考虑桩土相互作用的钢管桩静力及动力拔桩分析

作     者：石旷 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨吉新

授予年度：2020年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：钢管桩 拔桩 桩土相互作用 振动锤 土液化 

摘      要：许多工程都会用到钢管桩作为临时支撑,工程结束后往往要进行拔桩施工,以实现重复利用、节约资源等目的,目前拔桩有较丰富的施工经验,但拔桩过程中桩土相互作用的研究和理论却有待补充完善。本文结合实际钢管桩拔桩项目,针对静力拔桩及振动锤动力拔桩两种拔桩方式,运用有限差分软件FLAC3D,对静力及动力拔桩中桩土相互作用的特性进行研究,具体研究内容及结论如下:（1）对于静力拔桩,采用逐级加载的方式得出钢管桩上拔荷载-位移曲线,对静力拔桩过程中桩侧土体扰动、桩身轴力、桩侧摩阻力的变化情况进行分析,结果表明:土体扰动范围随上拔荷载增大而增大,桩身轴力随上拔力加载逐渐向下传递,同时桩侧摩阻力自上而下逐步发挥;钢管桩直径、入土深度以及桩侧土体性质都是影响上拔力的重要因素。（2）对振动锤工作原理进行详细解析,建立竖向激振力作用下的单自由度模型以及混合模型,并通过计算发现:由单自由度模型可算得,频率比在1附近体系振幅达到最大,体系发生共振;混合模型可得出振动锤、桩身的幅频特性,振动锤的位移、速度幅值存在峰值,桩身的速度幅值从上到下逐渐减小,同时分析了桩入土深度、振动锤参数、桩侧土动参数对体系动力响应的影响。（3）利用finn模型分析饱和土中桩顶激振力作用下桩侧土的液化效应,同时分析了振幅和激振频率对桩侧土液化的影响,结果表明:激振力作用下桩侧土有效应力逐渐减小,当有效应力减小至接近于0时表示液化,采用先振后拔和边振边拔两种动力拔桩方式所需要的拔桩力均远小于同等条件下的静力拔桩;振幅越大桩侧土越容易液化,且桩侧土液化存在一个最佳频率,低频率激振力下土体难以液化,而过高的频率会使得桩侧土液化范围有所减小。（4）将数值计算结果与现场进行的静力拔桩及动力拔桩上拔荷载-位移实测结果进行对比,二者吻合较好,验证了数值计算的可靠性,可通过数值计算的方式对拔桩力及振动锤的液化效果进行预判,有助于选择合理的拔桩设备提高拔桩效率,同时归纳总结了现场静力、动力拔桩所采用的拼装浮船拔桩工法流程。