气、水或液压驱动的振动锤，使振动锤中的偏心重锤相互逆旋转，其横向偏心力相互抵消，而垂直离心力相互叠加，使桩管产生垂直的上下振动，造成桩管及桩周土体处于强迫振动状态，从而使桩周土体强度显著降低并将桩间土体挤开，破坏了桩与土体间的粘结力和弹性力，桩周土体对桩壁产生的侧摩阻力和桩端处受到的土体抗力即桩端阻力大为减小，桩管在自重和振动力的作用下克服各种阻力而逐渐下沉。振动锤的激振力与偏心距、角速度有关，对于同一振动锤其激振力为定值。激振力的传递受偏心影响较大，而在挤密砂桩成桩过程中，桩管侧壁和端部的受力情况更能反映出振动锤振动能量的发挥程度。振动锤的激振力需要足以克服桩身受到的桩端阻力和侧摩阻力，才能令桩身下沉至要求深度。因此可见，挤密砂桩振动成桩过程的可打性计算与桩管受到的侧摩阻力和桩端处受到的桩端阻力密切相关，而且直接影响到水下挤密砂桩的施工质量和施工效率。

日本和欧美都曾针对钢管桩和板桩在成桩过程中的侧摩阻力、桩端阻力等进行过分析研究，他们的研究成果各有侧重且相互间也有很多不同之处。日本建机调查株式会社的经验公式主要是根据土体标准贯入度试验所得的标贯值来进行计算必要振幅、端阻力等。法国及美国的相关公司针对液压振动锤提出相关的经验计算公式。然而水下挤密砂桩的成桩过程与钢管桩和板桩的打设有很大的区别，如套管内压力控制、端部处理、挤密回打过程等，因此亟需根据水下挤密砂桩成桩特点，利用从水下挤密砂桩成桩过程的现场实际动态测试中获取的数据对挤密砂桩的成桩过程中的侧摩阻力、桩端阻力等进行研究，进行挤密砂桩成桩过程的可打性分析计算，从而可以指导水下挤密砂桩的设计施工，保证施工质量，提高施工效率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种通过现场动态测试数据进行端阻力与侧摩阻力分析的挤密砂桩成桩过程的可打性分析方法，进而可指导水下挤密砂桩的设计施工，保证施工质量，提高施工效率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种挤密砂桩成桩过程的可打性分析方法，包括步骤：

A、测得所述挤密砂桩成桩区域处桩管与沉管深度相应的端阻力值、静侧摩阻力值以及土质参数；

B、将桩管从桩顶至桩端分为若干测试截面；所述测试截面为所述桩管的径向截面且彼此平行；在振动沉管过程中，测得各所述测试截面处的桩管对称两侧的轴应力值；测得所述位于桩顶的所述测试截面处的桩顶加速度值；测得桩端处的动端阻力实测值和桩端加速度值；

C、采用闭口桩的计算方式，利用所述步骤A中获得的所述土质参数和所述端阻力值计算得到所述桩管的静端阻力计算值，再将对应于不同沉管深度的所述静端阻力计算值与所述步骤B中测得的动端阻力实测值进行比较，分析桩管在振动沉管过程中的端阻力的振动衰减情况；

D、根据挤密砂桩的成桩特点，将振动锤与桩管视为一个整体，以一个所述测试截面作为脱离体截面，以桩管在所述脱离体截面以下的部分作为脱离体建立桩管沉入至最低沉管深度时的运动平衡方程：