塑料套管混凝土桩挤土效应的非侵入可视化研究

发布时间：2019-11-30 14:54

【摘要】：结合透明土、粒子图像测速(PIV)和近景摄影测量3种技术,研究塑料套管混凝土桩(TC桩)的挤土效应,并对周围土体的变形规律进行探讨,且与传统静压桩打设引起的土体变形进行对比。试验结果表明:圆锥桩尖引起的最大变形量相比平底桩尖的降低了40%;而在平底桩尖TC桩的成桩过程中,影响区域扩展到了远离桩体中心线11倍桩径处,而对于圆锥桩尖,则为6倍桩径;沉管上拔引起的土体移动主要发生在上拔前期,对于圆锥桩尖TC桩,其沉管上拔过程引起的最大位移量和影响区域分别约为平底桩尖的57%和33%,然而,在TC桩成桩过程中,沉管打设是引起土体变形的主导因素,沉管上拔引起的土体恢复变形较小;在与TC桩沉管直径相同条件下,传统静压桩打设引起的土体变形量与TC桩的相一致,然而其影响区域略小。
【图文】：

过程图,成桩,过程

e；transparentsoil；non-intrusivevisualization；squeezingeffect；particleimagevelocimetry(PIV)1引言为适应我国软土地区车辆流动性逐步扩大的需求，公路建设得到了迅猛发展，一种可以控制公路沉降的桩型——塑料套管混凝土桩(简称TC桩)，得到了广泛应用[1-3]。TC桩是由预先打设在地基中的塑料套管内浇注混凝土组成的，桩身塑料套管的直径一般为0.16m，其尾部是一个扩大的预制桩尖，直径为0.3m，桩体长度在12～20m范围，TC桩的特殊构造决定了其特殊的成桩过程，图1展示了TC桩的构造及其成桩过程[4]。图1TC桩的成桩过程[4]Fig.1ProcessofTCpileinstallation[4]从图1可以看出，TC桩的成桩过程分为沉管打设和上拔2个部分，，在沉管打设过程中，桩身和桩周土之间形成了一个间隙，而在传统桩体施工中，没有该种间隙的存在。然而，在沉管上拔过程中，周围土体则会逐步填补该间隙，该种间隙的形成和填补对TC桩的侧摩阻力造成一定的损失。现场试验表明，TC桩的极限承载力为150～200kN[5-6]，但是，关于TC桩成桩过程中沉管打设和上拔引起的周围内部土体的运动规律问题仍未解决。当前，由于传统试验土体不透明性，导致无法在模型试验中连续观测到TC桩施工引起的周围内部土体的变形特性。随着透明土的出现，克服了上述难题，透明土的组成(透明的固体颗粒+折射率相匹配的孔隙溶液)如图2[7]所示。此外，S.Sadek等[8]发展了一个非介入测量透明土内部变形的系统，并逐步形成了非侵入可视化模拟试验技术[9-10]。本文将借助该技术，利用数码相机近距离拍摄下透明土结构物相互作用过程，并采用D.White等[11]发展的粒子图像测速(ParticleImageVelocimetry，简称PIV)软件“Geo-PIV”对图图2透明土的组?

土模型,图画

侵入可视化模拟试验技术，研究TC桩成桩过程中沉管打设和上拔引起的周围内部土体的运动规律及桩土相互作用问题，并对比研究了圆锥桩尖和平底桩尖对土体变形的影响，此外，还对比了TC桩与传统静压桩成桩过程中周围内部土体变形的差异。2非侵入可视化模拟试验2.1透明土的配置试验中所采用的固体颗粒为熔融石英，折射率为1.459，平均粒径d50为0.42mm，而所采用的孔隙液体为Kystol40和Puretol7在21℃的环境下按照质量比为1∶2.9进行混合的溶液，二者的特性可参考齐昌广等[7，12-13]。配置好的透明土模型如图3所示。图3透过51mm厚的透明土模型看到的图画Fig.3Pictureseenthrough51mmthicktransparentsoilmodel沉淀无定形二氧化硅粉沉淀无定形二氧化硅胶水溶珠矿物油(Drakeol35)和正链烷烃溶剂(Norpar12)的混合液蒸馏水蔗糖溶液种类3种类4种类6透明土固体颗粒折射率相匹配的孔隙溶液熔融石英Krystol40和Puretol7的混合液种类7N-ParaffinC10-C13或FinasolEDMNP1014和白矿油ISO15的混合液碎硼硅玻璃种类2碎玻璃(BK 7)种类1Risella油或向日葵油或花生油Tetralin油和松节油的混合液气相无定形二氧化硅种类5水晶灯液体石蜡和矿物油精注水注水口滑轮麻绳管中水抽水混凝土钢沉管拉钩TC套管套管PVC管桩尖接头

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