透水管桩沉桩全过程模拟及透水性能参数设计

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静压法是目前应用广泛的预制桩施工工艺,具备诸多优点,但压桩过程存在挤土效应,需妥善解决。本文针对压桩施工中产生的挤土效应,利用透水管桩技术加速沉桩中超静孔隙水压力的消散,进而消除其对施工过程的影响。  本文就透水管桩透水性能及桩身最佳透水域、最佳透水孔布设等相关设计参数,利用ABAQUS有限元数值计算方法展开相关理论分析和数值模拟。主要研究内容和成果如下:  (1)建立ABAQUS有限元透水管桩模型,实现沉桩贯入过程和贯入后桩周土体固结过程全过程模拟,退化透水管桩模型为静压管桩模型,并且就沉桩贯入过程中挤土位移场、超静孔压场等计算结果与经典圆柱孔扩张理论对比,验证模拟计算。  (2)于桩周土体固结过程中,对比透水管桩和静压桩模型下桩周土体固结计算结果,验证透水管桩优越的透水性能,即能够快速释放土体内超静孔隙水压力,实现土体固结效率快速提升,进而实现桩基承载力的快速提升。同时从土体渗透参数以及土体内实时超静孔压大小两方面对透水管桩性能进行参数敏感性分析,发现透水管桩的性能与土体渗透性质以及土体内部超静孔压大小呈正相关性质:即土体渗透性高,相比静压管桩,透水管桩对桩周土体固结度提升率越大;土体内部超静孔隙水压力高,则透水管桩边界处透水能力越强,相应透水管桩性能发挥越优越。  (3)采用对比方法设计研究透水管桩桩身深度方向透水性能参数。桩身透水性能参数主要包括:最佳透水域位置、最佳透水域比例Ltscale、以及最佳透水域内透水孔布设方式和布设间距。研究发现:沿桩身深度方向最佳透水域设置在桩端位置较为合理,较其他位置,此处透水管桩透水性能最佳;最佳透水域比例Ltscale=50%时,透水性能与理想状态下透水效果相当;对于透水孔,采用均匀布设方式,其优点是设计制备方便、效能优越,对于内部透水孔布设间距L,建议采用一倍透水孔直径大小,可根据今后桩身强度试验结果进行修正。
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